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蓄电池组远程维护管理系统的研究


蓄电池组远程维护管理系统的研究
作者:王开宇 辽宁省电力公司 摘 要:本文介绍了一种基于电力局域网的直流系统蓄电池组远程自动维护和监控管理系统的设计方 案,包括系统的设计思想和硬件、软件组成,为阀控式铅酸蓄电池的日常管理维护和性能分析提供了快捷、 高效的实践依据,具有较强的推广意义。 关键词:VRLA 蓄电池、直流系统、核对性放电、内阻测试、直流接触器、在线、直流充电装

置、断 路器

1 前言
目前阀控式铅酸蓄电池(VRLA)已了广泛应用于电力、通信、铁路等领域。无论在电力变电站、电 信机房、移动基站还是在 UPS 系统中,蓄电池作为备用电源在系统中都起着极其重要的作用。因此国家和 电力行业都针对蓄电池组的存储、安装、验收和日常维护、定期容量测试制定了具体详细的标准和规程, 根据电力行业标准 DL/T724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维 护技术规程》相关规定,对运行一年以上的蓄电池组要求 1~2 年做一次核对性容量测试,对新投运的要求 6 个月做一次核对性放电。因此各供电公司每年需要投入大量的人力物力,以保证蓄电池组和直流电源系 统的安全可靠运行。 随着近年来我国电力事业的快速发展,变电站和蓄电池组的数量每年以超过 15%的速度增长,同时变 电站与供电公司管理单位的距离越来越远, 因此如何管理和及时维护蓄电池组已成为电力系统的棘手问题。 随着电子和信息科学技术的进步,以及电力系统网络建设的完善,基于电力系统局域网的远程维护和管理 模式已变得可行。本文介绍了一种新型基于电力系统局域网的蓄电池组远程维护和管理系统,在满足蓄电 池组日常运行维护要求的同时,大大提高的运行维护的质量和效率。

2 远程维护管理系统的总体设计
本远程维护管理系统总体包括两个部分,一是蓄电池组在线监测系统,实现现场蓄电池组实时在线监 测及核对性放电和内阻测试功能;二是远程实现蓄电池组在线监测系统的监控,实现远程实时数据的管理 和分析,实现远程蓄电池组核对性放电和内阻测试。

2.1 蓄电池组在线监测系统的设计 .
阀控式密封铅酸蓄电池失效主要表现为硫酸盐化、内阻偏大、失水、渗液爬液、壳体变形、极拄松动 等,虽然渗液爬液、壳体变形、极拄松动等可以通过日常监测察觉,但大量的失效主要原因为硫酸盐化、 内阻偏大和失水,而这些是无法通过定期的电池电压监测能判断的,因为众所周知电池组端电压与容量没 有对应关系,无法通过电池组电压来判定电池组容量和性能。本系统在充分考虑以上问题的基础上,设计 的蓄电池组监测系统包括实时对各单体电池电压、端电压、温度、电流的采集,同时配备核对性放电和大 电流直流内阻测试装置,以提供完整的蓄电池测试方案,以实时在线监测和定期核对性放电、内阻测试相 结合,保证蓄电池维护的正确可靠。蓄电池组监测系统结构拓扑图如图一所示。

蓄电池组监测现场硬件设备采用模块化设计的思想,主要由以下四部分组成:采集模块、监控主机模 块、通讯模块、放电模块。

采集模块: 采集模块:将单节电池电压、电池组充放电电流、温度等任何变化快速准确地采集和运算,电池电压 信号传送到采集模块后,高速电子开关将对每节电池电压进行读取,并送到一 12 位高速 A/D 转换芯片(转 换精度达 1.2mV),将电压模拟信号转换为数字信号供 CPU 采集。CPU 将处理后的数字信号经 RS485 总 线送至监控主机。 采集模块前端的电池检测部分串接保险丝,并与系统之间完全隔离,绝缘强度可达 2500V,保证系统的安 全可靠。 监测主机: 监测主机:主机通过 RS485 总线与各采集模块进行数据通讯,将实时采集到的信息存储到 FLASH 中, 并对数据进行数值计算、性能分析及报警等各项处理和显示,320×240 LCD 显示屏操作方便、简单。 在运行监测状态下,对每节电池电压、电池组充电电流、温度进行采集和判断,对超出设定的电压阀值的 电池予以报警和显示。 在放电状态下,检测每节电池的放电特性,通过与设定模式的比较,对电池的好坏进行判读,将结果输出 显示,并对失效电池予以提示报警,自动终止放电。 通讯模块: 通讯模块:通讯模块按 TCP/IP 协议进行编码、打包,上传至远端服务器,完成服务器与现场主机间的 通信交互。 放电模块: 放电模块:大电流瞬间直流内阻测试和 0.1C10 电流核对性放电容量测试两种放电模式。放电模块采用 了大功率的电子负载技术,能瞬间承受高达 100A(或 200A)的冲击电流,以实现对电池负荷能力的检测。 放电模块也可作为长时间放电负载,实现对电池容量的核对性测试及电池的活化维护。 大电流瞬间直流内阻测试法是一种标准内阻测量方法,主要特点是准确度高,但实现难度较大,关键 在于需要一个大电流负载电阻。本系统的大功率放电模块,能瞬间承受高达 100A 的冲击电流,以达到瞬

