蓄電池在線養護全自動運維系統在電力通信網中的應用

朱雪琴 馬弘歷 劉小慶

摘要：通信電源是當前我國電力通信系統體系中的重要組成部分，是通信設備必要的能源支持。通信蓄電池作為停電狀態下設備運維的唯一電源，有必要重視遠程在線充放電系統的研究，以使整個系統具有多方面的功能。本文研究采用蓄電池在線養護全自動運維系統，實現7×24h實時在線監測，采用蓄電池養護感知模塊配接于每節電池上，以養護感知模塊感知每節蓄電池硫化結晶的消除變化過程、電能轉化為化學能的變化過程，并以電壓、內阻、溫度、SOC（剩余容量）、SOH（健康活性度）等多種參量直觀顯示蓄電池性能變化，并根據蓄電池自身變化趨勢對蓄電池性能進行評價，通過對多種變化量的持續檢測，彌補傳統蓄電池巡檢監控設備的諸多短板，從而保障數據中心機房設備的安全運行。

關鍵詞：通信蓄電池;均衡技術;在線監測;充放電系統;系統功能

0引言

閥控鉛酸蓄電池在現階段廣泛應用于我國的通信電源，作為后備電源確保通信系統在異常情況下運行正常。在通信電源出現故障時，蓄電池成為通信設備的唯一電源，因而閥控鉛酸蓄電池的容量在一定程度上決定通信設備運行可靠與否[1]。

現在，蓄電池的維護工作主要依靠人工，因而在實際應用中存在很多不足，包括：維護人員少，設備數量增多，巡視周期長，無法及時有效發現問題;蓄電池容量測量采用定期對整組電池充放電，沒有針對性;[2]蓄電池在正常使用一段時間后，單體電池之間的電壓差異會逐漸增大，蓄電池組的電壓一致性會逐漸變差，如果不采取有效措施，這種差異會越來越大，導致整組蓄電池容量降低，甚至報廢[3]。

為了改善閥控鉛酸蓄電池的運維困境，需要提出一種新型蓄電池在線監測及維護方案，不停電、不離線在線發現落后電池，預警隱患;不停電、不離線在線提升蓄電池性能，讓落后電池自愈恢復;未病先治、養護為主，減少人工維護工作量;養護為主、放電測試為輔一鍵式操控，放電核容測試全自動實現。

1蓄電池在線養護全自動運維

蓄電池監控（電壓、內阻、溫度）只是一種觀察的手段，無力改善蓄電池性能，也不具備甄別隱性故障的能力，所以蓄電池監控對使用者而言有雞肋之感。

飽餓不勻是導致蓄電池性能萎縮的根本原因[4]，蓄電池在線養護系統是可以治本，消除飽餓不勻引發的硫化結晶的生成機理，消減已經形成的硫化結晶自愈恢復坍塌的活性物結構，差異化自適應為每節電池注入電能，使每節電池功率保持最大化。

蓄電池養護感知模塊配接于每節電池上，用養護感知模塊感知每節蓄電池硫化結晶的消除變化過程、電能轉化為化學能的變化過程，以電壓、內阻、溫度、SOC（剩余容量）、SOH（健康活性度）等多種參量直觀顯示蓄電池性能變化（回溯過去、顯示當下、預測未來），如圖1所示。

在線養護能使每節電池欠充區域處于滿電狀態，保障電池活性區域不會快速萎縮，同時又能使電池的非活性區域逐漸最大化，這樣的養護機理是延長電池使用壽命的基礎條件。

2蓄電池在線養護全自動運維系統功能實現

2.1蓄電池在線監測功能

應用大數據分析技術，實現蓄電池全壽命周期性能管控，做到電池性能可回溯、可預測，并及時發布各類電池故障預警。

由于其長期處于浮充狀態下，蓄電池電池處于相對穩定的平衡狀態，電池是靜止的[5]，因此采集再多的電池歷史數據進行數據分析也不會有任何意義，只有通過核容測試才能掌握電池性能。

蓄電池在線養護設備和蓄電池之間有電能和化學能相互轉換，打破電池組原有的平衡狀態，使各單節電池始終處于充、放電動態平衡的微循環狀態，不僅在線可提升個單節電池的活性度SOH，使每節電池荷電功率處于滿電最大狀態，還可以在養護儀作用下顯露各單節電池真實的荷電信息。蓄電池在線養護感知系統連續跟蹤記錄這種變化，在線直觀看蓄電池剩余容量（SOC）的變化，為在線提高蓄電池剩余容量精準度提供了數據支撐，從而使蓄電池全壽命周期性能可回溯、可預測的實現成為可能，如圖2所示。

