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蓄電池組遠程維護管理系統的研究
[ 通信界 | 王開宇 遼寧省電力公司 | www.6611o.com | 2009/4/1 9:26:01 ]
 
  摘  要:本文介紹了一種基于電力局域網的直流系統蓄電池組遠程自動維護和監控管理系統的設計方案,包括系統的設計思想和硬件、軟件組成,為閥控式鉛酸蓄電池的日常管理維護和性能分析提供了快捷、高效的實踐依據,具有較強的推廣意義。 
  關鍵詞:VRLA 蓄電池、直流系統、核對性放電、內阻測試、直流接觸器、在線、直流充電裝置、斷路器  
 
1前言
  目前閥控式鉛酸蓄電池(VRLA)已了廣泛應用于電力、通信、鐵路等領域。無論在電力變電站、電信機房、移動基站還是在UPS系統中,蓄電池作為備用電源在系統中都起著極其重要的作用。因此國家和電力行業都針對蓄電池組的存儲、安裝、驗收和日常維護、定期容量測試制定了具體詳細的標準和規程,根據電力行業標準DL/T724-2000《電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維                      護技術規程》相關規定,對運行一年以上的蓄電池組要求1~2年做一次核對性容量測試,對新投運的要求6個月做一次核對性放電。因此各供電公司每年需要投入大量的人力物力,以保證蓄電池組和直流電源系統的安全可靠運行。
  隨著近年來我國電力事業的快速發展,變電站和蓄電池組的數量每年以超過15%的速度增長,同時變電站與供電公司管理單位的距離越來越遠,因此如何管理和及時維護蓄電池組已成為電力系統的棘手問題。
隨著電子和信息科學技術的進步,以及電力系統網絡建設的完善,基于電力系統局域網的遠程維護和管理模式已變得可行。本文介紹了一種新型基于電力系統局域網的蓄電池組遠程維護和管理系統,在滿足蓄電池組日常運行維護要求的同時,大大提高的運行維護的質量和效率。
2遠程維護管理系統的總體設計
  本遠程維護管理系統總體包括兩個部分,一是蓄電池組在線監測系統,實現現場蓄電池組實時在線監測及核對性放電和內阻測試功能;二是遠程實現蓄電池組在線監測系統的監控,實現遠程實時數據的管理和分析,實現遠程蓄電池組核對性放電和內阻測試。
 
2.1蓄電池組在線監測系統的設計
  閥控式密封鉛酸蓄電池失效主要表現為硫酸鹽化、內阻偏大、失水、滲液爬液、殼體變形、極拄松動等,雖然滲液爬液、殼體變形、極拄松動等可以通過日常監測察覺,但大量的失效主要原因為硫酸鹽化、內阻偏大和失水,而這些是無法通過定期的電池電壓監測能判斷的,因為眾所周知電池組端電壓與容量沒有對應關系,無法通過電池組電壓來判定電池組容量和性能。本系統在充分考慮以上問題的基礎上,設計的蓄電池組監測系統包括實時對各單體電池電壓、端電壓、溫度、電流的采集,同時配備核對性放電和大電流直流內阻測試裝置,以提供完整的蓄電池測試方案,以實時在線監測和定期核對性放電、內阻測試相結合,保證蓄電池維護的正確可靠。蓄電池組監測系統結構拓撲圖如圖一所示。
 
  蓄電池組監測現場硬件設備采用模塊化設計的思想,主要由以下四部分組成:采集模塊、監控主機模塊、通訊模塊、放電模塊。
 
  采集模塊:將單節電池電壓、電池組充放電電流、溫度等任何變化快速準確地采集和運算,電池電壓信號傳送到采集模塊后,高速電子開關將對每節電池電壓進行讀取,并送到一12位高速A/D轉換芯片(轉換精度達1.2mV),將電壓模擬信號轉換為數字信號供CPU采集。CPU將處理后的數字信號經RS485總線送至監控主機。
采集模塊前端的電池檢測部分串接保險絲,并與系統之間完全隔離,絕緣強度可達2500V,保證系統的安全可靠。
  監測主機主機通過RS485總線與各采集模塊進行數據通訊,將實時采集到的信息存儲到FLASH中,并對數據進行數值計算、性能分析及報警等各項處理和顯示,320×240 LCD顯示屏操作方便、簡單。
在運行監測狀態下,對每節電池電壓、電池組充電電流、溫度進行采集和判斷,對超出設定的電壓閥值的電池予以報警和顯示。
在放電狀態下,檢測每節電池的放電特性,通過與設定模式的比較,對電池的好壞進行判讀,將結果輸出顯示,并對失效電池予以提示報警,自動終止放電。
  通訊模塊:通訊模塊按TCP/IP協議進行編碼、打包,上傳至遠端服務器,完成服務器與現場主機間的通信交互。
  放電模塊:大電流瞬間直流內阻測試和0.1C10 電流核對性放電容量測試兩種放電模式。放電模塊采用了大功率的電子負載技術,能瞬間承受高達100A(或200A)的沖擊電流,以實現對電池負荷能力的檢測。放電模塊也可作為長時間放電負載,實現對電池容量的核對性測試及電池的活化維護。
 
