何建梅

佛山電力設(shè)計院有限公司 廣東 佛山 528200

引言

廣東電網(wǎng)公司各下屬供電局通信蓄電池組每年需要通過充放電進行核容才能評估其狀態(tài)，但目前傳統(tǒng)的方法是去現(xiàn)場進行充放電測試，耗費大量人力、物力、時間，使用基于安全認證的遠程在線核容技術(shù)，可大大提高工作效率，同時提高蓄電池維護的質(zhì)量、增加安全性。

1 現(xiàn)狀

廣東電網(wǎng)公司的調(diào)度機構(gòu)、220kV及以上廠站以及通信中繼站均已雙重話配置了通信直流供電系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)設(shè)備、OTN設(shè)備、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、PCM設(shè)備等，均采用通信直流供電系統(tǒng)供電。

中調(diào)、地調(diào)調(diào)度構(gòu)，220kV及以上電壓等級的變電站，總調(diào)、中調(diào)調(diào)度管轄范圍內(nèi)的發(fā)電廠，通信直流供電系統(tǒng)應(yīng)雙重化配置，目前均按兩套獨立的高頻開關(guān)電源進行配置，并根據(jù)遠期用電量配置相應(yīng)的通信蓄電池組。

110kV及以下電壓等級新建變電站則大部分采用DC/DC供電方式。

新建、改造的變電站、開關(guān)站按照不小于8小時配置，調(diào)度機構(gòu)、發(fā)電廠內(nèi)按照不小于6小時配置[1]。

電力通信電源的蓄電池容量一般在100～2000Ah，需要定期進行充放電核容測試，目前采用電熱式放電法，現(xiàn)場使用電爐絲作模擬負載對蓄電池進行放電，將電能轉(zhuǎn)換成熱能釋放，采用風(fēng)機強制散熱，這種放電方式簡單、廉價[2]，但存在以下的問題：電爐絲的散熱縮短通信設(shè)備壽命并造成電能浪費，放電電流不恒定造成測量偏差，現(xiàn)場維護耗時耗力。

如果開發(fā)遠程對電池進行充放電核容的系統(tǒng)，并對電池的各種參數(shù)進行監(jiān)測，將能消除升溫的安全危險，避免能源的浪費，提高工作效率，提高設(shè)備運行安全性，對通信蓄電池的安全運行有重大意義。

2 通信蓄電池遠程核容技術(shù)方案

2.1 方案概述

本期提出的蓄電池遠程核容技術(shù)是：通過在現(xiàn)有的通信電源系統(tǒng)增加DC/DC升壓放電裝置（遠程監(jiān)測核容裝置）和遠程維護管理系統(tǒng)，配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)遠程對電池進行充放電核容、遠程集中監(jiān)控。該技術(shù)不改變原有電源系統(tǒng)，在保障電源安全的前提下完成蓄電池的核容放電。

2.2 核容放電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程

當(dāng)需要核容放電時，高頻DC/DC電池組升壓模塊用于升壓放電，將蓄電池經(jīng)過升壓后向負載供電；當(dāng)蓄電池放電至閾值時自動轉(zhuǎn)為穩(wěn)流充電，系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)流充電電路模塊開始工作，充電電流小于浮充電流時結(jié)束充電，蓄電池通過單向二極管與整流屏形成回路，由整流屏向蓄電池浮充充電。核容裝置電源取自通信電源屏，當(dāng)放電過程中全站停電時升壓模塊停止工作，自動轉(zhuǎn)換為電池向負載供電，以保證變電站通信設(shè)備的供電穩(wěn)定。另外，系統(tǒng)內(nèi)部并聯(lián)了單向二極管，可以防止充放電過程中合閘時出現(xiàn)環(huán)流過大的情況，安全高效；也可以當(dāng)直流母線異常無電壓供應(yīng)時，單向二極管由蓄電池向整流器導(dǎo)通，能無縫為負載用電。

放電時，電流流向如圖1所示。常閉接觸器KO斷開，Kc和Km閉合，高頻DC/DC電池組升壓電路開始工作，蓄電池經(jīng)過DC/DC升壓至略高于整流器電壓，由蓄電池組直接向用戶負載供電，避免了電能的浪費；電池組開始進行容量核對性放電測試，放電過程中核容設(shè)備實時控制放電電流。

圖1 蓄電池組核容放電電流方向示意圖

當(dāng)蓄電池放電至閾值時，放電結(jié)束并自動轉(zhuǎn)為充電，高頻DC/DC電池組穩(wěn)流充電電路模塊工作，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)充電電流到設(shè)定的值并穩(wěn)流；電池組開始使用原有的整流器進行穩(wěn)流充電，最終完成充放電的整個流程。

