通信蓄電池遠(yuǎn)程核容技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

何建梅

佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 佛山 528200

引言

廣東電網(wǎng)公司各下屬供電局通信蓄電池組每年需要通過(guò)充放電進(jìn)行核容才能評(píng)估其狀態(tài)，但目前傳統(tǒng)的方法是去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充放電測(cè)試，耗費(fèi)大量人力、物力、時(shí)間，使用基于安全認(rèn)證的遠(yuǎn)程在線核容技術(shù)，可大大提高工作效率，同時(shí)提高蓄電池維護(hù)的質(zhì)量、增加安全性。

1 現(xiàn)狀

廣東電網(wǎng)公司的調(diào)度機(jī)構(gòu)、220kV及以上廠站以及通信中繼站均已雙重話配置了通信直流供電系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)設(shè)備、OTN設(shè)備、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、PCM設(shè)備等，均采用通信直流供電系統(tǒng)供電。

中調(diào)、地調(diào)調(diào)度構(gòu)，220kV及以上電壓等級(jí)的變電站，總調(diào)、中調(diào)調(diào)度管轄范圍內(nèi)的發(fā)電廠，通信直流供電系統(tǒng)應(yīng)雙重化配置，目前均按兩套獨(dú)立的高頻開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行配置，并根據(jù)遠(yuǎn)期用電量配置相應(yīng)的通信蓄電池組。

110kV及以下電壓等級(jí)新建變電站則大部分采用DC/DC供電方式。

新建、改造的變電站、開(kāi)關(guān)站按照不小于8小時(shí)配置，調(diào)度機(jī)構(gòu)、發(fā)電廠內(nèi)按照不小于6小時(shí)配置[1]。

電力通信電源的蓄電池容量一般在100～2000Ah，需要定期進(jìn)行充放電核容測(cè)試，目前采用電熱式放電法，現(xiàn)場(chǎng)使用電爐絲作模擬負(fù)載對(duì)蓄電池進(jìn)行放電，將電能轉(zhuǎn)換成熱能釋放，采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制散熱，這種放電方式簡(jiǎn)單、廉價(jià)[2]，但存在以下的問(wèn)題：電爐絲的散熱縮短通信設(shè)備壽命并造成電能浪費(fèi)，放電電流不恒定造成測(cè)量偏差，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)耗時(shí)耗力。

如果開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程對(duì)電池進(jìn)行充放電核容的系統(tǒng)，并對(duì)電池的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將能消除升溫的安全危險(xiǎn)，避免能源的浪費(fèi)，提高工作效率，提高設(shè)備運(yùn)行安全性，對(duì)通信蓄電池的安全運(yùn)行有重大意義。

2 通信蓄電池遠(yuǎn)程核容技術(shù)方案

2.1 方案概述

本期提出的蓄電池遠(yuǎn)程核容技術(shù)是：通過(guò)在現(xiàn)有的通信電源系統(tǒng)增加DC/DC升壓放電裝置（遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)核容裝置）和遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)，配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)電池進(jìn)行充放電核容、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。該技術(shù)不改變?cè)须娫聪到y(tǒng)，在保障電源安全的前提下完成蓄電池的核容放電。

2.2 核容放電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程

當(dāng)需要核容放電時(shí)，高頻DC/DC電池組升壓模塊用于升壓放電，將蓄電池經(jīng)過(guò)升壓后向負(fù)載供電；當(dāng)蓄電池放電至閾值時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為穩(wěn)流充電，系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)流充電電路模塊開(kāi)始工作，充電電流小于浮充電流時(shí)結(jié)束充電，蓄電池通過(guò)單向二極管與整流屏形成回路，由整流屏向蓄電池浮充充電。核容裝置電源取自通信電源屏，當(dāng)放電過(guò)程中全站停電時(shí)升壓模塊停止工作，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為電池向負(fù)載供電，以保證變電站通信設(shè)備的供電穩(wěn)定。另外，系統(tǒng)內(nèi)部并聯(lián)了單向二極管，可以防止充放電過(guò)程中合閘時(shí)出現(xiàn)環(huán)流過(guò)大的情況，安全高效；也可以當(dāng)直流母線異常無(wú)電壓供應(yīng)時(shí)，單向二極管由蓄電池向整流器導(dǎo)通，能無(wú)縫為負(fù)載用電。

放電時(shí)，電流流向如圖1所示。常閉接觸器KO斷開(kāi)，Kc和Km閉合，高頻DC/DC電池組升壓電路開(kāi)始工作，蓄電池經(jīng)過(guò)DC/DC升壓至略高于整流器電壓，由蓄電池組直接向用戶負(fù)載供電，避免了電能的浪費(fèi)；電池組開(kāi)始進(jìn)行容量核對(duì)性放電測(cè)試，放電過(guò)程中核容設(shè)備實(shí)時(shí)控制放電電流。

