天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠 張曉光

蓄電池組作為發(fā)電廠生產(chǎn)設(shè)備后備應(yīng)急電源，是保障電廠是否正常運(yùn)行及管理的最后手段，所以對(duì)于蓄電池的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)尤為重要。目前電廠在用電池包含荷貝克、圣陽、湯淺、陽光等品牌的蓄電池組，各組蓄電池投入使用時(shí)間不一且各廠家蓄電池性能不一，電池性能標(biāo)準(zhǔn)也不一致，蓄電池穩(wěn)定性未能科學(xué)量化。

當(dāng)前監(jiān)測(cè)各個(gè)蓄電池組的運(yùn)行狀態(tài)，主要依據(jù)人工定期對(duì)蓄電池進(jìn)行電壓量、外觀、外表溫度等進(jìn)行檢查，以及年度對(duì)蓄電池組進(jìn)行大充大放核對(duì)下檢查，很難做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)及內(nèi)阻，無法及時(shí)掌握蓄電池健康狀態(tài)。同時(shí)各廠家蓄電池成本不一，為保障項(xiàng)目投資效果最優(yōu)、性價(jià)比最高，檢測(cè)在用蓄電池工作性能指標(biāo)、穩(wěn)定性能為后期項(xiàng)目建設(shè)提供科學(xué)化依據(jù)。

為保障蓄電池組健康運(yùn)行，廠站通過采用新型蓄電池監(jiān)控思路，對(duì)廠站蓄電池組進(jìn)行基于分布式網(wǎng)絡(luò)的在線式監(jiān)控。同時(shí)，通過在線式遠(yuǎn)程核容裝置定期對(duì)蓄電池組健康狀態(tài)進(jìn)行研究，完善發(fā)電廠對(duì)廠用蓄電池科學(xué)監(jiān)測(cè)及管控，實(shí)時(shí)掌握蓄電池健康狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)不同品牌蓄電池運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，完善電廠蓄電池質(zhì)量庫，為后期項(xiàng)目蓄電池組建設(shè)提供可視化科學(xué)依據(jù)。

1 廠站蓄電池情況介紹

廠站根據(jù)工作需求，不同專業(yè)和系統(tǒng)配置不同蓄電池組，蓄電池組數(shù)量多，品牌雜，無法客觀的監(jiān)測(cè)不同廠家蓄電池的性能，以往通過月度測(cè)量電壓量、外觀等定檢工作，以及每年年度開展的通過假負(fù)載離線式進(jìn)行大充大放核容試驗(yàn)，往往很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池的性能下降，從而造成更嚴(yán)重的損害，同時(shí)也不能有效評(píng)估不同蓄電池經(jīng)濟(jì)效益的投資比。

此次擬進(jìn)行測(cè)試的蓄電池，包括兩套機(jī)房UPS 電源系統(tǒng)配套的蓄電池組（2套UPS5000-E 200kVA UPS 交流供電；配套德國陽光蓄電池組1組、湯淺蓄電池組1組，每組蓄電池節(jié)數(shù)為84節(jié)），和兩套通信直流電源系統(tǒng)配套的蓄電池組（2套ZJDY48-200直流供電；配套德國陽光和湯淺蓄電池組各1組，每組蓄電池節(jié)數(shù)均為24節(jié)）。通過對(duì)同一時(shí)期投入運(yùn)行的不同品牌的蓄電池組進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、在線式核容，實(shí)時(shí)跟蹤蓄電池組的健康狀態(tài)。

2 廠站蓄電池狀態(tài)研究方案

開展電廠廠區(qū)綜合性機(jī)房通信蓄電池維護(hù)現(xiàn)狀、存在問題、需求及相關(guān)技術(shù)的調(diào)研：研究蓄電池維護(hù)及停電事故現(xiàn)狀和存在的問題，完成智能運(yùn)維技術(shù)研究，提出維護(hù)系統(tǒng)的完善方案。

依托廠區(qū)綜合性機(jī)房已經(jīng)具備的條件，立足在廠區(qū)綜合性機(jī)房內(nèi)模擬或仿真蓄電池運(yùn)行模型，論證可行性。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)現(xiàn)環(huán)堆中的各種變量，及時(shí)修改設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、完善系統(tǒng)軟件、調(diào)整傳輸技術(shù)．確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、可靠性、重現(xiàn)性和真實(shí)性。

以廠區(qū)綜合性機(jī)房UPS 電源、直流48V 電源系統(tǒng)的蓄電池組為研究對(duì)象。在真實(shí)的環(huán)境中對(duì)技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。召開項(xiàng)目協(xié)調(diào)和技術(shù)方案論證會(huì)議，并對(duì)研究項(xiàng)目成果進(jìn)行評(píng)審。

