變電站蓄電池組均衡在線監(jiān)測的研究

張凱 徐鵬越 秦三營

摘?要：蓄電池組是直流系統(tǒng)的重要組成部分，如果變電站直流系統(tǒng)的交流輸入、充電模塊出現(xiàn)故障而致使電力系統(tǒng)處于全停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，蓄電池組能夠?yàn)樵O(shè)備提供直流電源。因此，為對變電站蓄電池組的運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)掌控，有必要對均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究。本文首先對變電站蓄電池組及其均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，然后針對當(dāng)前均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)存在問題提出了系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：變電站;蓄電池;在線監(jiān)測

當(dāng)前，變電站蓄電池均衡在線監(jiān)測裝置大多僅能實(shí)時(shí)采集部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，如蓄電池組、蓄電池單體電壓過欠壓、系統(tǒng)接地故障、監(jiān)控單元故障等，而對于蓄電池溫度、內(nèi)阻等重要信息都無法采集，且因規(guī)約轉(zhuǎn)換的限制，系統(tǒng)無法采集到全面信息上送到調(diào)度端，給運(yùn)行維護(hù)人員的操作維護(hù)帶來難度。

一、變電站蓄電池組及其均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)簡介

（一）變電站蓄電池組

蓄電池組是獨(dú)立于交流電系統(tǒng)的電源供應(yīng)系統(tǒng)，在變電站內(nèi)交流電源發(fā)生故障導(dǎo)致停電的情況下，通過蓄電池組的供電，就可以保障電網(wǎng)系統(tǒng)可靠而連續(xù)地供電。在日常運(yùn)行過程中，蓄電池組電源保持電源滿格狀態(tài)，而到了合閘時(shí)就可以釋放出大電流，也就是說，蓄電池組在充電狀態(tài)時(shí)即是將以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)電能，而放電即是以電能的方式輸出，在輸出過程中需要將存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。從這個(gè)意義上說，人們通常所說的充電、放電，指的就是蓄電池組的能量轉(zhuǎn)換。在目前的技術(shù)條件下，鉛酸蓄電池是變電站的首選。

（二）均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)

均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是自動(dòng)監(jiān)測蓄電池以及其他各單元系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并在運(yùn)行過程中自動(dòng)記錄其運(yùn)行信息、參數(shù)變化，如果蓄電池以及其他各單元系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)就可以及時(shí)預(yù)警和維護(hù)。均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)由多個(gè)功能共同組成，除了主單元之外，還包括充電機(jī)、蓄電池等個(gè)功能單元。

1.充電機(jī)管理單元

整流電源模塊的輸出運(yùn)行狀態(tài)如何，是依靠充電機(jī)管理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測而得知，另外，如果輸入輸出而出現(xiàn)過欠壓、短路現(xiàn)象，或者出現(xiàn)通信問題時(shí)，通過充電機(jī)管理單元的監(jiān)測可以發(fā)出提示，從而確保整流電源模塊的正常運(yùn)行。

2.蓄電池巡檢單元

蓄電池組中單個(gè)蓄電池都設(shè)定了固定的電壓參數(shù)，它的運(yùn)行狀況，可以利用蓄電池巡檢單元進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如果單個(gè)蓄電池出現(xiàn)了參數(shù)異常，那么系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出預(yù)警，維護(hù)人員根據(jù)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行檢修即可。

3.絕緣監(jiān)測單元

如果直流系統(tǒng)母線或支路出現(xiàn)故障，比如絕緣故障，那么，斷路器、繼電保護(hù)也就會(huì)出現(xiàn)故障，因?yàn)檫@種情況下的電壓會(huì)出現(xiàn)偏移。直流母線電壓是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，可通過絕緣監(jiān)測單元的監(jiān)測而得知，當(dāng)線路絕緣低于設(shè)定的參數(shù)值，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出預(yù)警。

4.輸入輸出單元

在直流系統(tǒng)中，如果某一支路出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，或者連接開關(guān)發(fā)現(xiàn)了偏移現(xiàn)象，那么輸入輸出單元系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出預(yù)警信息，這時(shí)，維修人員只要根據(jù)系統(tǒng)提示即可準(zhǔn)確判斷故障所在位置。