2.3 遠程監(jiān)測結(jié)構(gòu)

遠程監(jiān)測核容系統(tǒng)可實時在線監(jiān)測每節(jié)單體電池的電壓、溫度、內(nèi)阻、以及整組電池的總電壓、電流等參數(shù)，配套的后臺管理軟件對放電采集的數(shù)據(jù)信息進行處理，分析電池剩余容量，生成各種圖表，評估蓄電池安裝質(zhì)量、并在導(dǎo)電條氧化或者接觸不良時警告。輕松甄別落后單體，評估電池組性能，及時發(fā)出修復(fù)信號，為分析電池性能提供了科學(xué)的依據(jù)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊采用485有線方式跟主機通信，可以將單體采集模塊采集到的指標(biāo)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上傳到后臺軟件，以此實現(xiàn)對蓄電池組的遠程集中監(jiān)控。在后臺軟件遠程發(fā)送放電指令，在放電條件符合的前提下，遠程監(jiān)測核容系統(tǒng)即啟動放電核容。

2.3.1 蓄電池監(jiān)測傳感器及充放電核容裝置實現(xiàn)對電池組每節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、溫度、母線電壓、充放電電流、環(huán)境溫度等各項參數(shù)進行采集監(jiān)控；可在廣東電網(wǎng)調(diào)度控制網(wǎng)管系統(tǒng)對變電站充放電核容裝置進行遠程控制，實現(xiàn)遠程充放電核容。

2.3.2 每臺設(shè)備配置61850協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器連接，監(jiān)控中心建設(shè)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、備份。

2.3.3 平臺使用B/S（Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器模式）架構(gòu)，使用者的終端或移動設(shè)備通過授權(quán)后，可以直接通過Web瀏覽器進行訪問或操作。B/S架構(gòu)在廣域網(wǎng)上，通過不同的訪問權(quán)限對相關(guān)授權(quán)內(nèi)容進行訪問，支持多用戶訪問，交互性較強?，F(xiàn)場維護人員、監(jiān)控中心運維人員、管理者根據(jù)不同的角色授權(quán)，可同時進行相關(guān)的業(yè)務(wù)查詢機操作[3]。

2.3.4 蓄電池智能運維系統(tǒng)。蓄電池監(jiān)控管理，通過主界面可實時查看蓄電池的位置、配置情況、蓄電池的廠家、規(guī)格型號、投入使用日期、實時狀態(tài)、告警信息等重要信息；監(jiān)控界面可實時查看電池組的電壓、電流、續(xù)航時間等關(guān)鍵參數(shù)信息。

蓄電池核容管理，通過測試界面，遠程對指定單個或多個蓄電池組，進行核容參數(shù)設(shè)置，并啟動/停止核容測試。在歷史數(shù)據(jù)界面查看核容歷史數(shù)據(jù)，可對充放電過程中電池的電壓、電流等進行詳細查看及對比。

蓄電池健康管理，通過對批量蓄電池組的充放電運維獲取大量的電池狀態(tài)信息，對蓄電池的容量、ODO循環(huán)深度、充放電次數(shù)、環(huán)境溫度、充放電起止電壓等數(shù)據(jù)，建立蓄電池健康狀態(tài)評估模型，實現(xiàn)蓄電池組全生命周期的預(yù)防、檢測、健康壽命管理。

3 結(jié)束語

蓄電池遠程核容系統(tǒng)在惠州電力局城南110KV變電站和平海110KV變電站已進行了試點運行，并協(xié)助開普實驗室完成了對系統(tǒng)的測試工作。經(jīng)測試驗證，電力蓄電池智能在線維護系統(tǒng)可實時監(jiān)控蓄電池運行狀況，能夠準(zhǔn)確識別單個電池劣化程度，方便查詢各變電站蓄電池的充放電情況、電池內(nèi)阻、溫度等情況；系統(tǒng)的蓄電池在線養(yǎng)護功能，經(jīng)驗證，可改善蓄電池的運行狀況；系統(tǒng)的蓄電池在線容量測試功能，經(jīng)試驗，可無人工干預(yù)的實現(xiàn)蓄電池遠程核容充放電，顯著減輕維護人員的工作強度，提高電池維護效率。

遠程核容系統(tǒng)在廣東電網(wǎng)佛山供電局、廣州供電局、東莞供電局、惠州供電局均有運用，目前運行狀況良好，實現(xiàn)了蓄電池遠程核容充放電、遠程集中監(jiān)控。而目前南方電網(wǎng)公司在全網(wǎng)范圍推進通信電源遠程核容的試點及推廣應(yīng)用，預(yù)計2023年遠程核容覆蓋率不低于30%，將大大提高蓄電池的維護效率。