通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統研究與應用

王 仙，俞 璇，張光瑩，楊博皓，盧馬鴻

（1.云南電網有限責任公司曲靖供電局，云南 曲靖655000；2.四川華環電子技術有限公司，四川 成都610041）

0 引 言

近兩年來，通信電源全停導致的事故事件越來越多。多數通信電源全停是由蓄電池組故障漏監控引發，因此通信電源系統維護和故障預防變得越來越重要。

1 通信電源維護現狀分析

通過多次事故事件原因分析發現，現有通信電源系統維護存在如下問題。

（1）目前，實現蓄電池監控的主要方式是通過采集單體電壓值來判斷蓄電池性能優劣，但該方式僅通過單體電壓來判斷蓄電池性能優劣并不夠準確。

（2）目前，蓄電池的維護基本以人工到現場做放電試驗實現，該方式僅能起到核容的作用，對蓄電池的性能改善并沒有意義，且該方式耗費大量的人力、物力，也存在現場人員觸電和交通安全風險。

（3）近年來，不少單位開始對蓄電池的監控和維護重視起來，在原有通信電源監控系統的基礎上，又增加了一套蓄電池智能維護系統，兩套獨立的系統，從施工到竣工后運維階段，工作量、成本以及風險均是成倍增加。

2 通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統的必要性

通信電源系統通常被稱為通信系統的心臟，其工作不正常，將會造成通信系統故障，甚至導致變電站繼電保護、安穩、自動化等通道中斷，從而造成嚴重的電網事故事件。蓄電池[1]作為通信電源系統的重要組成部分，在市電停電的情況下，為機房內的通信設備供電，其健康安全的運行尤為關鍵。蓄電池組現有管理模式主要方式是通過人工到現場采集蓄電池單體電壓和每年進行一次核對性放電來判斷蓄電池性能優劣。但通過該方式來判斷蓄電池性能優劣并不夠準確，且該方式維護工作量大，耗費大量的人力、物力，存在現場人員觸電和交通安全風險。

針對這個問題，云南電網曲靖供電局基于通信電源監控系統的特征，研究出一種區別于現有維護方式[2]，利用物聯網及大數據分析的管理模式，將客戶機/服務器處理方式和對等數據處理方式相結合的分布式計算機監控系統，在不停電的狀態下甄別安全隱患（定性判斷）、依據大數據有選擇性的核容測試獲取精準的測試數據（定量判斷），避免安全事故，提高精細化維護管理水平。

3 通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統系統設計及原理

3.1 設計目標

結合運行中的通信電源系統和蓄電池的維護在實際生產運行中的需要，通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統應具有如下功能：

通信電源系統的實時監測功能，監測量包括輸入電壓、旁路電壓、輸出電壓、輸入電流、旁路電流、輸出電流、輸入頻率、旁路頻率、輸出頻率、有功功率、標稱功率、功率因數、蓄電池單體電壓、蓄電池端電壓及蓄電池內阻值等；

通信電源的遙控、遙調功能，對通信電源的遙控和遙調要求命令下發的準確率≥99.9%；

蓄電池遠程核容功能，可對整組通信蓄電池按0～0.15C10的標準進行遠程恒流放電；

蓄電池在線養護功能，基于在線實時監測的蓄電池數據，按照運行指標，對不達標的電池組（單體）進行在線養護；

蓄電池內阻測試功能；

蓄電池性能預測功能，對蓄電池的性能進行準確的預測，并能提供有效的維護建議。

3.2 系統架構

本通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統由主站和子站兩部分組成，主站是指服務器及服務器軟件，子站是指變電站的終端硬件裝置。系統采用模塊化設計，模塊間獨立性好，可擴展性高，可維護性強，在線維護時不影響在監測的設備。

子站端的蓄電池在線監測養護模塊向上通過供電局的內部網絡將下端各采集模塊采集的數據傳送至主站端服務器；向下具備A+B兩條支路，A支路通過RS-232連接蓄電池監測及放電系統，對機房內蓄電池進行管控，B支路以總線方式對通信電源監控及接入各動環監控單元模塊，如圖1所示。

