摘要：通过分析变电站蓄电池传统运维模式，提出一种新型蓄电池远程在线维护管理系统，改变了传统使用放电负载仪对离线蓄电池组进行核对性放电的维护方式，实现了单体蓄电池在线电压巡检、内阻测试和动态均衡以及蓄电池组远程在线核对性放电、均衡充电，为推进变电站蓄电池状态检修的智能化、高效化、无人化提供有力的技术和方案保障。
关键词：蓄电池组；核对性放电；内阻测试；动态均衡；在线维护
1.传统蓄电池维护方式及不足
1.1目前变电站免维护铅酸蓄电池只是无需加水、加酸、换液等维护，而对电池的状态检测也仅仅是测量蓄电池的浮充电电流等，无法准确测量出蓄电池的真实容量，无法预测蓄电池的可使用时间，使得蓄电池的运行存在着很大的安全隐患。
1.2按照国家规定，新安装或大修后的蓄电池需要定期进行核对性放电实验，由于缺乏有效的设备，传统放电实验需要将蓄电池脱离运行，接上电阻丝或水组放电，由于负载体积庞大，搬运不方便，放电时产生巨大的热能，导致电阻丝发红，容易引起安全事故。
1.3放电过程中手工测量蓄电池端电压比较危险，放电过程中如果有事故出现，交流信号消失，蓄电池又不能及时供电，系统可能瘫痪。
1.4变电站分布在全国各地，不乏山区和偏远地区，成千上万的直流供电系统如果要完成一个完整的检测流程，会消耗大量的人力、物力、财力、精力。
2.蓄电池维护新技术原理
2.1蓄电池内阻在线测试原理
以测试模块为单位，把蓄电池组分为多个单元段，采用直流放电法，依次在每个单元段内测试各节蓄电池内阻，测试原理如图1所示。
图1蓄电池内阻在线测试原理
基于四线制接线方式，测试模块通过多路转换器MUX控制接通放电电阻R0，依次对该单元段各节蓄电池进行瞬间直流放电，测量各节蓄电池瞬时放电电流I0，得出放电前后电压Ui1、Ui2之间的压降ΔUi，再利用欧姆定理计算各节蓄电池等效内阻。Ri=ΔUi/I0=（Ui1-Ui2）/I0由于整组蓄电池个数远大于每个单元段蓄电池个数，充电装置浮充电对单元段各节蓄电池放电的影响微乎其微，这样解决了传统蓄电池内阻直流放电测试法要求蓄电池组脱离直流母线的弊病，从而实现整套蓄电池内阻在线测试。
2.2 蓄电池动态均衡原理
在蓄电池组充放电过程中，特别是在蓄电池补充充电、事故放电后充电以及核对性放电后充电，由于充放电电流较大，均衡效果缓慢，长时间的过欠充对某些性能存在差异的单体蓄电池会造成损伤。因此，依据趋势预估原理，实时检测各节蓄电池与蓄电池组平均单体的电压偏差，当差值大于设定值时，预测该节蓄电池有可能过欠充，并提前介入均衡，从而避免造成蓄电池实质性的损伤。
本文采用双向DC/DC变换器高放低充均衡原理，趋势预估提前介入控制策略，实现蓄电池组动态均衡。双向DC/DC变换器高压侧连接直流母线KM，低压侧通过K1～Kn开关连接蓄电池组各节蓄电池。欠充单体蓄电池接通K1～Kn对应开关经双向DC/DC变换器由直流母线KM进行补充充电，过充单体蓄电池接通K1～Kn对应开关经双向DC/DC变换器对直流母线KM进行旁路放电。在均衡过程中，始终甄别电压偏差最大的单体蓄电池进行操作，依此类推，最终达到整组蓄电池各单体的均衡。
2.3蓄电池组在线放电原理
传统的使用放电负载仪对蓄电池组进行核对性放电的维护方式，存在动态移动性差、维护量大、时效性低、精度和可靠性不高等问题。本文采用DC/DC升压的方式实现对蓄电池组在线核对性放电维护，DC/DC升压原理如图3所示。
3.蓄电池远程在线维护管理系统
