通信蓄電池遠程核容技術在電力系統中的應用

何建梅

佛山電力設計院有限公司 廣東 佛山 528200

引言

廣東電網公司各下屬供電局通信蓄電池組每年需要通過充放電進行核容才能評估其狀態，但目前傳統的方法是去現場進行充放電測試，耗費大量人力、物力、時間，使用基于安全認證的遠程在線核容技術，可大大提高工作效率，同時提高蓄電池維護的質量、增加安全性。

1 現狀

廣東電網公司的調度機構、220kV及以上廠站以及通信中繼站均已雙重話配置了通信直流供電系統。通信系統的傳輸網設備、OTN設備、調度數據網設備、綜合數據網設備、PCM設備等，均采用通信直流供電系統供電。

中調、地調調度構，220kV及以上電壓等級的變電站，總調、中調調度管轄范圍內的發電廠，通信直流供電系統應雙重化配置，目前均按兩套獨立的高頻開關電源進行配置，并根據遠期用電量配置相應的通信蓄電池組。

110kV及以下電壓等級新建變電站則大部分采用DC/DC供電方式。

新建、改造的變電站、開關站按照不小于8小時配置，調度機構、發電廠內按照不小于6小時配置[1]。

電力通信電源的蓄電池容量一般在100～2000Ah，需要定期進行充放電核容測試，目前采用電熱式放電法，現場使用電爐絲作模擬負載對蓄電池進行放電，將電能轉換成熱能釋放，采用風機強制散熱，這種放電方式簡單、廉價[2]，但存在以下的問題：電爐絲的散熱縮短通信設備壽命并造成電能浪費，放電電流不恒定造成測量偏差，現場維護耗時耗力。

如果開發遠程對電池進行充放電核容的系統，并對電池的各種參數進行監測，將能消除升溫的安全危險，避免能源的浪費，提高工作效率，提高設備運行安全性，對通信蓄電池的安全運行有重大意義。

2 通信蓄電池遠程核容技術方案

2.1 方案概述

本期提出的蓄電池遠程核容技術是：通過在現有的通信電源系統增加DC/DC升壓放電裝置（遠程監測核容裝置）和遠程維護管理系統，配置相應的數據采集模塊，實現遠程對電池進行充放電核容、遠程集中監控。該技術不改變原有電源系統，在保障電源安全的前提下完成蓄電池的核容放電。

2.2 核容放電系統結構及工作流程

當需要核容放電時，高頻DC/DC電池組升壓模塊用于升壓放電，將蓄電池經過升壓后向負載供電；當蓄電池放電至閾值時自動轉為穩流充電，系統內穩流充電電路模塊開始工作，充電電流小于浮充電流時結束充電，蓄電池通過單向二極管與整流屏形成回路，由整流屏向蓄電池浮充充電。核容裝置電源取自通信電源屏，當放電過程中全站停電時升壓模塊停止工作，自動轉換為電池向負載供電，以保證變電站通信設備的供電穩定。另外，系統內部并聯了單向二極管，可以防止充放電過程中合閘時出現環流過大的情況，安全高效；也可以當直流母線異常無電壓供應時，單向二極管由蓄電池向整流器導通，能無縫為負載用電。

放電時，電流流向如圖1所示。常閉接觸器KO斷開，Kc和Km閉合，高頻DC/DC電池組升壓電路開始工作，蓄電池經過DC/DC升壓至略高于整流器電壓，由蓄電池組直接向用戶負載供電，避免了電能的浪費；電池組開始進行容量核對性放電測試，放電過程中核容設備實時控制放電電流。

圖1 蓄電池組核容放電電流方向示意圖

當蓄電池放電至閾值時，放電結束并自動轉為充電，高頻DC/DC電池組穩流充電電路模塊工作，系統自動調節充電電流到設定的值并穩流；電池組開始使用原有的整流器進行穩流充電，最終完成充放電的整個流程。

2.3 遠程監測結構

遠程監測核容系統可實時在線監測每節單體電池的電壓、溫度、內阻、以及整組電池的總電壓、電流等參數，配套的后臺管理軟件對放電采集的數據信息進行處理，分析電池剩余容量，生成各種圖表，評估蓄電池安裝質量、并在導電條氧化或者接觸不良時警告。輕松甄別落后單體，評估電池組性能，及時發出修復信號，為分析電池性能提供了科學的依據。系統的數據采集模塊采用485有線方式跟主機通信，可以將單體采集模塊采集到的指標通過內部網絡上傳到后臺軟件，以此實現對蓄電池組的遠程集中監控。在后臺軟件遠程發送放電指令，在放電條件符合的前提下，遠程監測核容系統即啟動放電核容。

2.3.1 蓄電池監測傳感器及充放電核容裝置實現對電池組每節電池的電壓、內阻、溫度、母線電壓、充放電電流、環境溫度等各項參數進行采集監控；可在廣東電網調度控制網管系統對變電站充放電核容裝置進行遠程控制，實現遠程充放電核容。

2.3.2 每臺設備配置61850協議轉換模塊，通過內部網絡與服務器連接，監控中心建設數據處理服務器實現數據處理、備份。

2.3.3 平臺使用B/S（Browser/Server,瀏覽器/服務器模式）架構，使用者的終端或移動設備通過授權后，可以直接通過Web瀏覽器進行訪問或操作。B/S架構在廣域網上，通過不同的訪問權限對相關授權內容進行訪問，支持多用戶訪問，交互性較強。現場維護人員、監控中心運維人員、管理者根據不同的角色授權，可同時進行相關的業務查詢機操作[3]。

2.3.4 蓄電池智能運維系統。蓄電池監控管理，通過主界面可實時查看蓄電池的位置、配置情況、蓄電池的廠家、規格型號、投入使用日期、實時狀態、告警信息等重要信息；監控界面可實時查看電池組的電壓、電流、續航時間等關鍵參數信息。

蓄電池核容管理，通過測試界面，遠程對指定單個或多個蓄電池組，進行核容參數設置，并啟動/停止核容測試。在歷史數據界面查看核容歷史數據，可對充放電過程中電池的電壓、電流等進行詳細查看及對比。

蓄電池健康管理，通過對批量蓄電池組的充放電運維獲取大量的電池狀態信息，對蓄電池的容量、ODO循環深度、充放電次數、環境溫度、充放電起止電壓等數據，建立蓄電池健康狀態評估模型，實現蓄電池組全生命周期的預防、檢測、健康壽命管理。

3 結束語

蓄電池遠程核容系統在惠州電力局城南110KV變電站和平海110KV變電站已進行了試點運行，并協助開普實驗室完成了對系統的測試工作。經測試驗證，電力蓄電池智能在線維護系統可實時監控蓄電池運行狀況，能夠準確識別單個電池劣化程度，方便查詢各變電站蓄電池的充放電情況、電池內阻、溫度等情況；系統的蓄電池在線養護功能，經驗證，可改善蓄電池的運行狀況；系統的蓄電池在線容量測試功能，經試驗，可無人工干預的實現蓄電池遠程核容充放電，顯著減輕維護人員的工作強度，提高電池維護效率。

遠程核容系統在廣東電網佛山供電局、廣州供電局、東莞供電局、惠州供電局均有運用，目前運行狀況良好，實現了蓄電池遠程核容充放電、遠程集中監控。而目前南方電網公司在全網范圍推進通信電源遠程核容的試點及推廣應用，預計2023年遠程核容覆蓋率不低于30%，將大大提高蓄電池的維護效率。