摘要：传统的蓄电池维护管理工作主要依赖于人工的粗放式管理，这种管理模式越来越跟不上当前信息网络的精细化管理要求，因此对蓄电池智能维护系统的研究就显得尤为重要。从我国蓄电池使用现状入手，对传统蓄电池组的缺点进行分析，并对蓄电池智能在线维护系统的特点与功能等方面的相关理念进行了粗略的介绍。
关键词：蓄电池；智能在线；维护系统
1 蓄电池智能在线维护功能的介绍
蓄电池智能分析管理系统包括实时对各单体电池电压、端电压、温度、电流的采集，同时配备远程核对性放电模块和定期自动直流内阻测试装置、开路自救装置，以供应完备的蓄电池监测、检测、维护、补救方法，以及时在线监测和定期核查性放电、内阻测试相结合，辅以强力的蓄电池机能分析数学模型，在线诊断蓄电池组的性能及剩余容量，实时显示性能落后的电池及维护建议，在诊断的基础上辅以蓄电池均衡维护功能，保证蓄电池维护的正确可靠。
蓄电池智能分析管理系统的主要特点：建立一个统一的直流设备状态评价系统，通过规范化数据台账信息的录入和数据深入的分析应用，规范化了评价流程管理。通过该平台，运行、检修人员可以方便地查看设备当前的实时运行情况（包括相关的数据情况和状态信息等），了解设备当前的告警信息，并可以经过评估模块简易方便管理评价设备记录，清楚地知道设备归纳性的健康状态信息，从而有利于管理者判别、剖析和决定。还可以通过系统中报表应用将蓄电池内阻、蓄电池核容电池放电数据等数据导出，并能将数据转化为蓄电池阻测试报告、蓄电池组核容报告、蓄电池放电曲线等。
2 蓄电池智能管理系统项目设计方案
2.1 总方案设计框图
在蓄电池智能管理系统的设计时，应遵循如图1所示的系统构成简图进行设计。
图1系统构成简图
2.2 蓄电池智能在线监测系统基本原理
如图2所示，蓄电池在线监测由监控主机、监控终端、单体电池测量模块及后台管理系统四大部分组成。
图2蓄电池在线监测系统框图
（1）单体电池测量模块。如图3所示，单体电池测控模块具有温度、端电压、内阻等功能。
（2）监控终端。监控终端的作用是把单体电池测量模块采集的数据进行打包分类发送给主机，并采集母线电压（蓄电池组电压）。
（3）监控主机。采集蓄电池组出口电流；对蓄电池开路、短路、容量下降等故障进行分析判断；与集中监控和放电负载通信，实现在线核容放电；与蓄电池管理系统后台通信，上传数据、接收命令，
（4）蓄电池管理系统后台。可与500台蓄电池监测装置主机通信，实现远程核容放电等。
图3单体电池测量模块
2.3 蓄电池智能在线监测系统主要功能特点
2.3.1 蓄电池开路、短路、容量下降等故障判断
将在浮充、放电与均充电等状态下，通过对单体电池有关参数的纵、横双向比对；通过浮充电流、浮充容量的变化分析；通过充放电容量的关联性分析等手段，对蓄电池开路、短路、容量下降等故障进行判断与告警。
2.3.2 蓄电池远程在线核容
通过蓄电池管理系统后台给变电站蓄电池监测装置主机发布命令，实现蓄电池组远程在线核容。
2.3.3 蓄电池容量预测
在核容放电过程中，当放电至3小时（30%×额定容量），预测每节电池的容量，与实际放出容量进行对比，不断完善容量预测算法，可望最终实现在线浅放电预测蓄电池容量，以期取代目前满容量核容放电工作。
2.3.4 准确测量浮充电流
按南网有关规程要求，蓄电池组浮充电流为0．001～0．003C；浮充电流测量误差：±1％±0．0005C10。我们大家都知道，浮充电流（浮充容量大小）与电池自放电率密切相关，而自放电率又是电池性能产生转变一个重要外在体现，准确测量浮充电流有利于对蓄电池性能做出正确判断。
2.4 内阻测试原理
