电力通讯电源蓄电池在线监测及系统维护的设计与实现.pdf

广西水利水电 G U A NG X I WA T E R R E S O U R C E S H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 4 ( 3 ) 机电技术 电力通讯电源蓄电池在线监测及系统维护的设计与实现 李含霜 ， 何宏华 ， 廖绍山2 ， 姚旭明 ( 1 广西电力职业技术学院， 广西南宁5 3 0 0 0 7 ； 2 南宁国瑞电子科技有限公司， 广西南宁5 3 0 0 2 2 ) 【 摘要】 介绍了阀控铅酸蓄电池( VR L A B ) 在线监测及维护系统的设计和实现方案， 主要针对正在使用的电池的性 能状况进行在线监测 ， 并根据电池情况自动进行在线电池充放电微调来激活老化的电池 ， 或者通过调整来达到电 池的最佳状态， 避免电池的欠充或过充等。 关键词】 V R L A B蓄电池 ； 在线监 测 ； 自动维护 【 中图分类号】 T M 7 3 【 文献标识码】 B 文章编号】 l O 0 3 1 5 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 5 O 一 0 4 l 引 言 电力通讯体系是电网调度、 业务办理和数据传 输 的基础 ， 是 电网安全 、 经济 且稳定运转 的关键 。 在整个 电力通讯体 系之中 ， 通讯 电源的运转质量直 接影响整个 电力通讯 网络运转的安全性和牢靠性 ， 因此对通讯 电源的研究具有重大的意义。 目前 ， 阀 控铅酸蓄 电池 ( V a l v e R e g u l a t e d L e a d A c i d B a t t e r y V R L A B ) 在通讯电源中的应用最为广泛， 当供电电 源或整流系统 出现故障时 ， 由蓄电池对设备提供动 力 ， 其性能直接影响电源系统的可靠性和质量。 V R L A B蓄电池采用了阴极吸收技术 ， 因而在运 行中无需加水维护。进入市场的初期 ， V R L A B被称 为“ 免维护” 电池 ， 而且宣称使用寿命可达到 1 5 2 0 a 。 然而 ， 十多年应用结果表 明， V R L A B的使用寿命并 没有人 们预期 的高 。在 实际使用 中 ， 由于站点众 多 、 安装方 式的限制 等原因 ， 只有很少的用户能够 定期检查 蓄电池并对蓄电池作定期容量测试 ， 一般 只有在市电停电或电源设备发生故障后才发现蓄 电池 已损坏或放 电容量没有达到设计的要求 ， 从而 造成 了不必要的损失 。因此 ， 加强通讯 电源 中V R L A B蓄 电池的监测和维护是十分必要的 ， 正常情况 下 由于电池是处于备用状态下的 ， 单靠人工方式去 进行大面积的电池维护监测就不可能实现时刻了解 所有电池的情况 ， 所 以必须加强非人工方式对电池 进行监测 ， 这就必须进行 电池的在线监测和维护。 为了改善对V R L A B 蓄电池在使用过程中的管 理 ， 使原来对 V R L AB蓄 电池 的计划检 修方式变成 目标检修方式 ， 本文 给出了一种新型蓄电池在线监 测及维护系统 的设计 和实现方案 ， 以供参考 ， 本方 案 主要是通过在线方式对正在运行 的电池进行 电 池好坏 的检测容量估算等 ， 根据检测结果 ， 对 电池 进行在线维护 ： 通过在线式对 电池进行充 电微调来 实现电池 的过充或欠充来保护电池 的性能 ， 使电池 始终处在最佳状态， 通过充电进行微调及电池旁路 也可 以实现有问题 的电池能在线激活 ， 延长 电池使 用寿命等 。该系统优势主要包括 ： ( 1 ) 掌握 电池 的当前状 况 ， 尤其是与电池容量 衰减有关的变化 ； ( 2 ) 改善电池的使用条件， 延长电池的使用寿命； ( 3 ) 及 时处理 电池问题 ， 提高 电源系统的可靠 性， 避免停电和电源装置发生故障时设备瘫痪 ； ( 4 ) 避免盲 目更换电池 ， 减少电池更换费用 ； ( 5 ) 集 中监控和网络化管理 。 2 蓄电池在线监测及维护子 系统 2 1系统架构 影响蓄电池寿命 的因素很多 ， 且铅酸阀控蓄 电 池对运行参数有严格的要求 ， 不合理 的运行方式也 会直接影响蓄电池的使用寿命 。 