搭建試驗(yàn)網(wǎng)，完成對(duì)全在線蓄電池智能維護(hù)系統(tǒng)性能的側(cè)試和臉證，完成報(bào)告。

研究全在線蓄電池智能維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展方向．提出實(shí)現(xiàn)基于遠(yuǎn)程維護(hù)、內(nèi)阻測(cè)試、在線充放電關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方案。

現(xiàn)場(chǎng)安裝具備蓄電池遠(yuǎn)程核容及智能維護(hù)系統(tǒng)的硬件設(shè)備。

后臺(tái)安裝可以遠(yuǎn)程在線操作的測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)蓄電池組開展遠(yuǎn)程核容試驗(yàn)。

3 蓄電池健康狀態(tài)研究

3.1 蓄電池在線監(jiān)測(cè)

蓄電池在線監(jiān)測(cè)的包括：蓄電池工作狀態(tài)、蓄電池容量、蓄電池組總電壓、單體電池電壓、充/放電電流、蓄電池極柱溫度、蓄電池內(nèi)阻（電導(dǎo)）、續(xù)航時(shí)間預(yù)估等參數(shù)。

通過對(duì)每節(jié)電池在線內(nèi)阻（電導(dǎo)）測(cè)試，計(jì)算整組電池均勻性差異，通過電池均勻性對(duì)整組電池中的落后電池進(jìn)行查找定位，并對(duì)電池組性能進(jìn)行定性判斷。

單體電池監(jiān)測(cè)，采用一拖一監(jiān)測(cè)的方案，即：一節(jié)電池接一個(gè)監(jiān)測(cè)模塊，該模塊采集單體電池的電壓，內(nèi)阻和負(fù)極柱溫度。

單體電池監(jiān)測(cè)模塊應(yīng)具備自動(dòng)順序編號(hào)的功能，能自動(dòng)和電池編號(hào)一一配對(duì)。

表1 實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)報(bào)表

3.2 遠(yuǎn)程核容裝置功能

現(xiàn)場(chǎng)安裝遠(yuǎn)程核容裝置，遠(yuǎn)程核容裝置具有獨(dú)立的DC/DC 升壓放電模塊，通過遠(yuǎn)程核容主站系統(tǒng)（蓄電池后臺(tái)監(jiān)控管理平臺(tái)）在線式對(duì)各個(gè)蓄電池組進(jìn)行放電、充電核容操作，并在放電過程中系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)試參數(shù)，通過對(duì)蓄電池組充放電試驗(yàn)，達(dá)到測(cè)量蓄電池容量的目的。

圖1 電路拓?fù)鋱D

遠(yuǎn)程核容裝置利用用戶實(shí)際直流負(fù)載對(duì)電池組進(jìn)行放電(DC/DC)，以達(dá)到電池組節(jié)能放電目的。為保證在線升壓核容安全性，其升壓DC/DC 應(yīng)使用輸入輸出變壓器隔離型的DC/DC 技術(shù)，其輸出的電壓由變壓器決定了控制在安全范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)設(shè)備的安全，避免出現(xiàn)DC/DC 電路故障導(dǎo)致過壓損壞系統(tǒng)設(shè)備的情況。

遠(yuǎn)程核容系統(tǒng)具備手動(dòng)停止放電功能：正常情況下，核容系統(tǒng)對(duì)蓄電池組正常開展放電測(cè)試，一旦遇到系統(tǒng)故障或其他緊急情況時(shí)，運(yùn)維人員可以通過主站系統(tǒng)在蓄電池放電期間任意時(shí)刻手動(dòng)中斷放電過程。

根據(jù)遠(yuǎn)程核容放電參數(shù)的設(shè)置，當(dāng)遠(yuǎn)程放電過程中，放電容量、放電時(shí)間、單體電壓下限值、組端電壓下限值、在線電壓低、升壓上限、單體溫度等任意一項(xiàng)參數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，整個(gè)放電系統(tǒng)可以自動(dòng)停止放電工作，以保護(hù)運(yùn)行中的蓄電池組。

遠(yuǎn)程核容裝置能夠?qū)Ψ烹娺^程全程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在監(jiān)控管理平臺(tái)上能夠以曲線、圖表等多種形式顯示放電過程的放電電流、電池電壓、各單體電壓、組端電壓、電池容量的變化情況。

可以在遠(yuǎn)程核容裝置上進(jìn)行自動(dòng)預(yù)約蓄電池組遠(yuǎn)程核容，同時(shí)平臺(tái)上能自動(dòng)提示并停止沖突預(yù)約或不滿足電源充放電等條件的預(yù)約。