二、蓄電池組均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題及其優(yōu)化方案分析

（一）蓄電池組均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題

目前，隨著蓄電池組均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，很多供電系統(tǒng)都采用無人值守的方式，對于每個(gè)變電站的蓄電池運(yùn)行狀況，調(diào)度中心只需要調(diào)閱均衡在線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息便可清晰得知。然而，從目前的運(yùn)行情況來看，蓄電池組均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)信息相對有限，除了常規(guī)的監(jiān)測蓄電池情況以外，大多只能監(jiān)測到熔絲、充電機(jī)、絕緣等幾個(gè)方面的故障現(xiàn)象。而從蓄電池組的均衡監(jiān)測情況來看，也只能監(jiān)測蓄電池的電壓、工作溫度方面的數(shù)據(jù)信息，而對于單體內(nèi)阻、連接條阻抗方面的信息無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，尤為重要的是，當(dāng)前的監(jiān)測系統(tǒng)對蓄電池的充放電流參數(shù)也無法監(jiān)測，這在很大程度上增加了在線監(jiān)測系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，行業(yè)大多是參考蓄電池內(nèi)阻值這一指標(biāo)進(jìn)行判斷，因?yàn)檫@一指標(biāo)可以綜合分析電池的完好性，可以準(zhǔn)確計(jì)算蓄電池的容量。然而，在具體的操作過程發(fā)現(xiàn)，蓄電池內(nèi)阻值在線監(jiān)測存在很大的困難，不僅操作難度大，而且不同的生產(chǎn)廠家，其操作手段也各不相同，因此，往往會(huì)造成蓄電池實(shí)際的內(nèi)阻值與在線監(jiān)測的內(nèi)阻值不相符的情況出現(xiàn)。

（二）蓄電池組均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化方案分析

如果無法對變電站運(yùn)行中蓄電池的運(yùn)行進(jìn)行全方位的均衡在線監(jiān)測，那么很容易形成蓄電池出現(xiàn)失效，只有對蓄電池單元的所有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面監(jiān)測，比如參數(shù)異常情況、單體內(nèi)阻情況、充放電情況等，都需要及時(shí)監(jiān)測，才能在第一時(shí)間采取措施化解故障。

由于當(dāng)前變電站蓄電池組均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)還存在諸多的問題，有必要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)不僅能監(jiān)測蓄電池端電壓、容量情況，還要及時(shí)監(jiān)測其單體內(nèi)阻、連接條阻抗、放電曲線、內(nèi)阻等方面的準(zhǔn)確信息。當(dāng)然，這首先要對均衡在線監(jiān)測系統(tǒng)對電壓、溫度、內(nèi)阻值等設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，在監(jiān)測時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)某一參數(shù)值發(fā)現(xiàn)改變，那么系統(tǒng)就能及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。在這種全方位的監(jiān)測系統(tǒng)下，維修人員只要根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警信息便可對蓄電池的故障現(xiàn)象準(zhǔn)確定位并加以維護(hù)，從而提升電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)的技術(shù)支撐下，供電局主站的監(jiān)控人員可以全面掌握各個(gè)變電站蓄電池運(yùn)行情況，如果出現(xiàn)異常情況，主站的監(jiān)控人員可以向變電站發(fā)出提示，所以，這也就大大減輕了變電站的工作量，相關(guān)工作人員省去了現(xiàn)場觀測的工作程序，不僅如此，優(yōu)化后系統(tǒng)還可以提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性，從而消除蓄電池運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

三、變電站蓄電池均衡在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能不僅要對各變電站的蓄電池模塊要進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)，更要重要的是實(shí)現(xiàn)調(diào)度主站對各變電站的在線監(jiān)控。變電站內(nèi)蓄電池運(yùn)行情況，調(diào)度主站只要通過系統(tǒng)的查閱功能便可得知，然后將蓄電池的相關(guān)故障現(xiàn)象傳送給變電站，那么維修人員便可根據(jù)調(diào)控中心反饋的信息采取針對的補(bǔ)救措施。在變電站無人值守的情況下，實(shí)現(xiàn)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測。

為了確保蓄電池均衡在線系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的全面采集，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程傳輸，那么在系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要綜合考慮以下因素：一是對蓄電池的電壓、電流方面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面采集，如果蓄電池出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確顯示出來，維修人員只要根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警信息便可對設(shè)備進(jìn)行維修。二是對蓄電池組內(nèi)阻值進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，并能實(shí)現(xiàn)充放電試驗(yàn)，如果監(jiān)測到異常情況，系統(tǒng)就能發(fā)出預(yù)警信息。另外，系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作，對蓄電池組進(jìn)行充放電，這就可以省去現(xiàn)場操作的工作量。三是要對各變電站蓄電池的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。當(dāng)蓄電池組單體串聯(lián)之后，各單個(gè)蓄電池可能會(huì)因?yàn)榇嬖陔妷翰町?，從而?dǎo)致整個(gè)電池組不能正常運(yùn)行，所以蓄電池的參數(shù)統(tǒng)一設(shè)置顯得非常重要。

