淺談分布式網絡監控下的蓄電池健康狀態研究

天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠 張曉光

蓄電池組作為發電廠生產設備后備應急電源，是保障電廠是否正常運行及管理的最后手段，所以對于蓄電池的健康狀態監測尤為重要。目前電廠在用電池包含荷貝克、圣陽、湯淺、陽光等品牌的蓄電池組，各組蓄電池投入使用時間不一且各廠家蓄電池性能不一，電池性能標準也不一致，蓄電池穩定性未能科學量化。

當前監測各個蓄電池組的運行狀態，主要依據人工定期對蓄電池進行電壓量、外觀、外表溫度等進行檢查，以及年度對蓄電池組進行大充大放核對下檢查，很難做到實時監測蓄電池運行狀態及內阻，無法及時掌握蓄電池健康狀態。同時各廠家蓄電池成本不一，為保障項目投資效果最優、性價比最高，檢測在用蓄電池工作性能指標、穩定性能為后期項目建設提供科學化依據。

為保障蓄電池組健康運行，廠站通過采用新型蓄電池監控思路，對廠站蓄電池組進行基于分布式網絡的在線式監控。同時，通過在線式遠程核容裝置定期對蓄電池組健康狀態進行研究，完善發電廠對廠用蓄電池科學監測及管控，實時掌握蓄電池健康狀態，并實現對不同品牌蓄電池運行質量進行對比，完善電廠蓄電池質量庫，為后期項目蓄電池組建設提供可視化科學依據。

1 廠站蓄電池情況介紹

廠站根據工作需求，不同專業和系統配置不同蓄電池組，蓄電池組數量多，品牌雜，無法客觀的監測不同廠家蓄電池的性能，以往通過月度測量電壓量、外觀等定檢工作，以及每年年度開展的通過假負載離線式進行大充大放核容試驗，往往很難及時發現蓄電池的性能下降，從而造成更嚴重的損害，同時也不能有效評估不同蓄電池經濟效益的投資比。

此次擬進行測試的蓄電池，包括兩套機房UPS 電源系統配套的蓄電池組（2套UPS5000-E 200kVA UPS 交流供電；配套德國陽光蓄電池組1組、湯淺蓄電池組1組，每組蓄電池節數為84節），和兩套通信直流電源系統配套的蓄電池組（2套ZJDY48-200直流供電；配套德國陽光和湯淺蓄電池組各1組，每組蓄電池節數均為24節）。通過對同一時期投入運行的不同品牌的蓄電池組進行在線監測、在線式核容，實時跟蹤蓄電池組的健康狀態。

2 廠站蓄電池狀態研究方案

開展電廠廠區綜合性機房通信蓄電池維護現狀、存在問題、需求及相關技術的調研：研究蓄電池維護及停電事故現狀和存在的問題，完成智能運維技術研究，提出維護系統的完善方案。

依托廠區綜合性機房已經具備的條件，立足在廠區綜合性機房內模擬或仿真蓄電池運行模型，論證可行性。同時，在此基礎上不斷發現環堆中的各種變量，及時修改設備運行參數、完善系統軟件、調整傳輸技術．確保試驗數據的穩定性、可靠性、重現性和真實性。

以廠區綜合性機房UPS 電源、直流48V 電源系統的蓄電池組為研究對象。在真實的環境中對技術進行測試。召開項目協調和技術方案論證會議，并對研究項目成果進行評審。

搭建試驗網，完成對全在線蓄電池智能維護系統性能的側試和臉證，完成報告。

研究全在線蓄電池智能維護系統技術發展方向．提出實現基于遠程維護、內阻測試、在線充放電關鍵技術和實現方案。

現場安裝具備蓄電池遠程核容及智能維護系統的硬件設備。

后臺安裝可以遠程在線操作的測試系統，并對蓄電池組開展遠程核容試驗。

3 蓄電池健康狀態研究

3.1 蓄電池在線監測

蓄電池在線監測的包括：蓄電池工作狀態、蓄電池容量、蓄電池組總電壓、單體電池電壓、充/放電電流、蓄電池極柱溫度、蓄電池內阻（電導）、續航時間預估等參數。

通過對每節電池在線內阻（電導）測試，計算整組電池均勻性差異，通過電池均勻性對整組電池中的落后電池進行查找定位，并對電池組性能進行定性判斷。

單體電池監測，采用一拖一監測的方案，即：一節電池接一個監測模塊，該模塊采集單體電池的電壓，內阻和負極柱溫度。

單體電池監測模塊應具備自動順序編號的功能，能自動和電池編號一一配對。

表1 實時監控數據報表

3.2 遠程核容裝置功能

現場安裝遠程核容裝置，遠程核容裝置具有獨立的DC/DC 升壓放電模塊，通過遠程核容主站系統（蓄電池后臺監控管理平臺）在線式對各個蓄電池組進行放電、充電核容操作，并在放電過程中系統自動記錄測試參數，通過對蓄電池組充放電試驗，達到測量蓄電池容量的目的。