目前 ， 由于站点 的 数量太 大且基本上都是一个班组管理几十个 站点 甚 至上百个站点 ， 维护人员的工作任务繁重 ， 而想 通过单一问题、 单一解决方案对大量的蓄电池进行 维护几乎是不可能 的事 。因此 ， 对蓄电池 的维护只 【 收稿 日期】 2 0 1 4 - 0 3 - 1 4 【 作者简介】 李含霜( 1 9 7 1 一 ) ， 女( 壮族) ， 广西田阳人， 广西电力职业技术学院讲师， 硕士， 主要研究方向： 电力系统及其 自 动化。 5 0 广西水利水电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S &H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 4 ( 3 ) 能采取 网络化 、 智能化 的 自动维护 ， 即尽量提供无 人值守的方式进行系统的维护监测， 并将结果第一 时间通过报警的方式通知维护或值班人员等。 由于电力通讯设备分布广泛， 涉及部门和单位 较 多 ， 其通讯 电源的产权 、 管理 以及检修维护的体 系也就 比较复杂 ， 蓄电池在线监测及维护系统的合 理构架 ， 能对蓄电池进行数据信息采集 ， 性能及运 行参数的分析， 为检修任务的调度提供有效的保证。 蓄电池在线监测系统 由数据监测子系统 、 自动 维护子 系统 、 通信子系统 以及服务器子系统 4 部分 构成 ， 本 系统采用支持大容量监控组 网的方案 ， 支 持 s c、 S S 、 S U 3 级结构和S C、 S U两级结构 ， 能实现两 级结构 到3 级结构的平滑过渡 ， 系统组网结构 图如 1 所示 。 图 1 系统组 网结构图 2 1 1 监控 中心 ( S C ) S C是整个监控系统 网络 的监控和管理中心 ， 由 数据库服务器 、 监控业务 台、 打印机及相关附属设 备组成。s c主要完成全网监控信息的统计处理与 分析 ； 实时监视各监控站 ( S S ) 的工作状态 ； 对监控 单元 ( S U ) 下达监测 和控制命令 。数 据库服务器是 监控系统的数据存储和管理 中心 ， 监控业务台是 s c 的系统操作平台， 负责监测、 分析、 统计和查询各S U 的监控实时数据 、 告警信息及历史数据 。 2 1 2 监控站( S S ) 监控站s s 的主要功能是对端局采集器的原始 数据进行处理 ， 并将处理结果发送给监控业务台和 服务器 ， 同时接收业务台的控制命令对端局实施控 制 。监控站 S S 相对于 S C的重点功能为设备监控和 维护 ， 对其所监控的监控单元 S U数据进行采集和 处 理 。 2 1 3 监控单元( S U) 监控单元 S U的主要功能是对端局进行现场数 据 的采集 、 处理及储存 ， 执行监控站 ( S S ) 及监控 中 心( s C ) 下达的控制命令 。监控单元如图2 所示。 图 2 监控单元 S U的示意图 2 2 数据监测及维护子 系统 2 2 1 监测单元 蓄 电池在线维护必须具备相应 的检测手段 ， 蓄 电池在线监测维护管理就是要在 电池运行过程 中 把握 电池 的真实运行状态 。只有 了解 蓄电池 当前 运行参数 、 性能参数 、 历史数据 ， 才能对蓄电池进行 有针对性的维护 ， 因此对蓄电池在线监测技术的选 择变得十分重要。 蓄 电池在线监测子 系统必须准确检测蓄 电池 的运行状态和运行参 数 ， 最基本 的运行参数包含 ： 蓄电池组电压 、 工作电流、 工作环境温度、 单电池电 压以及 内阻 ， 一套 良好的数据采集器还需具备可扩 展得的其他测量接口。系统的参数要求如表 1 所示。 表 1 系统参数的基本要 求 监测子系统还必须具备对运行状态和运行参 数的分析功能， 同时也能对一 、 二类告警进行分析 确认并主动上传， 有一定的存贮空间在告警产生时 将各类参数及产生时间记录存贮。 2 2 2 自动维护单元 大量的数据和案例分析表明， 即使依据相关的 标准对蓄 电池进行检查和维护 ， 蓄电池的问题依然 51 李含霜 ， 何宏华 ， 廖绍山 ， 姚旭明： 电力通讯电源蓄电池在线监测及系统维护的设计与实现 严重 。