变电站蓄电池远程自动维护的设计

变电站蓄电池远程自动维护的设计

张宝杰

包头供电局修试管理二处

内蒙古包头市   014030

摘要：目前虽然变电站直流系统均配置在线监测装置，但数据只能当地监测，并不能远程监控。为适应智能电网建设的要求，直流系统及蓄电池状态的监控必须实现智能化和网络化。该系统建设的总体目标是面向坚强智能电网建设要求，建立统一的直流设备远程监控系统．规范各类直流设备状态监测装置的数据处理、接人和控制，实现直流设备状态和关键运行环境等的实时监测性、预警等应用功能，并将监测状态数据远程传输至设备状态评价大厅集中监控，为落实直流设备状态运行管理提供支撑。

关键词：蓄电池；远程；维护措施

蓄电池组在电力变电站系统中的直流电源有着广泛的应用，起到极其重要的作用。直流系统中采用的蓄电池数量众多，在运行过程中常常存在着容量不足、即将失效、连接线接触不良导致蓄电池充、放电等不正常等一些安全隐患，需经常维护且工作量巨大，因此电池组组成的网络是否能够可靠、稳定、连续、安全地工作，越来越多地受到人们关注和重视。由于电力变电站数量多，分布广，因而每年蓄电池的维护工作需要耗费大量的人力物力。另外，根据大部分电池生产厂商的要求，浮充状态的蓄电池，每半年或一年，应进行一次浅度放电，以保证电池的使用寿命。

一、蓄电池的原理

当电池组需要进行维护时，一般在控制室下达维护指令(或根据维护状况预先在直流系统的监控机设定自动启动)，系统根据电池组的电压大小来调整现场蓄电池充电机的输出电压后开始放电，电池组的放电负载为变电站直流系统的经常性负荷，此时电池组由浮充的状态进入到放电状态。电池组进入放电状态时，电池巡检主机记录电池组的电压和放电电流，同时记录电池组里的每一个单体电池电压、内阻。当电池组电压值下降到设定值时，放电过程结束。此时，调整蓄电池的充电机输出电压和输出电流对电池组充电，电池组进入均衡充电状态，电池巡检主机记录电池组的电压和放电电流，同时记录电池组里的每一个单体电池电压、内阻。当充电完成，电池组进人浮充状态，充、放电过程结束。电池巡检装置，根据充、放电过程所记录的单体电池内阻和充、放电电流及同时刻所对应的单体电池电压，通过预设的数学模型进行曲线拟合及计算，对单体电池性能进行判断，并将结果上传至控制室，本次蓄电池组远程自动维护完毕，同时，电池巡检装置始终在监测电池组里的每一个单体电池的内阻，由主机根据单体电池内阻的变化与建立的模型进行比较，将结果上传至控制室。

二、变电站直流系统自动远程维护

1、自动远程维护的系统架构。变电站直流系统自动远程维护，整个构架由变电站测控部分和远程监控中心两核心部分组成，并通过局域网相连。变电站测控部分主要包括开关电源模块（充电机）、电源监控单元、蓄电池监控单元。电源模块与电源监控单元、电源监控单元与蓄电池监控单元之间通过RS485通讯接口实现数据的通信。这些设备安装于变电站内。远程监控中心部分主要由服务器、多个操作员站、管理员工作站组成，位于监控中心、维护班组办公室内。

