張九天　劉健宏　趙丁鋒　黃偉納　梁杉

摘要：蓄電池可以為變電站提供低壓直流電源，作為整個電網(wǎng)不可或缺的重要組成部分，對蓄電池的研究一直未停止，尤其是對蓄電池在線監(jiān)測裝置的研究對于變電站事故應(yīng)急處置，確保電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行具有十分重要意義，本文著重就這一課題展開研究，希望能給相關(guān)專業(yè)人士以參考。

關(guān)鍵詞：蓄電池;在線監(jiān)測;裝置系統(tǒng)

引言

隨著國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的發(fā)展，對于電力系統(tǒng)技術(shù)的革新發(fā)展無疑是巨大的。對于蓄電池在線監(jiān)測的研究不僅僅可以實現(xiàn)蓄電池的的無人值守管理，還可以實現(xiàn)其集約化管理，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，電力系統(tǒng)開展了一系列的變電站蓄電池在線健康維護試點工作，為實現(xiàn)遠程化和區(qū)域化蓄電池管理提供可借鑒的技術(shù)和經(jīng)驗，也大幅度降低了運行維護管理的成本，提升了安全運行的水平，增強了電網(wǎng)的可靠性。

一、變電站蓄電池簡介

從當前變電站蓄電池使用情況來看，閥控式密封鉛酸蓄電池（以下簡稱蓄電池）由于其優(yōu)越的性能被大量廣泛使用，被市場接受認可度較高，其主要作用為：當變電站電源失去電力時，蓄電池可以為斷路器等內(nèi)部設(shè)備提供斷路動能。所以蓄電池的性能直接關(guān)聯(lián)著整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，必須引起高度重視。但從實際運行維護情況來看，目前還存在很多不確定因素導(dǎo)致蓄電池壽命縮短和性能降低，必須針對問題癥結(jié)，優(yōu)化維護手段，提升蓄電池的可靠性。本文所研究的對于蓄電池再現(xiàn)監(jiān)測裝置的研究就是其中較為有效的手段之一。

變電站內(nèi)的蓄電池組是電力系統(tǒng)的最后防線，作為應(yīng)急狀態(tài)下供電的儲能設(shè)備，在交流電供電常態(tài)下，其處于浮充電滿容量狀態(tài)，當直流負載瞬時超過充電機額定輸出電流情況下，其即時提供無延時的負載電流，確保母線電壓正常。蓄電池作為故障狀態(tài)下為站內(nèi)一級、二級設(shè)備提供電源的重要設(shè)備，必須高度重視其自身質(zhì)量的好壞，因為其應(yīng)用價值遠遠高于其本身的價值。從理論上分析，絕大多數(shù)蓄電池是免維護的，設(shè)計壽命已經(jīng)達到了或接近于12年，但從工作實踐來看，理論值難以達到，一般平均壽命為6至8年。由于蓄電池發(fā)生故障導(dǎo)致電網(wǎng)事故的不勝枚舉。2013年貴州電網(wǎng)的I 級事故，主要是貴州電網(wǎng)的濫壩站220k V I 段母線發(fā)生短路，而該線上所有的斷路器全部拒動，造成濫壩站全站失壓。事后分析原因，主要是蓄電池組很久未得到徹底科學(xué)的維護，造成自身內(nèi)阻的增大，一些蓄電池內(nèi)阻竟然達到2500μΩ，電壓達到5V 以上，基本呈現(xiàn)開路狀態(tài)。

