蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備的充放電方法

賈 平，周鴻喜，楊 洪，楊鴻珍，李 揚(yáng)

（1.國家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司，北京 100761；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司信息通信分公司，浙江 杭州 310026）

0 引 言

隨著人們對(duì)于電力需求的不斷增加，蓄電池在電力系統(tǒng)的地位也越來越重要，直接影響著電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前，對(duì)蓄電池性能檢測(cè)主要是通過對(duì)蓄電池的定期充放電，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的遠(yuǎn)程設(shè)備充放電，有利于減少人力成本的投入，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備的充放電系統(tǒng)，是保證蓄電池穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施[1]。

1 實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電模式的優(yōu)越性分析

1.1 提高安全性

當(dāng)前，隨著電力行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于電力的需求越來越多。實(shí)現(xiàn)蓄電池的遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電模式，能夠滿足當(dāng)前的電力發(fā)展需求，特別是在進(jìn)行電力運(yùn)行維修和調(diào)試過程中，具有較高的優(yōu)越性。實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備的充放電模式，可以有效提高電力運(yùn)行過程中的安全性，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控且不需要人進(jìn)行值守，所以能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種問題和故障，及時(shí)上報(bào)解決，有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。如圖1所示。

1.2 提高工作效率

實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備的充放電模式，可以有效提高工作人員的工作效率。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控后，不僅可以減少人力的投入，降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，還可以準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題，有效提高工作人員的效率。比如，在放電一組時(shí)，需要耗時(shí)8 h；充電一組時(shí)，需要耗時(shí)10 h。所以，一般情況下，充放電需要耗時(shí)18 h，傳統(tǒng)模式下工作人員在現(xiàn)場工作需要耗時(shí)20 h，而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程充放電模式后在現(xiàn)場工作的時(shí)間只需要1 h，大大提高了工作人員的工作效率。

圖1 蓄電池的工作原理

1.3 有利于加強(qiáng)現(xiàn)場人員管理

實(shí)現(xiàn)蓄電池的遠(yuǎn)程充放電模式后，有利于加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場人員的管理。因?yàn)楣芾碚呖梢酝ㄟ^遠(yuǎn)程監(jiān)控來管理和控制現(xiàn)場的工作情況，隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場工作人員進(jìn)行調(diào)度，最大限度地提高對(duì)人力資源的利用，有效降低人員成本[2]。

1.4 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的單獨(dú)使用

實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的遠(yuǎn)程充放電控制后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控。比如，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場工作情況的拍照和錄像，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場工作情況，特別是針對(duì)尚未安裝好相關(guān)安防設(shè)備的新建機(jī)房和變電站。

1.5 實(shí)現(xiàn)多功能一體化

實(shí)現(xiàn)蓄電池的遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電模式后，可以實(shí)現(xiàn)將多個(gè)功能集于一體的功能。比如，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的電壓檢測(cè)、充放電檢測(cè)、視頻監(jiān)控等，有利于實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場工作情況，有效提高現(xiàn)場的工作質(zhì)量。

2 蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電模式分析

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用需求分析

實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的遠(yuǎn)程充放電控制，主要是解決蓄電池在核對(duì)性放電維護(hù)過程中出現(xiàn)的電池過充或者是充電不及時(shí)的問題。加強(qiáng)對(duì)蓄電池充放電的遠(yuǎn)程控制，可以對(duì)蓄電池的充放電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)充放電過程中存在的問題。比如，及時(shí)發(fā)現(xiàn)性能不佳的單節(jié)電池。通過對(duì)蓄電池的遠(yuǎn)程充放電檢測(cè)，可以確定當(dāng)前電池組的實(shí)際容量，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

2.2 系統(tǒng)組成分析

蓄電池的遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電系統(tǒng)主要有兩個(gè)部分組成：主站和分站。主站主要是對(duì)各個(gè)分站進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，分站主要是對(duì)蓄電池遠(yuǎn)程充放電中的多個(gè)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，工作人員可以通過主站的平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)中的各項(xiàng)蓄電池核對(duì)性放電過程進(jìn)行控制，通過主站系統(tǒng)控制蓄電池在線維護(hù)管理系統(tǒng)的安裝，并且對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行管理和控制。工作人員可以通過分站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池多個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，對(duì)在線內(nèi)部進(jìn)行功能測(cè)試等多個(gè)功能。

蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要采用插板式結(jié)構(gòu)，軟件采用圖形化的顯示操作截面，利用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組成，結(jié)合TCP通信方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)分站之間的連接。

2.3 系統(tǒng)功能分析

實(shí)現(xiàn)蓄電池的遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電模式后，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)功能，包括在線監(jiān)測(cè)功能、在線內(nèi)阻測(cè)試功能、遠(yuǎn)程核對(duì)性放電功能以及主動(dòng)均衡維護(hù)功能。

第一，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充放電情況的在線檢測(cè)，通過在線監(jiān)測(cè)軟件和設(shè)備進(jìn)行蓄電池組電壓、溫度以及單體電池的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行采集，通過參考具體的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充放電情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，系統(tǒng)還可以通過信號(hào)變換傳感器采集蓄電池在運(yùn)行過程中的物理量，并且將物理量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而輸送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

第二，采用在線維護(hù)系統(tǒng)可以避免傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中出現(xiàn)的壓降現(xiàn)象，通過在線內(nèi)組測(cè)試方式對(duì)蓄電池中的各節(jié)電池進(jìn)行電壓、內(nèi)阻、溫度等各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。通過RS485的網(wǎng)絡(luò)連接方式，將電池的數(shù)據(jù)信息反饋到主機(jī)當(dāng)中，從而判斷當(dāng)前蓄電池的運(yùn)行情況。

第三，通過采用科學(xué)的蓄電池剩余容量模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組容量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程核對(duì)性放電時(shí)，需要進(jìn)行總電壓、放電時(shí)間、單體電壓以及放電容量這四個(gè)終止條件的設(shè)定。只要蓄電池在放電過程中達(dá)到其中一個(gè)終止條件，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)停止對(duì)蓄電池的放電操作。所以在進(jìn)行蓄電池的遠(yuǎn)程核對(duì)性放電操作時(shí)，系統(tǒng)需要閉合電池組和智能并網(wǎng)放電裝置之間的直流接觸器，并且將蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換成為交流電，從而輸送到電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)放電。但是，在直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程中，可以切斷交流輸出，停止放電操作，保證電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

第四，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)蓄電池進(jìn)行在線的管理維護(hù)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的主動(dòng)均衡維護(hù)功能，當(dāng)蓄電池處于浮沖狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)巡檢單體電池的電壓，針對(duì)于電壓值地域設(shè)定值的電池進(jìn)行脈沖式充電操作。如果存在過充現(xiàn)象的電池，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)該電池進(jìn)行放電操作，保證電池的電壓均衡，提高電池的使用壽命。

3 蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 技術(shù)方案

蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電系統(tǒng)中的電池組充放電電路中主要包含有三個(gè)重要組成部分，開關(guān)電源、放電儀以及充電機(jī)。如圖2所示。

圖2 電池組充放電電路

3.2 工作步驟

蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)電路工作步驟主要有七個(gè)，詳細(xì)步驟如下。

第一步，遠(yuǎn)程服務(wù)需要發(fā)送電池組維護(hù)預(yù)置命令。第二步，充放電終端控制電路需要對(duì)電池組的維護(hù)預(yù)置命令進(jìn)行解析，從而獲取開關(guān)的編碼。第三步，控制電路需要斷開對(duì)應(yīng)的開關(guān)ZY1，閉合開關(guān)WH1，斷開開關(guān)FZ和開關(guān)CDJ。第四步，對(duì)開關(guān)ZY1是否成功斷開進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)開關(guān)WH1是否成功閉合進(jìn)行檢測(cè)，如果兩個(gè)開關(guān)都成功斷開和閉合后，可以進(jìn)入到第五步，否則就結(jié)束當(dāng)前的遠(yuǎn)程充放電操作。第五步，對(duì)電池組進(jìn)行維護(hù)操作，并且將開關(guān)FZ進(jìn)行閉合操作，電池組開始放電。第六步，當(dāng)電池組完成放電后，需要對(duì)開關(guān)FZ進(jìn)行斷開，并且要靜置。第七步，當(dāng)靜置完成后，需要對(duì)開關(guān)CDJ進(jìn)行閉合，電池組開始充電。