2、系统的工作原理。变电站内的蓄电池监控单元实时监测蓄电池组电流、组电压、温度、单体电压、单体内阻等数据，并且根据基于电压-内阻的荷电量计算模型，运用卡尔曼滤波算法估算实时荷电状态（SOC），并将数据实时通过局域网传送到监控中心服务器。安装于服务器上的监控管理软件，对电池组的电压大小、电流大小及方向、充放电时间间隔、充放电容量等进行分析，决定何时对蓄电池组进行远程在线放电维护。如果在规定的时间内，蓄电池组未进行过有效放电，服务器会自动发出活化指令：降低电源模块的输出电压，电源模块处于后备状态，由蓄电池组向直流负荷供电。活化指令传递路线为：服务器→局域网→蓄电池监控单元→电源监控单元→电源模块。蓄电池活化期间，蓄电池监控单元实时监控电流、组电压、温度、蓄电池单体电压的变化，并将数据实时传送到监控中心服务器。监控管理软件实时分析放电容量，达到设定值时，自动发出停止活化指令。活化维护过程中，若电池组电压、电池单体电压、温度出现异常，也会自动发出停止活化指令。电源监控单元收到停止活化指令后，提高电源模块输出电压，由电源模块对直流负荷供电，蓄电池组处于后备状态，同时，控制电源模块对蓄电池组进行三段式充电，即恒流均充、恒压均充、浮充。电源模块恒流充电、恒压充电过程中，系统还自动测量计算电源模块的稳流精度、稳压精度、纹波系数等充电机特性参数，防止由于充电机特性参数不合格对蓄电池寿命的不良影响。

三、变电站蓄电池远程自动维护技术

1、自动在线监测。放电状态下在线监测蓄电池组的电压、电流、内阻、温度等各项参数，通过电池数学模型，分析每节蓄电池静止情况下的状态。通过对电池组的电流大小、电流方向、放电时间间隔和荷电状态（SOC）的有效监测，判断何进对电池组进行远程在线放电维护。电池处于浮充状态时，通过实时监测每节电池的电压，计算每节电池电压和电池组平均电压的差值，判断各单节蓄电池状态是否均衡。在线测试直流充电机特性参数。主要有充电机在浮充工作状态、恒压限流工作状态下的稳压精度、纹波电压系数；在恒流限压工作状态下的稳流精度、充电模块均流不平衡度。这些充电机性能指标最后送入在线监控装置主机的CPU并进行存贮显示，并经监测网络送入监测中心再进一步送往用户终端。

2、远程在线均衡，活化维护。现在规范中规定：新安装的阀控蓄电池在验收时应进行全容量核对性充放电，以后每2～3年应进行1次全容量核对性充放电，运行了6年以后的阀控蓄电池，宜每年进行1次全容量核对性充放电。若按规范维护，在投产后2～3年“免维护”期内，蓄电池内部其实不断发生水的散失，电解液一直在浓酸，直至极板发生硫化。蓄电池长期处于备用状态，或者放电后没及时充电，阴极阳极容易生成活性物的致密结晶，影响充放电电极反应过程，造成电池的寿命缩短。另外长期浮充状态下电池组出现个别电池电压过高或过低等不均衡时，也会导致电池失水及硫酸化，显著缩短电池的使用寿命。如果电池组中各单体电池电压有差异，最终会导致蓄电池组失效。远程自动维护系统实现了蓄电池在“免维护”期内自动均衡，实时监测每节电池的电压，计算每节电池电压和电池组平均电压的差值。如果该差值超过设定的限值则启动自动在线均衡，对由于过充而电压过高的蓄电池以高频脉冲电流放电，防止电池失水而降低寿命；对由于欠充而电压过低的蓄电池以高频脉冲电流充电，防止电池由于硫酸盐化的降低寿命，显著提高蓄电池的寿命。远程自动维护系统，自动、定期对电池组进行远程在线放电维护。蓄电池规定维护放电时间间隔内，一直处于浮充而没有有效放电，系统会自动减小充电装置输出电压，由蓄电池组对直流负荷供电。此时直流系统供电变为以蓄电池为主，充电装置处于备用状态，不向外部提供电流。当蓄电池放电量达到规定的电量时，系统会自动增加充电装置的输出电压，使其恢复到正常数值，再次变为直流系统的供电以充电装置为主，蓄电池组处于备用状态。整个维护过程不需要人为干预，通过计算程序控制，完全自动进行。

结束语：变电站蓄电池远程自动维护系统已经在多个现场应用，在日常运行过程中就能完成对电池性能的判断，使用方便，保证变电站直流系统的安全运行。

参考文献：

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