2.2放電核容測試

蓄電池在線養護全自動運維系統配置“自動空開”一鍵式操控，實現批量遠程放電核容測試。自動空開外型與原整流器交流輸入空開相似，可直接置換，安裝便捷。自動空開除具備常規空開的所有功能外，還有通信控制接口受控于養護儀。當網管下發指令后，自動空開分斷（模擬交流停電），這時蓄電池組給負載供電，電池組放電過程中養護系統高速采集單體電池電壓、放電電流，一旦檢測參數到達設定閾值（預設放電時長、預設放出容量、單體電池電壓、電池組端電壓），即控制自動空開閉合恢復交流供電。自動空開的控制機理安全可靠，任何異常，如通信中斷就會自動恢復，如圖3所示。

2.3假負載核容測試

2組電池始終保持1組在線，把2組電池其中1組切入假負載進行放電測試（常態下與系統以常閉觸電連接，只有放電時才切換至假負載）。假負載有緩啟動控制功能，確保在觸點閉合分斷瞬間無拉弧可能（放電時只有當電池通過觸點完全切換到假負載，假負載才會啟動將放電電流從零緩升到設定值;到達放電終止條件時，先控制假負載將放電電流降為零后才通過觸點將電池恢復）。

放電過程中檢測到交流停電即終止放電。通過訪問網管可設置放電參數（放電時長、單體電壓、電池組端壓、放出容量）任何一個參數到達設置閾值即終止放電，且當養護儀和網管失聯（網絡中斷或其他故障）也會控制負載終止放電，如圖4所示。

在放電測試中，單組電池或各自獨立的兩組電池遇到交流停電要保證用電設備無縫隙供電。本案設計如下，放電測試中檢測到交流停電停止放電，在觸點動合間隙有大功率續流二極管給設備供電，續流二極管的壓降小于0.5V，同時停止負載放電，接觸器恢復到A-B，A-B閉合后短路續流二極管，電池到負載之間不再有續流二極管的壓降。

2.4蓄電池在線養護全自動運維系統的整體設計

在設計蓄電池在線養護全自動運維系統時，整體框架可以分為云平臺、在線養護主控模塊及蓄電池養護感知模塊。其中，云平臺主要用于采集和處理各個廠站所提供的電池終端信息，同時還要對通信蓄電池組的運行現狀進行實時全面的監測與統一管理。在線養護主控模塊則需要進行蓄電池組各類參數數據的有效采集與整合，同時還包括其他各類子系統，具體有通信電源系統、交直流系統等。蓄電池養護感知模塊配接于每節電池上，用養護感知模塊感知每節蓄電池硫化結晶的消除變化過程、電能轉化為化學能的變化過程，以電壓、內阻、溫度、剩余容量、健康活性度等多種參量進行采集，如圖6所示。

通過蓄電池養護感知模塊收集蓄電池內、外部工作信息，并將這些信息上傳到在線養護主控模塊，最終傳入云平臺進行綜合處理與分析，實現對通信蓄電池工作環境及工作狀態的有效監控。系統能夠根據配置的設備數據庫和歷史信息進行綜合分析，協調通信電源直、交流系統、UPS系統、環境在線監測系統等各個模塊，實現對電源系統整體統一的有效管理，如圖7、圖8所示。

3結束語

本文所設計的蓄電池在線養護全自動運維系統實現了對通信蓄電池組的實時監測，當蓄電池內阻增大時，系統會自動有針對性地自修復，減少維護人員對容量下降的蓄電池的更換頻率，保證通信蓄電池組運行在良好狀態，避免停電后造成后備電源系統癱瘓，從而提高數據通信設備運行的安全性和可靠性。隨著我國現代化進程的加快，電力通信站點的整體數量也在不斷擴充。在這種大趨勢下，傳統人工模式下的充放電管理已經很難滿足實際需求，必須要側重發展遠程在線充放電系統體系。

參考文獻：

[1]蔡敏.通信蓄電池遠程在線充放電系統的應用探析[J].通訊世界，2019，26（6）：148-149.

[2]鄒育鵬.蓄電池在線監測系統的實踐應用和效果[J].通信電源技術，2019，36（12）：89-91.

[3]文波，劉貴富.電力系統信息通信機房UPS蓄電池在線監測及遠程充放電智能管理技術探討[J].低碳世界，2016（30）：49-50.

[4]黃海，王昊.通信蓄電池遠程在線充放電系統的應用分析[J].中國新通信，2017，19（23）：10.

[5]李含霜，何宏華，馬云飛，等.通訊電源中的蓄電池在線監測技術及系統維護的研究與設計[J].電子測試，2014（增刊2）：15-17，7.

作者簡介：

朱雪琴，技術員，主要從事電力通信方式管理，有多年電力通信機房基礎設施從業經驗，重點關注設備組網優化、基礎環境標準化管理。

馬弘歷，技術員，工程師，研究方向為電力通信電源，直流系統等。

劉小慶，技術員，工程師，研究方向為電力通信設備組網，基礎環境標準化等。