圖1 系統拓撲圖

3.3 功能實現

3.3.1 在線監測、告警、上傳功能

系統基于物聯網管理模式，將機房內高頻通信電源柜、UPS、蓄電池組等各類設備全部納入系統管理內容，通過對各類設備運行參數的采集和存儲，形成大數據，進而通過系統管理云平臺對數據進行智能分析并予以展示，其監測電池組單體電壓精準值≤0.2%、端電壓≤0.5%、電流精準值≤1 A，告警響應時間≤5 s。

3.3.2 通信電源的四遙功能

系統通過通信電源信息采集模塊與蓄電池在線監測養護模塊對接，通過通信電源的通信協議，實現對開關的遙測、遙信、遙控和遙調，如圖2所示。

圖2 通信電源四遙功能網管界面圖

3.3.3 蓄電池遠程核容功能

通過系統網管平臺下發控制指令，控制交流檢測控制模塊，使其處于“放電狀態”，蓄電池通過容量測試模塊進行在線放電，放電電流恒流可調（0～0.15C10）。以多重放電參數為條件（電池單體電壓、電池組總電壓、放出容量、放電時長及溫度），放電過程中任意一項參數達到設定閾值自動停止放電，并控制蓄電池恢復至正常工作模式。放電全程，系統精準的記錄放電時長、放出容量、單體電壓變化情況。測試結束后，系統自動生成PDF和EXCEL測試報告，可供隨時下載查看。

圖3 遠程核容原理圖

圖3中，虛線框為交流檢測和控制模塊。正常工作時，該模塊內部的直流接觸器處于常閉節點，即節點A與B處于連通狀態。此時，蓄電池容量測試模塊與蓄電池處于脫離狀態。

需要進行蓄電池容量測試時，只需點擊網管上的“遠程放電”按鈕并設定放電各項參數，蓄電池智能在線監測養護一體儀收到該控制指令后，立即控制交流檢測和控制模塊內的直流接觸器動作，使節點A與C處于連通狀態，從而使該組電池脫離系統，并控制蓄電池容量測試模塊開始工作，進行蓄電池放電容量測試試驗。放電過程全程檢測電池放電電流，并通過蓄電池容量測試模塊實時進行控制，以保證放電全程蓄電池均處于恒流放電狀態，使蓄電池容量測試更加穩定和精準。

需要手動終止放電時，只需點擊網管上的“停止放電”功能，當蓄電池智能在線監測養護一體儀收到該控制指令后，控制蓄電池容量測試模塊停止工作，將該組蓄電池并回供電系統，由開關電源開始對蓄電池充電，并全程檢測電池充電時的各項參數，從而完成對蓄電池的在線充電監測功能。

3.3.4 蓄電池在線養護功能

蓄電池組在浮充狀態下各節電池處于相對穩定的平衡狀態，電池是靜止的。蓄電池在線監測模塊分時序將尖脈沖[3]和充電電壓[4]加載在每節電池上，可消除電池已有劣化，改善電池均勻性，延長蓄電池的使用壽命，如圖4、圖5所示。

圖4 硫化消除過程

圖5 蓄電池養護過程

3.3.5 蓄電池內阻測試功能

本通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統采用直流內阻測技術[5]，即通過對蓄電池進行大電流瞬時放電，測量電池放電瞬間的壓差，計算出蓄電池的內阻（R內阻=ΔV/I=V2-V1/I），如圖6所示。

3.3.6 蓄電池性能預警功能

本通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統采用模糊推理系統和神經網絡[6]的理論建模，充分地結合了模糊推理易于直接在建模過程中包容人類對目標系統專門知識的優點，和神經網絡具有任意非線性關系和學習能力的優點，將蓄電池組在各種狀態下的單體電壓、端電壓、內阻值等納入模型，經過內部模型分析，通過網管平臺輸出蓄電池的預警信息，并給出合理的維護建議，將事故扼殺在萌芽狀態，如圖7所示。

圖6 內阻測試原理圖

圖7 蓄電池性能預警模型

4 通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統的應用帶來的效益

（1）提高運維工作效率。（2）降低運維成本。（3）預防事故事件、降低風險。

5 結 論

依托通信電源智能管理及蓄電池在線監測維護系統，可以解決通信系統電源設備迅速增加與相關維護人員不變之間的矛盾；通過實時監測、遙控操作、性能分析、告警處理等有效手段，可以減少維護工作量，減少事故發生、縮小故障范圍；在無人值班的變電站中的應用，可實現對通信電源的科學化管理，保證通信電源系統可靠安全運行，且符合變電站自動化、數字化的發展方向。