如图4所示，充电机VDC一方面给负载RL供电，另一方面给蓄电池进行充电。QDX－103内阻测量原理是一可变电阻R1接入其中半组电池，利用蓄电池作电源产生一个低频的交流电流对该半组蓄电池进行放电，如图中合上K1、K3（断开K2、K4），可对1＃至＃n半组电池进行放电。通过测量放电电流I，以及通过同步放大电路和高速A/D测量放电电流在1＃至＃n电池中的交流电压Ｖ1、Ｖn，根据公式rn＝Ｖn/Ｉ，从而计算出蓄电池内阻。如果合上K2、K４（断开K1、K3），则可对2＃至＃2n半组电池进行放电，并测量该半组电池的内阻。交流放电法具有测量精度高的优点，由于在几秒钟内可以测量几十到几百次，因而可以达到很高的精度。其次其抗干扰性强，对充电机纹波不敏感，非常适用于在线监测。另外其测量数据稳定，重复性好，同时设备体积小，方便携带，可靠性高。
图4 内阻测试原理
2.5 直流系统环网与交流窜入故障检测
直流系统环网与交流窜入故障检测装置包括实时两套直流母线、蓄电池组电压、电流、交流含量等数据的采集，当直流母线交流串入、直流环网、蓄电池脱离母线时，系统能及时识别，并报警上传故障类别。蓄电池组脱离母线检测：正常情况下蓄电池组电压应该和母线电压保持一致，通过对比两个电压的数据，判断蓄电池组是否脱离母线并进行报警。
检测交流窜入检测：增加母线交流窜入电压采集模块，采集正负母线对地交流窜入电压，若正负母线对地交流电压超出告警定值则告警。
直流环网功能检测：当双系统发生直流环网时，会发现两个系统的母线会发生相关变化，由此可测试两套直流电源系统相关性的强度，进而判断系统是否发生直流环网。
2.6 直流电源在线维护系统的主要功能特点
2.6.1 安全性能
（1）测量每节电池极柱温度，可防止充放电过程中蓄电池过热引起的火灾（爆炸）事故。
（2）回馈式放电，放电模块发热量仅为放电电阻的10%，放电模块的可靠性与充电模块一致，完全满足长期运行的需要。
（3）放电过程中对每节电池进行容量预测，绝不会将蓄电池容量放尽，确保放电过程中蓄电池组具有事故跳闸、事故放电能力。
（4）任何一套直流系统发生接地、充电机故障、交流输入故障、蓄电池故障等，均闭锁远程放电。
（5）当有一套直流系统在放电时，将闭锁另一套直流系统启动放电工作。
2.6.2 故障检测功能
本系统可对以下故障检修检测与告警：蓄电池开路、短路故障；蓄电池容量下降；蓄电池组脱离母线；浮充电流、浮充电压越限；均充电流、均充电压；交流窜入接地故障；直流环网故障。
2.6.3 容量预测功能
在核容放电过程中，当放电至3小时（30%×额定容量），预测每节电池的容量，与实际放出容量进行对比，不断完善容量预测算法，可望最终实现在线浅放电预测蓄电池容量，以期取代目前满容量核容放电工作。
2.6.4 自动监测蓄电池核容后的均充电过程
通过测量蓄电池充电电流，计算充电容量并与核容放电容量进行对比，可发现均充电是否正常。
2.6.5 自动生成蓄电池检修建议报告功能
本系统根据蓄电池组在浮充电、均充电及核容放电等过程中发现的蓄电池各种故障，自动生成蓄电池组检修建议报告，主要包括蓄电池活化、退出、立即整组更换与计划整组更换等内容。
结束语
综合上述所言，于机车而言蓄电池是十分重要的组成部分之一，直接影响机车的正常运行。本文首先对机车蓄电池亏电原因进行了调查分析，结合当前阶段新技术和新的蓄电池监测理论对蓄电池在线监测系统方案进行提出，为机车蓄电池日后维修保养提出新的发展方向，旨在降低机车蓄电池故障的发生率，从而促进我国机车行业持续稳定的发展。
参考文献：
[1]吴晓燕.电力机车用蓄电池充电机充电特性与故障分析[J].技术与市场,2017,24(09):5-9.
[2]程建.蓄电池电力工程车牵引蓄电池故障分析[J].电力机车与城轨车辆,2017,40(01):76-78.
论文作者:张艳华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
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