（二）系統(tǒng)的組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

為了綜合監(jiān)測蓄電池內(nèi)部的充電模塊、充放電模塊、絕緣監(jiān)測單元的運(yùn)行情況，在每個(gè)變電站都須設(shè)置監(jiān)控主機(jī)，并且監(jiān)控主機(jī)要具備RS485通信功能，這不僅可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控主機(jī)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)連接，而且可以自動(dòng)采集分析蓄電池運(yùn)行數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)。由于監(jiān)控主機(jī)與局域網(wǎng)相連接，監(jiān)控主機(jī)在對蓄電池的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集與分析之后，后臺(tái)監(jiān)控中心就可以接收到變電站蓄電池組的所有數(shù)據(jù)信息，從而使蓄電池的處于遠(yuǎn)程監(jiān)控狀態(tài)。目前，電力系統(tǒng)對均衡在線系統(tǒng)的搭建制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，也就是說，監(jiān)控系統(tǒng)有實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，所以，大多會(huì)系統(tǒng)是接入RS485和太網(wǎng)通信接口，RS485通信接口可以確保變電站在線監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能，在具體設(shè)計(jì)中，只需要連接兩根通信線，變電站蓄電池組的各個(gè)單元系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息便可實(shí)現(xiàn)有效傳輸;而太網(wǎng)通信接口則是要保證變電站與監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)處于聯(lián)結(jié)狀態(tài)。在均衡監(jiān)控系統(tǒng)的通信方面還需要采用統(tǒng)一的規(guī)約，以實(shí)現(xiàn)變電站蓄電池組系統(tǒng)的“四遙”目標(biāo)。

（三）系統(tǒng)的信號(hào)上送方案設(shè)計(jì)

目前，變電站蓄電池組并不會(huì)單獨(dú)設(shè)置監(jiān)控裝置，各變電站與電力系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)的距離較遠(yuǎn)，在這種情況下，硬接點(diǎn)的接入方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，為了?shí)現(xiàn)站蓄電池組的數(shù)據(jù)信息順利傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，便要采用軟報(bào)文的通信方式，這不僅可以確保監(jiān)控中心正常接收變電站蓄電池組的通信信號(hào)，而且系統(tǒng)的維護(hù)也更為方便。一般來說，系統(tǒng)的信號(hào)上送采用數(shù)據(jù)流向單一的方式，這種上傳方式?jīng)]有中間過渡環(huán)節(jié)，信號(hào)直接由源端綜合監(jiān)控主機(jī)上，在具體設(shè)計(jì)方面，監(jiān)控主機(jī)需要增加104規(guī)約模塊，同時(shí)規(guī)約轉(zhuǎn)換器配置104規(guī)約（主站端），監(jiān)控主機(jī)需要加裝modbus協(xié)議程序，把采集到的信號(hào)用104規(guī)約上傳到規(guī)約轉(zhuǎn)換器，規(guī)約轉(zhuǎn)換器把收到的信號(hào)經(jīng)站控層網(wǎng)絡(luò)（103規(guī)約）轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)動(dòng)裝置，再由遠(yuǎn)動(dòng)裝置把信號(hào)上送到地調(diào)主站。監(jiān)控中心接收到變電站蓄電池的信息之后，便可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，而且監(jiān)控中心還具有信息顯示、查詢、預(yù)警功能，如果變電站蓄電池組運(yùn)行不穩(wěn)定，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

四、結(jié)語

通過分析變電站蓄電池的均衡在線監(jiān)測運(yùn)行、維護(hù)管理所存在的問題，提出了一種能綜合蓄電池內(nèi)阻、蓄電池端電壓、蓄電池連接條壓降、蓄電池運(yùn)行環(huán)境溫度、蓄電池充放電數(shù)據(jù)等對蓄電池組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效判斷的，并能對蓄電池遠(yuǎn)程控制、維護(hù)與試驗(yàn)的在線監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)方案以及信號(hào)上送方案。

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作者簡介：張凱（1989—?），男，漢族，河南虞城人，碩士研究生，電力工程師，研究方向：電力系統(tǒng);徐鵬越（1989—?），男，漢族，河南信陽人，本科，電力工程師，研究方向：電力系統(tǒng);秦三營（1977—?），男，漢族，河南蘭考人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)。