結(jié)合以上工作步驟，為了檢驗(yàn)蓄電池是否成功充電，工作人員在充電后可以對(duì)電池組的電壓進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合檢測(cè)結(jié)果將充電結(jié)構(gòu)反饋到遠(yuǎn)程服務(wù)，方便工作人員對(duì)蓄電池的充放電流程檢測(cè)。通過遠(yuǎn)程控制，工作人員可以及時(shí)了解電池組是否需要進(jìn)行維護(hù)，在保證工作效率的同時(shí)，降低人工成本。

3.3 技術(shù)改進(jìn)

以上技術(shù)方案在具體的實(shí)施過程中可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，詳細(xì)的技術(shù)改進(jìn)方案如下。

第一，可以在第五步和第六步之間添加一個(gè)步驟。當(dāng)電池組放電時(shí)，工作人員可以借此來檢測(cè)市電是否正常，如果市電出現(xiàn)異常，工作人員要立刻停止放電操作，并且結(jié)束遠(yuǎn)程充放電操作，如果市電正常，可以直接進(jìn)入到第六步。

第二，可以在第七步后添加一個(gè)步驟，對(duì)主控電路的電流進(jìn)行檢查，檢查其電流是否小于或者等于0.01C10。當(dāng)檢測(cè)到主控電路的電流小于或者等于0.01C10開始計(jì)時(shí)，把均充的時(shí)間控制在10 min。當(dāng)均充的時(shí)間超過10 min時(shí)，需要斷開開關(guān)CDJ和開關(guān)WH1，閉合開關(guān)ZY1，并且進(jìn)行遠(yuǎn)程充放電操作。如果主控電路的電流大于0.01C10，則需要對(duì)均充的時(shí)間進(jìn)行判斷，判斷均充的時(shí)間是否大于10 h，如果均充的時(shí)間超過10 h，需要斷開開關(guān)CDJ和開關(guān)WH1，閉合開關(guān)ZY1，并且結(jié)束遠(yuǎn)程充放電操作。如果均充的時(shí)間小于10 h，需要對(duì)電池組進(jìn)行急需充電，并且重新進(jìn)入第八步。

第三，需要在第六步中進(jìn)行靜止，靜止的時(shí)間控制在180 min以內(nèi)，一般情況下靜止的時(shí)間是30 min。

第四，電路中的開關(guān)ZY1、開關(guān)BY1以及開關(guān)WH1都應(yīng)當(dāng)采用繼電器或者是接觸器，在第四步后應(yīng)當(dāng)添加一個(gè)步驟，將控制電路的預(yù)置失敗信號(hào)反饋到遠(yuǎn)程服務(wù)器，并且結(jié)合繼電器和接觸器的狀態(tài)對(duì)故障點(diǎn)的位置進(jìn)行判斷，然后再結(jié)束遠(yuǎn)程充放電操作。當(dāng)?shù)谒牟胶吞砑拥牟襟E相互連接在一起時(shí)，如果開關(guān)ZY1出現(xiàn)斷開失敗或者開關(guān)WH1出現(xiàn)閉合失敗的現(xiàn)象，可以直接從第四步進(jìn)入到添加的步驟。

第五，需要及時(shí)將控制電路反饋檢測(cè)到的故障點(diǎn)反饋到遠(yuǎn)程服務(wù)，然后做出恰當(dāng)?shù)奶幚?。如果檢測(cè)出來的故障點(diǎn)是開關(guān)ZY1、開關(guān)BY1或者開關(guān)WH1中其中一個(gè)或者十多個(gè)時(shí)，控制電路則需要將這些故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的開關(guān)編號(hào)反饋給遠(yuǎn)程服務(wù)器，工作人員可以根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器反饋的信息了解到具體故障點(diǎn)，及時(shí)派遣工作人員前往檢測(cè)維護(hù)，從而提高工作效率。

4 結(jié) 論

綜上所述，實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備的充放電模式，不僅可以滿足當(dāng)前的電力需求，還有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的管理和維護(hù)，能夠有效延長蓄電池的使用壽命。加強(qiáng)對(duì)蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備充放電模式的使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，并且及時(shí)處理解決，從而保證蓄電池的正常運(yùn)行。