蓄电池远程在线维护管理系统具有功能模块化、监测维护智能化、数据分析网络化的特点，可实现对蓄电池内阻、电压、电流、温度等状态信息的在线监测，并对单节蓄电池进行动态均衡；比较蓄电池内阻相对变化量，及时发现性能落后的单节蓄电池并告警，使运维人员实时掌控蓄电池组的运行状况；对蓄电池组远程/本地充放电控制，准确得知蓄电池组的实际容量，预判蓄电池组的可备用时间，保证直流电源系统的可靠运行。
图3 蓄电池组在线放电原理
3.1主站系统。主站系统负责统一管理、监控各分站系统的运行，包含系统服务器和监控工作站。系统服务器安装蓄电池远程在线维护管理系统应用软件及数据库软件，监控工作站安装蓄电池远程在线维护管理系统客户端软件，通过监控工作站监控整个系统的运行。蓄电池远程在线维护管理系统APP客户端采用移动互联设计思想，将大数据、通信网络、移动互联、移动客户端等功能进行系统化设计，可通过手机Web浏览器和APP软件直接浏览，具有地理信息管理、站点信息管理、环境监测管理、告警信息管理、维护周期管理、监测设备管理等模式，呈现“大数+移动互联”为一体的新模式。
3.2分站系统。分站系统负责对蓄电池组运行工况及各分站设备进行实时监控，并对蓄电池组核对性放电及均衡充电进行自动控制。分站系统包含蓄电池集控单元、蓄电池监测单元、蓄电池维护单元和充电装置。蓄电池集控单元是各个分站系统的大脑，负责整个分站系统的管理、控制、数据远传及异常处理。蓄电池监测单元包含监测装置、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块和内阻测试模块，负责实时监测各单体蓄电池电压、内阻及蓄电池组端电压、充放电电流、温度，并通过自行设置各项运行参数的告警阀值，准确查找硫化、劣化的失效或准失效蓄电池，对所有监测信号超限作出告警。分站系统将运行参数与实时告警信息及时上传至主站系统平台，以图形化界面直观展现，以分布式、多样化的手段存储实时数据，便于日常运行维护和历史数据查询比对。蓄电池维护单元包含维护装置、动态均衡模块和远程充放电模块，以各单体蓄电池电压、内阻及蓄电池组端电压、充放电电流、温度为依据，负责对各节蓄电池进行动态均衡维护和蓄电池组进行远程/本地放电（核对性放电）控制。充电装置负责对蓄电池组进行远程/本地充电（均衡充电）控制。
3.3蓄电池远程在线维护管理系统采用三级组网方式，第一级由蓄电池监测单元、蓄电池维护单元和充电装置组成，第二级为蓄电池集控单元，第三级为主站系统平台。其中第一级与第二级采用 RS232/485通信方式连接，第二级与第三级采用TCP/IP通信方式连接。
结语：
蓄电池远程在线维护管理系统的研究及应用，改变了变电站蓄电池的传统运维模式，延长了蓄电池的使用寿命，提高了直流电源系统的安全可靠性，增强了变电站反故障措施，实现了直流电源系统的大管理、大维护，显著提升了直流电源系统的维护水平，从而有效避免直流电源系统事故的发生，为推进智能电网直流电源系统的智能化、高效化、无人化提供有力的技术和方案支撑。
参考文献：
[1]陈玉辉,杨辰飙,姜雯. 一种新型变电站蓄电池在线健康管理技术[J]. 电力与能源,2018,39(02):142-146.
[2]王志华,陈基顺,王建勇,杨忠亮. 变电站蓄电池运行维护关键技术难点分析[J]. 广东电力,2017,30(08):8-13.
论文作者:韩小兵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
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