  大電流瞬間直流內阻測試法是一種標準內阻測量方法,主要特點是準確度高,但實現難度較大,關鍵在于需要一個大電流負載電阻。本系統的大功率放電模塊,能瞬間承受高達100A的沖擊電流,以達到瞬間大電流內阻測試的要求。放電模塊具有三重保護,用以保證設備使用安全可靠:第一級是一個能瞬時分斷kA級電流的空氣開關,第二級為大電流熔絲,第三級為帶延時的保護繼電器組。示意圖如圖二所示:
 
        
  核對性放電容量測試:以0.1C10的放電電流進行核對性放電,從而測得蓄電池的真實容量。
  放電模塊接到來自放電控制模塊的放電指令時,放電負載接通,電池通過負載放電,同時采集模塊將快速采集每節電池電壓的每一變化量,在監控主機中顯示每節電池的特性曲線,實時顯示每節電池電壓的電壓值和容量。
  除放電控制設備對放電模塊的放電啟動/停止指令外,放電模塊內部也設有計時器,如放電超時,將自動切斷放電回路,即使電子開關損壞,放電回路也將被切斷,從而大大提高了放電模塊工作的可靠性。
  放電模塊還設有過流、超溫等異常保護。同時放電模塊工作時還受控于交流市電,在放電時如發生交流市電失電,放電模塊將自動終止放電,保證直流系統向負載供電。
2.2蓄電池組監測系統特點
  系統組成:監控主機、電池電壓采集模塊、放電模塊、通訊接口板、服務器(網絡版)。
  在線自動監測單體電池電壓、電池組組端電壓、充放電電流和溫度,數據采集快速準確,可記錄電池充放電過程每一瞬間的變化,保證對電池的準確判別。
  動態放電瞬間測量每一單體電池內阻及負載能力,快速判別電池性能。
  核對性放電測量電池組容量,放電過程各項參數、曲線全程顯示。
  放電保護:出現單體電池電壓低于設定值,放電時間、容量到達設定值,交流失電等情況之一,設備自動停止放電。
  多種故障報警功能:電壓超限、溫度超限、電壓均差值超限等,報警閥值自由設定。
  自動存儲報警信息及動態放電、靜態放電數據。
2.3遠程監控系統的設計
  遠程實現對蓄電池組的核對性放電和內阻測試,可大大提高蓄電池組運行維護的效率,因此本遠程監控系統的關鍵和難點是如何實現遠程控制,為實現遠程控制和操作,設計后的二次接線有關蓄電池部分如圖三所示。

  接合二次接線圖,將原處于常閉狀態的1Q3改為常開狀態,圖中J1-2、J1-4平時均為常閉狀態,JM、J1-5平時為常開狀態;遠程控制的實現時序如下描述;
  內阻測試時序:
  ①    斷開J1-4,延時1秒后閉合J1-5;
  ②    FD-B放電模塊接收內阻測試命令后開始內阻測試;
  ③    FD-B放電模塊充分散熱后斷開J1-5
  ④    延時1分鐘,閉合J1-4,完成內阻測試。
  核對性放電時序:
  ①    閉合母聯直流接觸器JM;實現二段母線的聯合;
  ②    斷開J1-2,使充電裝置和蓄電池組退出母線;
  ③    斷開J1-4,閉合J1-5
  ④    FD-B放電模塊接收核對性放電命令,開始放電
  ⑤    放電結束時,FD-B放電模塊接收結束放電終止放電;
  ⑥    FD-B放電模塊充分散熱后斷開J1-5
  ⑦    閉合J1-4,對蓄電池組進行充電,同時檢測組端電壓和充電電流
  ⑧    判斷蓄電池組轉入浮充后,閉合J1-2,投入母線
  ⑨    斷開JM,完成核對性放電和母線分段。
  實現對放電模塊控制的功能由安裝與現場的放電控制模塊完成,放電控制模塊接收遠程放電開始和終止命令的同時,分別根據內阻測試和核對性放電命令,完成對JM、J1-2、J1-2、J1-5直流接觸器的閉合和斷開操作,整個遠程控制系統的結構圖如圖四所示。
 
  如上圖所示,整個監控系統包括三大部分:
  服務器計算機管理和監控軟件:軟件實現遠程核對性放電和內阻測試的控制,同時實時接收現場蓄電池監測系統上傳的各信息,統一進行數據存儲、分析和WEB發布,以及各類報表的生成;
  蓄電池組監測系統:實時監測蓄電池組狀態,轉發遠程核對性放電和內阻測試命令,實時上傳蓄電池組信息和放電狀態信息
  放電控制模塊和放電模塊:接收遠程核對性放電和內阻測試命令,核對性放電和內阻測試的實現,以及對直流系統二次回路的控制。
 
 
6、結束語
  本文介紹的蓄電池組遠程維護管理系統具有模塊化、智能化、網絡化的特點,不僅實現了蓄電池組信息的實時在線監測,同時也具備了核對性放電和內阻測試功能,提供了蓄電池組監測維護的必要和可靠的手段。同時實現了對以上操作的遠程控制和管理,體現了先進的設計思想,實現對蓄電池的維護方法由傳統的定期檢測轉變為遠程狀態檢測,提高了系統的自動化程度和可靠性,具有較強的實際推廣意義。

 

1作者:王開宇 遼寧省電力公司 來源:中國電力通信網 編輯:顧北

 

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