圖1 蓄電池組核容放電電流方向示意圖

當(dāng)蓄電池放電至閾值時(shí)，放電結(jié)束并自動(dòng)轉(zhuǎn)為充電，高頻DC/DC電池組穩(wěn)流充電電路模塊工作，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流到設(shè)定的值并穩(wěn)流；電池組開(kāi)始使用原有的整流器進(jìn)行穩(wěn)流充電，最終完成充放電的整個(gè)流程。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)核容系統(tǒng)可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)每節(jié)單體電池的電壓、溫度、內(nèi)阻、以及整組電池的總電壓、電流等參數(shù)，配套的后臺(tái)管理軟件對(duì)放電采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，分析電池剩余容量，生成各種圖表，評(píng)估蓄電池安裝質(zhì)量、并在導(dǎo)電條氧化或者接觸不良時(shí)警告。輕松甄別落后單體，評(píng)估電池組性能，及時(shí)發(fā)出修復(fù)信號(hào)，為分析電池性能提供了科學(xué)的依據(jù)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊采用485有線方式跟主機(jī)通信，可以將單體采集模塊采集到的指標(biāo)通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上傳到后臺(tái)軟件，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。在后臺(tái)軟件遠(yuǎn)程發(fā)送放電指令，在放電條件符合的前提下，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)核容系統(tǒng)即啟動(dòng)放電核容。

2.3.1 蓄電池監(jiān)測(cè)傳感器及充放電核容裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組每節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、溫度、母線電壓、充放電電流、環(huán)境溫度等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集監(jiān)控；可在廣東電網(wǎng)調(diào)度控制網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)變電站充放電核容裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程充放電核容。

2.3.2 每臺(tái)設(shè)備配置61850協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器連接，監(jiān)控中心建設(shè)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、備份。

2.3.3 平臺(tái)使用B/S（Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器模式）架構(gòu)，使用者的終端或移動(dòng)設(shè)備通過(guò)授權(quán)后，可以直接通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)或操作。B/S架構(gòu)在廣域網(wǎng)上，通過(guò)不同的訪問(wèn)權(quán)限對(duì)相關(guān)授權(quán)內(nèi)容進(jìn)行訪問(wèn)，支持多用戶訪問(wèn)，交互性較強(qiáng)?，F(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員、監(jiān)控中心運(yùn)維人員、管理者根據(jù)不同的角色授權(quán)，可同時(shí)進(jìn)行相關(guān)的業(yè)務(wù)查詢機(jī)操作[3]。

2.3.4 蓄電池智能運(yùn)維系統(tǒng)。蓄電池監(jiān)控管理，通過(guò)主界面可實(shí)時(shí)查看蓄電池的位置、配置情況、蓄電池的廠家、規(guī)格型號(hào)、投入使用日期、實(shí)時(shí)狀態(tài)、告警信息等重要信息；監(jiān)控界面可實(shí)時(shí)查看電池組的電壓、電流、續(xù)航時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)信息。

蓄電池核容管理，通過(guò)測(cè)試界面，遠(yuǎn)程對(duì)指定單個(gè)或多個(gè)蓄電池組，進(jìn)行核容參數(shù)設(shè)置，并啟動(dòng)/停止核容測(cè)試。在歷史數(shù)據(jù)界面查看核容歷史數(shù)據(jù)，可對(duì)充放電過(guò)程中電池的電壓、電流等進(jìn)行詳細(xì)查看及對(duì)比。

蓄電池健康管理，通過(guò)對(duì)批量蓄電池組的充放電運(yùn)維獲取大量的電池狀態(tài)信息，對(duì)蓄電池的容量、ODO循環(huán)深度、充放電次數(shù)、環(huán)境溫度、充放電起止電壓等數(shù)據(jù)，建立蓄電池健康狀態(tài)評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)蓄電池組全生命周期的預(yù)防、檢測(cè)、健康壽命管理。

3 結(jié)束語(yǔ)

蓄電池遠(yuǎn)程核容系統(tǒng)在惠州電力局城南110KV變電站和平海110KV變電站已進(jìn)行了試點(diǎn)運(yùn)行，并協(xié)助開(kāi)普實(shí)驗(yàn)室完成了對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試工作。經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，電力蓄電池智能在線維護(hù)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池運(yùn)行狀況，能夠準(zhǔn)確識(shí)別單個(gè)電池劣化程度，方便查詢各變電站蓄電池的充放電情況、電池內(nèi)阻、溫度等情況；系統(tǒng)的蓄電池在線養(yǎng)護(hù)功能，經(jīng)驗(yàn)證，可改善蓄電池的運(yùn)行狀況；系統(tǒng)的蓄電池在線容量測(cè)試功能，經(jīng)試驗(yàn)，可無(wú)人工干預(yù)的實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程核容充放電，顯著減輕維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，提高電池維護(hù)效率。

遠(yuǎn)程核容系統(tǒng)在廣東電網(wǎng)佛山供電局、廣州供電局、東莞供電局、惠州供電局均有運(yùn)用，目前運(yùn)行狀況良好，實(shí)現(xiàn)了蓄電池遠(yuǎn)程核容充放電、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。而目前南方電網(wǎng)公司在全網(wǎng)范圍推進(jìn)通信電源遠(yuǎn)程核容的試點(diǎn)及推廣應(yīng)用，預(yù)計(jì)2023年遠(yuǎn)程核容覆蓋率不低于30%，將大大提高蓄電池的維護(hù)效率。