一種新型變電站蓄電池在線健康管理技術

陳玉輝，楊辰飆，姜 雯

(國網上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

變電站直流電源系統作為變電站內的繼電保護、自動裝置、信號裝置、斷路器的控制電源和事故照明電源，是變電站二次系統的核心設備，是保證變電站全停時正確隔離故障的關鍵。隨著國家對智能電網的大力推廣建設，電網對蓄電池的成本也提出了更多要求，蓄電池的平均壽命及平均無故障時間已經呈現出縮短趨勢；另外，隨著電網規模的不斷擴大，變電站的數量日漸龐大，變電站運維模式也已經調整為無人值班，運維和檢修人員數量明顯減少，這對準確、及時地掌握變電站內設備的運行狀況提出了更高要求，迫切需要引進智能硬件和移動互聯技術，實現遠程智能在線健康管理。

現有的蓄電池組維護方式存在以下幾方面缺陷:(1)定檢間隔太長：每年一次的核容試驗，無法提前篩選出某些快速衰退的蓄電池組，甚至導致很多設計壽命為10年的蓄電池組不得不提前到4～5年報廢；(2)定檢技術落后：傳統的蓄電池周期性運維檢修模式，不但自動化程度不高(技術落后、有火災隱患)、工作量大、放電時間長，而且無法及時發現蓄電池容量不足、蓄電池開路等潛在隱患；(3)原有在線系統局限性：原有的蓄電池在線監測裝置或系統，只能實現基本的電壓監測功能，無法實現故障預判等高級功能，不能分別針對蓄電池的健康狀況進行分類管理和重點監控，需要在便攜測試設備上人工分析、處理、轉發再生成報告報表，不能滿足現在智能變電站對狀態檢修的要求。因此，需要研究基于網絡的信息流傳輸通道，實現數據的及時采集、及時傳輸、及時分析、及時通知。

本文研究的在線健康管理系統依托現有物聯網及互聯網技術，可以實現直流系統蓄電池組故障的快速篩查、蓄電池組在線維護、蓄電池組在線活化工作的一鍵式操作；實現蓄電池信息分級推送、痕跡化管理、數據自動流轉、報表自動生成、現場知識庫查詢，實現蓄電池在線管理系統先進性和實用性的目標，能夠為無人值守變電站直流蓄電池組的運行、監測、維護、施工、搶修等措施提供決策。

1 蓄電池在線健康管理系統功能單元設計

蓄電池在線健康管理系統框圖見圖1，包括3個核心功能單元：智能監測終端(采集單元)、智能維護終端與在線健康管理系統平臺。

圖1 蓄電池在線健康管理系統框圖

1.1 智能監測終端

智能監測終端作為在線健康管理系統的關鍵單元，其主要功能是對電池組的單體電壓、組電壓、電流、電池溫度等信息進行采集和計算，并通過總線將狀態參數上傳給服務器，最終在線管理系統軟件對各參數進行綜合分析計算和評判，并結合智能維護終端提供的電池組參數信息，綜合計算出各電池及電池組的健康狀況。圖2為智能監測終端的系統框圖。

圖2 智能監測終端的系統框圖

1.2 智能維護終端

圖3是智能維護終端與直流電源系統的連線示意圖。要滿足無人值守模式下，系統安全，設備安全及同時有效地完成測試工作，智能在線維護裝置必須具備以下功能和特點。

圖3 智能維護終端與直流電源系統的連線

(1)放電功能。將“在線維護設備”一次性接入被測試的蓄電池組中，讓蓄電池組在線對設備放電測試，在保證系統安全的前提下有效地檢測蓄電池供電特征。

(2)充電功能。通過調整充電電流大小，實現蓄電池組充電過程可控，避免因為過充造成電池失水、熱失控等人為損壞，并實現充電過程有效監測。

(3)安全功能。測試過程確保母線電壓穩定確保直流系統穩定可靠，測試過程不發熱消除了火災隱患，具備電池組單體電壓、端電壓監測及電壓超限保護、報警功能。

(4)告警功能。具有電壓巡檢、內阻巡檢的報警功能。

(5)保護功能。具備電池組電壓、單體電壓、端電壓檢測及電壓超限保護、報警功能。

(6)操作簡單。“智能裝置”測試過程提供一鍵式操作，簡便可靠，測試工作安全性高，單人即可輕松測試。

1.3 在線健康管理系統

1.3.1嚴格規范管理員制度

系統接入省公司“智能運檢管控平臺(孤網運行)”，按平臺管控要求，自動建立維護人員時間段的系統運行狀態及數據，值班時遇到的報警等信息。同時，值班人員在值班期間對系統的所有操作都自動記錄在值班日志中(見圖4)。

1.3.2平臺遠程監控

圖4 智能運檢管控平臺(孤網運行)

本管理系統平臺依托互聯網的VPN技術，把分布各地的設備資源整合在統一的平臺上，構成集中式網絡架構體系。系統提供各種功能模塊，管理系統平臺所有的設備與其他的管理服務器進行通信和同步，可以實現對遠程設備運行進行的實時監控，主要包括了節點的運行工況、運行狀態等功能模塊。

1.3.3實時運行監控

系統通過智能監測維護裝置，對變電站蓄電池組運行的過程進行遠程同步監控，實時查詢電池組的電流、電壓、溫度、浮充、均充等狀態，并結合電力運行的相關技術，智能化的運算，同步動態模擬展示蓄電池的運行工況(見圖5)。