二、當前蓄電池維護上存在的問題

“預(yù)防性維修”、“周期性維護”是當前對于蓄電池維護的基礎(chǔ)理論依據(jù)，但基于這一理論的實踐還存在以下矛盾問題。

一是工作量大且需要停電試驗，根據(jù)國家電網(wǎng)有關(guān)蓄電池的管理規(guī)定，必須每兩至三年就要實施一次核對性放電試驗、測量單體內(nèi)阻必須每三個月落實一次、測量浮充電壓必須每月一次，連續(xù)運行6年及以上的蓄電池組，必須落實每年一次核對性放電試驗。根據(jù)這一規(guī)定，以一個普通的地市為例，需要對350多個蓄電池組，核對性放電試驗每年必須落實160 組/次以上，每次試驗需要耗費時間數(shù)10小時，每次試驗需要耗費人力資源4 人/次，按此計算，每年就是6400小時左右，耗費了大量的人力物力資源，目前電網(wǎng)蓄電池組的數(shù)量還處于上升階段，真正其維護量還在不斷上升。

二是蓄電池組在檢修狀態(tài)下，不能真正反映其缺陷。這與傳統(tǒng)的蓄電池巡檢儀息息相關(guān)，該儀器采集數(shù)據(jù)精度較差，僅具有單一的告警功能，維護人員無法真實掌握電池性能情況。

三是周期性維護有其固有缺陷，故障大概率發(fā)生在兩次維護期間內(nèi)，維護時故障已經(jīng)存在一段時間，維護修復(fù)的時效性較差。

四是對于一些嚴重問題，周期性維護無法真正發(fā)現(xiàn)處置。主要原因是：少數(shù)蓄電池組出廠時就有其固有缺陷，如制造工藝問題，設(shè)計問題等等，這些問題極易導(dǎo)致正極板鼓脹生長等問題，出現(xiàn)高阻接觸時則會導(dǎo)致短路現(xiàn)象，嚴重的甚至?xí)?dǎo)致金屬性爆炸起火，小電流放電也會導(dǎo)致容量虧空，形成蓄電池開路。

五是周期性維修有時也會導(dǎo)致資源的浪費，造成過度維修。為了對這一周期性問題實施彌補，目前提出的“蓄電池狀態(tài)檢修”理論可以較好的解決這一問題，其原理是：蓄電池的老化、起鼓等問題是具有階段性的，表現(xiàn)為物理的、化學(xué)的漸變的過程，可以采取持續(xù)采樣的方式實施處理分析，對其容量和性能也可以實時進行判斷，提前處理故障，較好的彌補周期性維修的缺陷。

三、蓄電池在線監(jiān)測裝置及系統(tǒng)研究

對蓄電池實施在線監(jiān)測需要實時掌握蓄電池性能，但必須破除以往監(jiān)測花費時間長，耗費資源等問題，必須對監(jiān)測系統(tǒng)進行重新的構(gòu)建，在系統(tǒng)功能上，不僅僅只能實現(xiàn)在線實時監(jiān)測，還需實現(xiàn)設(shè)計維護維修、風(fēng)險評估等功能，從而使檢修更為順暢。

（一）系統(tǒng)架構(gòu)與功能

系統(tǒng)架構(gòu)圖具體如圖1 所示，實現(xiàn)主要功能如下：

一是在線監(jiān)測。其在線監(jiān)測主要實現(xiàn)以下內(nèi)容：一個是單體電池電壓電流，另一個是蓄電池的電阻;再一個是環(huán)境與溫度參數(shù)等。

二是測試性放電，其主要內(nèi)容包括蓄電池組的放電充電及運行狀態(tài)的監(jiān)測與切換，對直流系統(tǒng)進行遠程監(jiān)測。

三是充電機監(jiān)控。主要包括直流母線、交流輸入和充電裝置警報以及絕緣故障;模塊輸出的電流電壓、輸入電壓;開換機及電壓的調(diào)整與切換等。

四是狀態(tài)評價。主要包括信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，一般以圖表形式呈現(xiàn);放電情況和具體分析判斷;電壓變化參數(shù)、離散情況;放電電壓的自動監(jiān)測和曲線圖繪制;對異常情況的全面評價和分析;完成對蓄電池組的報告評價。并以此評價為依據(jù)，針對性制定維修維護舉措。