3.3 蓄電池核容監(jiān)控主站（蓄電池后臺(tái)監(jiān)控管理平臺(tái)）建設(shè)

蓄電池后臺(tái)監(jiān)控管理平臺(tái)具備對(duì)廠區(qū)綜合性機(jī)房蓄電池組進(jìn)行遠(yuǎn)程在線容量測(cè)試的功能，即通過蓄電池后臺(tái)監(jiān)控管理平臺(tái)下發(fā)指令，使蓄電池節(jié)能在線放電。以多重放電參數(shù)為條件，其中任意參數(shù)達(dá)到閾值自動(dòng)停止放電；系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確記錄放電的時(shí)間及時(shí)長、單體電壓實(shí)時(shí)的變化情況，組端電壓情況以及放電容量，可直接查詢、也可生成報(bào)表。

在線充電監(jiān)測(cè)功能能對(duì)放電結(jié)束后電池的充電全程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并以曲線、圖表等多種形式顯示充電過程的充電電流、電池電壓、各單體電壓、電池容量的變化情況。

可以通過蓄電池后臺(tái)監(jiān)控管理平臺(tái)實(shí)時(shí)對(duì)電池放電過程及充電過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)能夠通過柱狀圖、變化曲線、數(shù)值分析表等多種形式匯總生成蓄電池充放電測(cè)試報(bào)告，并可導(dǎo)出報(bào)表。蓄電池組后評(píng)估數(shù)據(jù)，有助于在蓄電池遠(yuǎn)程核容后對(duì)蓄電池健康狀態(tài)的性能進(jìn)行分析。

圖2 歷史數(shù)據(jù)圖

蓄電池后臺(tái)監(jiān)控管理平臺(tái)，可以查詢不同蓄電池室不同蓄電池組的設(shè)備以及蓄電池組的實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行信息，并導(dǎo)出生產(chǎn)報(bào)表。

表2 蓄電池后評(píng)估數(shù)據(jù)

能夠?qū)Ω鞴?jié)單體電池的電壓、內(nèi)阻（電導(dǎo)）變化趨勢(shì)進(jìn)行全程記錄，并根據(jù)變化提示告警。

報(bào)警服務(wù)功能，記錄蓄電池的電壓超限報(bào)警、溫度超限報(bào)警、內(nèi)阻（電導(dǎo)）超限報(bào)警等，并在網(wǎng)管界面通過滾動(dòng)報(bào)警、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史報(bào)警方式來查詢，聲光、軟件界面、系統(tǒng)接口推送進(jìn)行報(bào)警，并可實(shí)現(xiàn)按不同級(jí)別報(bào)警的功能。同時(shí)，告警信息可以表格形式導(dǎo)出，便于排查分析。

蓄電池后臺(tái)監(jiān)控管理平臺(tái)采用B/S 架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電廠內(nèi)不同地方的多個(gè)部門同時(shí)使用，很大程度上也減少了運(yùn)維人員的日常巡檢、月度定檢的工作量。

表3 電池告警歷史數(shù)據(jù)

綜上，通過采用新型蓄電池監(jiān)控思路對(duì)廠區(qū)綜合性機(jī)房已建設(shè)電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已建的湯淺、陽光蓄電池容量、溫度、電流、電壓、電阻、蓄電池組在進(jìn)行放電時(shí)的工作狀態(tài)，以及蓄電池組在進(jìn)行放電后對(duì)蓄電池的損耗狀態(tài)、監(jiān)測(cè)蓄電池的使用壽命。

同時(shí)，鑒于電廠廠區(qū)使用多組荷貝克、圣陽、湯淺、陽光等品牌的蓄電池組，廠站將會(huì)盡快落實(shí)蓄電池的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備的建設(shè)，進(jìn)一步完善多個(gè)蓄電池品牌產(chǎn)品在使用過程中蓄電池容量、溫度、電流、電壓、電阻、蓄電池組在進(jìn)行放電時(shí)的工作狀態(tài)、蓄電池組在進(jìn)行放電后對(duì)蓄電池的損耗狀態(tài)，估算各品牌各型號(hào)的蓄電池的使用壽命、健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各品牌蓄電池運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，完善發(fā)電廠蓄電池質(zhì)量庫，為后期項(xiàng)目蓄電池組建設(shè)提供可視化科學(xué)依據(jù)。

經(jīng)過項(xiàng)目成果評(píng)審，此次實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已建的湯淺、陽光蓄電池容量、溫度、電流、電壓、電阻、蓄電池組在進(jìn)行放電時(shí)的工作狀態(tài)，以及蓄電池組在進(jìn)行放電后對(duì)蓄電池的損耗狀態(tài)、能估算蓄電池的使用壽命，研究結(jié)果顯著。