系統還提供了多畫面展現、實時曲線、事項告警、語音播報、短信通知等實時監控輔助化功能，通過一系列的功能事項構成系統的實時監控體系。

1.3.4運行維護技術

運行維護是為了保證電站蓄電池組安全穩定運行、可靠供電、各類電力生產工作有序進行而采用的一種有效管理手段。

圖5 電池組實時狀態

依據各類信息采集設備反饋回來的數據信息，結合直流系統實際運行參數，如電壓、電流、內阻、在線放電時間、系統負荷等，綜合考慮生產工作開展情況，對蓄電池組健康、經濟運行狀態進行判斷，輔助管理人員、現場維護人員進行健康分析，如啟動蓄電池測試、進行蓄電池活化、進行蓄電池更換，從而確保變電站持續安全穩定運行。

通過本系統的運行維護技術，并結合以下測試方法，可高效準確地分析剔除出劣化電池。

(1)快速測試：遠程批量處理各電池組狀態信息，30 min即可發現劣化電池，并分析剔除出來。

(2)均充充電測試：在對電池組充電過程中，通過獨立的算法分析，驗證出電池的劣化程度。

1.3.5歷史數據存儲

系統提供完備的歷史數據存儲，實現分布式、多樣化的存儲手段。

依托完備的歷史數據，提供各種方式的數據查詢、輔助系統決策、人工智能等，包含了電壓歷史曲線、內阻歷史曲線、供電時間、充電時間、健康分析、同比分析等多項歷史數據分析報表。

除了固定的分析報表外，系統支持用戶自定義報表的強大功能。用戶根據業務需要制定報表模版，導入系統，系統根據用戶的模版自動生成報表文件，支持在線瀏覽及Excel方式導出。

1.3.6健康分析

系統通過實時、全面、準確地采集廠站端的數據，動態分析蓄電池運行狀況，輔助系統根據監測數據的變化，適時啟動在線維護方案，根據廠站端智能維護終端按照設定程序的維護動作，蓄電池組的最新運行狀態，實時準確地進入后臺管理決策系統，實現在線計量、監測、分析等功能。

系統提供了在線監測、在線維護、在線活化等多樣的功能，并提供科學、有效地實時管控手段，是精細化、智能化、現代化的蓄電池健康管理不可或缺的重要保障。

1.3.7智能運維

對異常事件的過程處理，并對出現的頻率進行統計分析并提供異常事件報表，是系統智能運維的特色。

2 蓄電池在線健康管理系統對智能化變電站的現實意義

(1)成本優勢。通過使用蓄電池在線健康管理系統技術，可實現對變電站開關站蓄電池日常巡檢和定期維護自動化和后臺數據分析智能化，減輕90%的維護工作量，人工費用和車輛費用也大大減少。蓄電池在線管理系統的投入使用，減小了因個別蓄電池劣化而造成整組蓄電池損壞的可能，相應延長了蓄電池的使用壽命。

(2)效率優勢。通過蓄電池在線健康管理技術，使得原先可能需要一個運維部門，精簡到只需一個人即可完成電力系統日常檢修工作，進一步提升工作效率，減輕運維壓力。

(3)準確性優勢。傳統的蓄電池組的容量測試和內阻測試，對巡檢維護人員有一定的技術要求，操作方法和方式的熟練掌握程度，以及每個直流供電系統相對差異化的架構，都直接影響到最終的監測結果；基于在線健康管理系統，只需按照標準的測試流程，幾步操作即可準確完成對各電池組狀態信息的測試。

(4)專業性優勢。隨著科技的不斷發展，對蓄電池組參數監測和維護的技術也會不斷提升，背靠專業團隊的運營和維護，可享受到最新科技帶來的技術體驗。

(5)安全優勢。蓄電池在線管理系統的投入使用，可以遠程完成蓄電池參數的檢測，無需人工到現場測量和接線，減少了人員傷害事故發生的可能性，同時也避免了現場由于檢測造成設備損壞的可能性。

3 結語

隨著電力系統智能電網的不斷深化發展，無人值守變電站中的直流系統越來越重要，智能化程度也越來越高。同時，也對蓄電池維護和管理的自診斷能力、自愈能力、集成能力、預測能力等方面也提出了更高要求。

蓄電池在線健康管理系統具有功能模塊化，監測維護智能化、數據分析網絡化的特點，不僅能夠實現對蓄電池組狀態信息的實時在線監測，并且具備對電池組遠程容量測試和內阻測試的功能，同時通過對蓄電池組的電壓、電流、溫度、浮充、均充等狀態參數信息的大數據采集和計算分析，快速準確地開出各蓄電池組全面健康體檢報告，使變電站運維管理人員可更便捷、高效地甄別出各站點直流電源供電系統的健康狀態，以便及時有效地對其進行檢修和更換處理，保證供電網絡的穩定；并且本系統具備“N-1”系統災備及恢復能力的高可靠性，存儲無限擴充可伸縮性，運行與用戶資源動態優化的最優化性，采用PC服務器陣列，更經濟的低成本性，跨平臺移動互聯，各類智能設備接入，無處不在的訪問高便利性等特性，具備極強的競爭優勢，為推進智能電網直流電源在線系統的智能化、高效化、無人化提供有力的技術和方案支撐。