造成这种问题原因有很 多种 ： 首先 ， 人工对 蓄 电池进行检测和维护 ， 不能实时 、 连续地监测 蓄 电池的运行状态和性能变化 ， 无法及时发现和处理 问题 ； 另外 ， 在测量数据 的过程 中， 容易出现较大的 误差 ， 不利于数据 的综合分析 ； 最后 ， 蓄电池的数据 分析是复杂的 ， 缺乏蓄电池专业知识的工作人员很 难根据蓄电池 的数据对其性能作出判断 ， 对蓄电池 进行检测及维护时就没有针对性 ， 维护的效果也并 不理想。综上 所述 ， 必须对蓄 电池进行更 全面 、 更 严格的维护 ， 才能有效保证其性能。 蓄电池的维护通常需要 ： ( 1 ) 欠充蓄 电池的补充电。 ( 2 ) 蓄 电池浮充过高时的调整。浮充过高是蓄 电池失水的最主要原 因， 也是影响蓄电池使用寿命 的最主要因素。 ( 3 )蓄电池欠充 、 部分蓄 电池浮充过高 时的补 充电及调整 ； 发生一定深度放电的蓄电池组充电后 通常会有这种情况 出现。 ( 4 )蓄电池 内阻变化过大时的活化 。大量的数 据表明， 大多数蓄电池劣化是 由于蓄 电池失水硫酸 化造成 的， 如果在硫酸化的初期就采用合理的方式 对蓄 电池进行 处理 ， 可 以使其性能恢复 ， 对延长蓄 电池 的使用寿命是非常有效 的。 ( 5 ) 蓄电池组 的定期放电活化 。在线活化放电 时 ， 不能简单地采用把充电系统断开而用蓄 电池对 负载供 电的模式放电 ， 因为如果蓄电池性能不好或 者连接存在问题 ， 对系统的安全运行影响是非常严 重的。 ( 6 ) 蓄电池组 的定期均衡充电。长期浮充 的蓄 电池组 由于电池 自放电 、 蓄电池电压不一致造成的 容量亏损 ， 会使 电池组 的容量有所下降 ， 必须定期 对蓄电池进行均衡补充电。 3 蓄 电池监测及 维护软 件子 系统 系统 软件 是一个 网络化 机房管理业务综 合软 件平 台， 监控中心软件平 台可以在后 台按局方要求 发送监控站数据到省监控中心， 各地区通信站的数 据可按要求存储在分控中心 ， 及存储在省监控中心。 监控软件 由以下几部 分组成 ： 权 限管 理 。 权 限分为系统管理员 、 一般操作员及客人 3 档 ； 用户操作管理 。记录了所有用户对系统做 的任 何操作 ； 显示浏览模块。 ( 1 ) 蓄电池数据分析专家子系统 。它包含以下 52 功能： 综合分析蓄电池实时运行参数及历史数据 ， 提 供 系统最佳运行方式及运行参数 ； 分析蓄电池 的性 能参数 ， 找 出蓄电池的最佳维 护时间及维护方式 ； 根据用户需要 ， 定期进行放 电活化 ； 提供蓄 电池性 能变化趋势分析 曲线 ； 运行历史数据分类 、 记录 类 比； 提供报警分析及处理建议。 ( 2 ) 充 电单元运行 管理模块 。它包含 以下功 能： 对智能型充电机的运行方式进行调整 ， 对智能型 充 电机的运行参数进行设定整 ； 依据蓄电池数据分 析专家子系统指令调整运行参数及方式 ； 充电机运 行参数监测 ； 充 电机运行参数跳变事件分类 、 记录 ； 异常操作分析及报警处理 。 ( 3 ) 系统参数设置模块 。 ( 4 ) 报警记录及查询模块。 ( 5 ) 运行报表生成 、 打印模块 。 ( 6 ) 故障派单 、 回单等闭环流程 。 软件 内置看 门狗 ， 监控软件不会 因用户误操作 等原 因而使系统 出错 、 退 出或死机 ， 具有极强 的容 错能力。提供相关 的数据接 口， 以利于其它系统调 用及二次开发。 4 工程 买例 云南德宏供 电公 司潞西 变电站 、 盈江变 电站 、 海南供电公司 、 贵州贵阳供电局及南宁某 电信基站 安装本系统后 ， 实现了对蓄电池运行情 况的远程实 时监控 ， 能及时采集到电池组 的组电压 、 组 电流 ， 单 体 电池的电压 、 内阻 ， 环境温度等实时数据 ； 还实现 了对电池组远程放 电 ， 既测试 了蓄电池 的容量 ， 又 能养护蓄电池 。在这些站点 ， 当把组电压和单体 电 压下限分别设置 4 5 V和 1 8 5 V时 ， 远程启动 放电 ， 电池组脱离充 电机利用设备对 电池组放 电， 当系统 检测到组电压或单体 电压达到下限值 时进行跳转 ， 电池组再挂 回充电机进行充 电， 一放一冲的过程活 化了 电池 ； 与此 同时 ， 系统能根据以往数据 和实时 放电数据的变化估算 出电池组所剩容量 和放 电时 间。 