五是制定預(yù)防措施。實施自動均衡處理，確保電池電壓始終保持相對一致，從而延長蓄電池的在線監(jiān)測管理系統(tǒng)使用期限。

（二）實施狀態(tài)檢修

所謂“狀態(tài)檢修”主要指對于故障的及時識別后，制定科學(xué)的維修計劃，并選擇科學(xué)的維修時間和計劃，一般來說包括以下幾個步驟：

一是實施信息的收集。這一步驟一般在狀態(tài)檢修前完成，主要包括設(shè)備制作資料、運行資料、檢修和維護資料等等，這些數(shù)據(jù)信息可以為評價提供有力的支撐，此外，對于信息的準確性和完整性也高度重視，必要時必須反復(fù)核查，消除數(shù)據(jù)偏差和誤差。

二是實施狀態(tài)評價。對獲取的設(shè)備維修運行的各項數(shù)據(jù)資料進行追蹤管理與整理分析，掌握準確的運行情況，分析運作趨勢。

（三）實施科學(xué)的風(fēng)險評估

其主要目的是掌握設(shè)備運行過程中隱藏的風(fēng)險，并制定出科學(xué)的解決方案，進行風(fēng)險預(yù)測。并對可能發(fā)生的風(fēng)險概率和損害做出判斷并加以控制。

（四）科學(xué)制定策略

在掌握風(fēng)險評估和評價之后就可對設(shè)備實施全面排查，要根據(jù)檢修的要求科學(xué)制定檢修方案。并以評估結(jié)果作為依據(jù)，進一步明確檢修部位和檢修方式。

四、蓄電池在線監(jiān)測發(fā)展前景展望

（一）電池數(shù)據(jù)實時傳輸和4G網(wǎng)絡(luò)融合裝置研究

以往電池放電過程的電壓監(jiān)測采集須將電壓采集模塊一一對應(yīng)的夾在蓄電池正負極兩端，本項目省去取下、放回蓄電池防塵罩工作過程;省去安放、取下電壓采集模塊的工作過程，從而減少工作量，提高工作效率，降低工作成本; 規(guī)避了因安放、取下電壓采集模塊產(chǎn)生的人身觸電傷亡的風(fēng)險;規(guī)避了蓄電池短路燒損的風(fēng)險;規(guī)避因人身觸電、蓄電池短路造成的直流系統(tǒng)異常，保護裝置誤動、拒動的情況出現(xiàn)。能實時監(jiān)測電池電壓和內(nèi)阻數(shù)據(jù)，解決數(shù)據(jù)遠距離傳輸問題，將4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理技術(shù)和無線技術(shù)相融合，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，在現(xiàn)有裝置上再創(chuàng)新，使接收終端和負責人員可以實時掌握電池狀況，減少工作強度，減低投資成本，更充分保障系統(tǒng)運行安全。

（二）研發(fā)新型蓄電池管理系統(tǒng)

研發(fā)新型電池管理系統(tǒng)，對于儲能行業(yè)的監(jiān)測具有重大的意義。近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)的普及給蓄電池的在線監(jiān)測分析提供了一條新道路。大數(shù)據(jù)分析可以在以下四個方面發(fā)揮作用：一是數(shù)據(jù)挖掘算法;二是可視化分析;三是預(yù)測性分析能力;四是數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)管理等。各級電力部門也結(jié)合工作實際提出了3V和3E的電力行業(yè)大數(shù)據(jù)分析要求，這些必將助推電池管理走上自動化、智能化的道路。

五、結(jié)語

綜上所述，蓄電池作為電網(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)備，其維護管理實時監(jiān)測等功能的實現(xiàn)不僅僅是自身的需要，更是整個電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需要。本文本著問題導(dǎo)向，分析了當前蓄電池維護管理上的一系列問題，對在線監(jiān)測裝置的系統(tǒng)構(gòu)架和功能實現(xiàn)進行了闡述，最后提出了展望，必將為助推該裝置的研發(fā)，也必將有較好的市場應(yīng)用前景。

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