圖1 電路拓撲圖

遠程核容裝置利用用戶實際直流負載對電池組進行放電(DC/DC)，以達到電池組節能放電目的。為保證在線升壓核容安全性，其升壓DC/DC 應使用輸入輸出變壓器隔離型的DC/DC 技術，其輸出的電壓由變壓器決定了控制在安全范圍內，保證系統設備的安全，避免出現DC/DC 電路故障導致過壓損壞系統設備的情況。

遠程核容系統具備手動停止放電功能：正常情況下，核容系統對蓄電池組正常開展放電測試，一旦遇到系統故障或其他緊急情況時，運維人員可以通過主站系統在蓄電池放電期間任意時刻手動中斷放電過程。

根據遠程核容放電參數的設置，當遠程放電過程中，放電容量、放電時間、單體電壓下限值、組端電壓下限值、在線電壓低、升壓上限、單體溫度等任意一項參數達到設定值時，整個放電系統可以自動停止放電工作，以保護運行中的蓄電池組。

遠程核容裝置能夠對放電過程全程進行監測，并在監控管理平臺上能夠以曲線、圖表等多種形式顯示放電過程的放電電流、電池電壓、各單體電壓、組端電壓、電池容量的變化情況。

可以在遠程核容裝置上進行自動預約蓄電池組遠程核容，同時平臺上能自動提示并停止沖突預約或不滿足電源充放電等條件的預約。

3.3 蓄電池核容監控主站（蓄電池后臺監控管理平臺）建設

蓄電池后臺監控管理平臺具備對廠區綜合性機房蓄電池組進行遠程在線容量測試的功能，即通過蓄電池后臺監控管理平臺下發指令，使蓄電池節能在線放電。以多重放電參數為條件，其中任意參數達到閾值自動停止放電；系統能夠準確記錄放電的時間及時長、單體電壓實時的變化情況，組端電壓情況以及放電容量，可直接查詢、也可生成報表。

在線充電監測功能能對放電結束后電池的充電全程進行監測，并以曲線、圖表等多種形式顯示充電過程的充電電流、電池電壓、各單體電壓、電池容量的變化情況。

可以通過蓄電池后臺監控管理平臺實時對電池放電過程及充電過程進行監測，并且監測的數據能夠通過柱狀圖、變化曲線、數值分析表等多種形式匯總生成蓄電池充放電測試報告，并可導出報表。蓄電池組后評估數據，有助于在蓄電池遠程核容后對蓄電池健康狀態的性能進行分析。

圖2 歷史數據圖

蓄電池后臺監控管理平臺，可以查詢不同蓄電池室不同蓄電池組的設備以及蓄電池組的實時和歷史運行信息，并導出生產報表。

表2 蓄電池后評估數據

能夠對各節單體電池的電壓、內阻（電導）變化趨勢進行全程記錄，并根據變化提示告警。

報警服務功能，記錄蓄電池的電壓超限報警、溫度超限報警、內阻（電導）超限報警等，并在網管界面通過滾動報警、實時報警、歷史報警方式來查詢，聲光、軟件界面、系統接口推送進行報警，并可實現按不同級別報警的功能。同時，告警信息可以表格形式導出，便于排查分析。

蓄電池后臺監控管理平臺采用B/S 架構，實現電廠內不同地方的多個部門同時使用，很大程度上也減少了運維人員的日常巡檢、月度定檢的工作量。

表3 電池告警歷史數據

綜上，通過采用新型蓄電池監控思路對廠區綜合性機房已建設電源系統進行監測，實時監測已建的湯淺、陽光蓄電池容量、溫度、電流、電壓、電阻、蓄電池組在進行放電時的工作狀態，以及蓄電池組在進行放電后對蓄電池的損耗狀態、監測蓄電池的使用壽命。

同時，鑒于電廠廠區使用多組荷貝克、圣陽、湯淺、陽光等品牌的蓄電池組，廠站將會盡快落實蓄電池的健康狀態監測設備的建設，進一步完善多個蓄電池品牌產品在使用過程中蓄電池容量、溫度、電流、電壓、電阻、蓄電池組在進行放電時的工作狀態、蓄電池組在進行放電后對蓄電池的損耗狀態，估算各品牌各型號的蓄電池的使用壽命、健康狀態，實現對各品牌蓄電池運行質量進行對比，完善發電廠蓄電池質量庫，為后期項目蓄電池組建設提供可視化科學依據。

經過項目成果評審，此次實時監測已建的湯淺、陽光蓄電池容量、溫度、電流、電壓、電阻、蓄電池組在進行放電時的工作狀態，以及蓄電池組在進行放電后對蓄電池的損耗狀態、能估算蓄電池的使用壽命，研究結果顯著。