由此看 出 ， 该维护系统对变 电站 、 基站 的市 电 停电 、 设备维护更换 、 电池组 的养护等都有积极 的 作用。 5 结论 本蓄 电池在线监测及维护 系统是结合 实际开 发的 ， 具有性能优越 、 可靠性高 、 可扩展性能 良好等 特点 ， 将 先进 的蓄电池测试技术 、 远程 自动维护以 广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E SH Y D R O P O WE R E N G I N E E R I NG 2 0 1 4 ( 3 ) 及活化功能集成到用户的监控体 系中， 及时有效地 对蓄电池进行维护 ， 在降低用户的维护成本的同 时， 也有效延长了蓄电池的使用寿命 ， 减少了不必 要的费用 ， 提高了电力系统运行的安全系数。 ( 责任编辑： 刘征湛) De s i g n a nd i mp l e me n t a t i o n o f ba t t e r y o n。_ _ l i n e s upe r v i s i o n a nd ma i nt e na n c e f o r e l e c t r i c p o we r c o mmuni c a t i o n po we r s upp l y L I Ha n -s h u a n g ， HE Ho n g -h u a ， L I AO S h a o s ha n ， YAO Xu mi n g ( 1 G u a n g x i E l e c t r i c a l P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e ， N a n n i n g 5 3 0 0 0 7 ， C h i n a ； 2 N a n n i n g G u o r u i E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y C o ， L t d ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： An i n t r o d u c t i o n w a s ma d e o n t h e d e s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n s c h e me o f VRL AB o n l i n e s u p e r v i s i o n a n d ma i n t e n a n c e s y s t e m T h e p r o p e r t y a n d s t a t u s o f b a t t e r i e s b e i n g u s e d a r e s u b j e c t t o o n l i n e s u p e r v i s i o n A c c o r d i n g t o t h e s t a t u s o f b a t t e r y ， t h e a g e d b a t t e ry i s a c t i v a t e d a u t o ma t i c a l l y b y o n l i n e c h a r g e a n d d i s c h a r g e t r i mmi n g o r t h e b a t t e r y i s a d j u s t e d t o t h e b e s t s t a t e ， S O a s t o a v o i d b a t t e ry u n d e r c h a r g e d o r o v e r c h a r g e d 声I-i-I 明 厂I 本刊已许可中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社在中国知网及其系列数据库产品中以数字化方式复制 、 汇编、 发行 、 信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊稿酬一并支付。作者向本刊提交文章发表 的行为即视为同意上述声 明。 广西水利水 电 编辑部 53