间大电流内阻测试的要求。放电模块具有三重保护,用以保证设备使用安全可靠:第一级是一个能瞬时分 断 kA 级电流的空气开关,第二级为大电流熔丝,第三级为带延时的保护继电器组。示意图如图二所示:

核对性放电容量测试:以 0.1C10 的放电电流进行核对性放电,从而测得蓄电池的真实容量。 放电模块接到来自放电控制模块的放电指令时,放电负载接通,电池通过负载放电,同时采集模块将 快速采集每节电池电压的每一变化量,在监控主机中显示每节电池的特性曲线,实时显示每节电池电压的 电压值和容量。 除放电控制设备对放电模块的放电启动/停止指令外,放电模块内部也设有计时器,如放电超时,将自 动切断放电回路,即使电子开关损坏,放电回路也将被切断,从而大大提高了放电模块工作的可靠性。 放电模块还设有过流、超温等异常保护。同时放电模块工作时还受控于交流市电,在放电时如发生交 流市电失电,放电模块将自动终止放电,保证直流系统向负载供电。 2.2 蓄电池组监测系统特点 系统组成:监控主机、电池电压采集模块、放电模块、通讯接口板、服务器(网络版)。 在线自动监测单体电池电压、电池组组端电压、充放电电流和温度,数据采集快速准确,可记录电池 充放电过程每一瞬间的变化,保证对电池的准确判别。 动态放电瞬间测量每一单体电池内阻及负载能力,快速判别电池性能。 核对性放电测量电池组容量,放电过程各项参数、曲线全程显示。 放电保护:出现单体电池电压低于设定值,放电时间、容量到达设定值,交流失电等情况之一,设备 自动停止放电。 多种故障报警功能:电压超限、温度超限、电压均差值超限等,报警阀值自由设定。 自动存储报警信息及动态放电、静态放电数据。 2.3 远程监控系统的设计 远程实现对蓄电池组的核对性放电和内阻测试,可大大提高蓄电池组运行维护的效率,因此本远程监 控系统的关键和难点是如何实现远程控制,为实现远程控制和操作,设计后的二次接线有关蓄电池部分如 图三所示。

接合二次接线图,将原处于常闭状态的 1Q3 改为常开状态,图中 J1-2、J1-4 平时均为常闭状态,JM、 J1-5 平时为常开状态;远程控制的实现时序如下描述; 内阻测试时序: ① ② 断开 J1-4,延时 1 秒后闭合 J1-5; FD-B 放电模块接收内阻测试命令后开始内阻测试;

③ ④

FD-B 放电模块充分散热后断开 J1-5 延时 1 分钟,闭合 J1-4,完成内阻测试。 闭合母联直流接触器 JM;实现二段母线的联合; 断开 J1-2,使充电装置和蓄电池组退出母线; 断开 J1-4,闭合 J1-5 FD-B 放电模块接收核对性放电命令,开始放电 放电结束时,FD-B 放电模块接收结束放电终止放电; FD-B 放电模块充分散热后断开 J1-5 闭合 J1-4,对蓄电池组进行充电,同时检测组端电压和充电电流 判断蓄电池组转入浮充后,闭合 J1-2,投入母线 断开 JM,完成核对性放电和母线分段。

核对性放电时序: ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨

实现对放电模块控制的功能由安装与现场的放电控制模块完成,放电控制模块接收远程放电开始和终 止命令的同时,分别根据内阻测试和核对性放电命令,完成对 JM、J1-2、J1-2、J1-5 直流接触器的闭合和 断开操作,整个远程控制系统的结构图如图四所示。 如上图所示,整个监控系统包括三大部分: 服务器计算机管理和监控软件:软件实现远程核对性放电和内阻测试的控制,同时实时接收现场蓄电 服务器计算机管理和监控软件 池监测系统上传的各信息,统一进行数据存储、分析和 WEB 发布,以及各类报表的生成; 蓄电池组监测系统: 蓄电池组监测系统:实时监测蓄电池组状态,转发远程核对性放电和内阻测试命令,实时上传蓄电池 组信息和放电状态信息; 放电控制模块和放电模块:接收远程核对性放电和内阻测试命令,核对性放电和内阻测试的实现,以 放电控制模块和放电模块: 及对直流系统二次回路的控制。

6、结束语 、 本文介绍的蓄电池组远程维护管理系统具有模块化、智能化、网络化的特点,不仅实现了蓄电池组信 息的实时在线监测,同时也具备了核对性放电和内阻测试功能,提供了蓄电池组监测维护的必要和可靠的 手段。同时实现了对以上操作的远程控制和管理,体现了先进的设计思想,实现对蓄电池的维护方法由传 统的定期检测转变为远程状态检测,提高了系统的自动化程度和可靠性,具有较强的实际推广意义。


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