基于智能蓄电池监测的远程核容作业方案设计

基于智能蓄电池监测的远程核容作业方案设计
王杰;马海;张康;李冰;李珊
【摘要】With the installation and application of online monitoring system for smart battery,the condition maintenance of battery is realized in the field of DC system.But the capacity check discharge operation still needs the field operation with cumbersome process,low safety and high cost,and many sites do not have operation ability according to the standard cycle.In order to solve this problem,a communication protocol converter was proposed based on battery online monitoring system and portable discharge load.The long distance capacity check discharge was realized,and the maintenance cost was reduced.The field test shows that the device is stable and reliable,and can be further extended.%随着智能蓄电池在线监测系统的安装应用,直流系统现场基本实现了蓄电池的状态检修,但容量核对性放电作业仍然需要进行现场作业,过程繁琐、安全度低、成本高,很多站点不具备标准周期核容作业的能力.为了解决这一难题,提出了一种基于蓄电池在线监测系统和便携式放电负载的规约转换装置,实现了远程核容作业,减少了维护成本,现场试验证明,该装置运行稳定可靠,可进一步推广.
【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2018(042)004
【总页数】3页(P575-577)
【关键词】直流系统;蓄电池监测;远程作业;状态检修
【作者】王杰;马海;张康;李冰;李珊
【作者单位】国网宁夏吴忠供电公司,宁夏吴忠751000;国网宁夏吴忠供电公司,宁夏吴忠751000;国网宁夏吴忠供电公司,宁夏吴忠751000;保定钰鑫电气科技有限公司,河北保定071051;保定钰鑫电气科技有限公司,河北保定071051
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
长期处于限压限流的浮充电运行方式或只限压不限流的运行方式，无法判断蓄电池的现有容量、内部是否失水或干枯。

只有通过核对性放电，才能发现蓄电池容量缺陷[1-3]。

电源管理明确规定新安装的阀控蓄电池在验收时应进行全容量核对性充放电，以后每2～3年应进行1次全容量核对性充放电，运行时间超过6年的阀控蓄电池，宜每年进行1次全容量核对性充放电[4-5]。

所以核容放电是蓄电池投运和维护过程中必不可少的工作，且时间周期要求比较严格。

目前，较多数变电站已采用便携式放电仪对蓄电池进行核容放电作业，通过对蓄电池放电过程中的数据进行监测和分析来判断电池的优劣，结果比较可靠。

但是使用便携式放电仪的过程中，需要在数据测量前把测量蓄电池单体数据的装置逐一夹到蓄电池的极柱上，核容作业时需要每小时或每半小时记录一次数据，造成实际操作过程繁琐缓慢，安全隐患大，电池维护成本高。

鉴于新型智能蓄电池在线监测系统在宁东直流工程主导站顺利施工投运[6]，效果良好，宁夏吴忠大多数变电站也采用了新型智能蓄电池在线监测系统，基本能够对蓄电池进行远程在线监测与维护，但核容作业仍采用现场作业方式，多用便携式放电仪。

这一现状与当前维护人员紧缺构成矛盾，无法满足核容放电既定作业周期。

本文提出了一种远程核容作业方案设计，可实现远程放电作业和数据自动记录，可节约维护成本，具有良好的推广应用价值。

1 吴忠变电站核容放电现状分析
1.1 现有核容放电作业介绍
相关标准规定：蓄电池在运行中电压偏差值及放电终止电压值应符合表1规定[4]。

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宁夏吴忠各变电站采用便携式放电仪进行现场核容放电作业，且各个站采用的便携式放电仪型号、厂家、批次等各不相同，数据记录功能和数据通讯接口均不一致。

目前的作业规程存在以下问题和不足：
(1)由于蓄电池数量众多，操作起来工作量大；
(2)放电工作是周期性的，导致电池运维过程人工成本增加；
(3)接线工作缓慢，增加了放电作业总时间；
(4)作业过程中容易出现失误，造成直接或间接经济损失；
(5)数据记录过程繁琐，耗费人力成本。

1.2 核容放电成本统计分析
由于核容放电对蓄电池运行维护关系密切，放电作业规程要求严格，核容放电必须按照放电规程规定的周期和要求进行。

而变电站一般距市区较远，现场核容放电作业不仅需要一定数量的技术人员，还需要考虑安排车辆、住宿等问题。

一般每个站核容放电作业需要4～6人次/天，所以仅蓄电池组核容放电作业一项就需耗费大
部分维护人员和维护成本。

吴忠变电站设备维护工作很多，技术人员相对紧缺，导致维护工作负荷较重。

此外，随着一些变电站蓄电池组投运时间增加，运行年限较长的蓄电池组核容放电作业周
期和成本压力更大，一些变电站无法达到既定作业目标，给蓄电池维护造成不确定影响。

2 远程核容放电作业方案设计
2.1 设计思路
根据对蓄电池站点现状的调研和数据分析，现役直流系统大多数已安装蓄电池在线监测装置，且各个厂家、各个型号的蓄电池在线监测装置都有各自的对外通信规约，并有相应的通信接口，理论上完全可以实现硬件及软件规约通信。

现有的便携式放电负载均能通过一定的方式与其他设备实现通信，通过解析相应装置的通信规约，整合报文，完全实现两个装置间的通信。

现有设备的对外通信硬件接口往往是标准件，在硬件兼容开发上有很大的便利性，现有技术完全可以打破不同型号、不同厂家装置硬件接口不同的限制。

因此，本文提出通过规约转换技术实现蓄电池在线监测装置和现场核容放电装置即便携式放电仪的联合通信，选取工控机作为规约转换硬件媒介，并对现场设备所有通信规约统一处理重新编制，最终实现远程控制核容放电作业，并自动记录相关数据。

2.2 设计原理
本方案提出的规约转换装置由通信链路(硬件)、规约处理(接口)、处理单元(CPU)
三部分构成，其目的是实现便携式放电仪和现役在线监测系统的互联，系统设计框图如图1所示。

图1 系统设计框图
本装置将在现役蓄电池在线监测系统的合适位置接入，通过在线监测系统厂家的规约和硬件接口，进行通信，将蓄电池的电压、温度、电流等数据采集到规约转换装置中，然后根据便携式放电仪的规约和硬件接口，替代其配套的监测单元向便携式放电仪提供电压、温度等数据。

2.3 各部分处理
2.3.1 通信链路
(1)便携式放电主机通信链路
本装置实现便携式放电主机和蓄电池在线监测系统的规约转换，在通信链路上能够兼容各种型号的放电主机。

由于目前大多数便携式放电负载主机对外通信采用以太网的形式，本装置在设计上默认通过以太网通信口与便携式放电负载主机进行数据通信，若放电主机比较特殊，还可基于主机对外通信口，采用合适的硬件接口转换装置进行通信接口匹配。

(2)蓄电池在线监测系统通信链路
由于目前市场上的蓄电池在线监测系统产品较多，依据产品新旧不同，其对外通信接口各不相同，规约也各有差异。

本装置兼容了目前应用最广泛、通信最可靠的几种通信方式，如以太网口、RS485、RS232等，这几种通信接口也是大多数产品采用或兼容的。

2.3.2 规约处理
对于不同的硬件通信接口，规约各有不同。

本装置在规约处理上，通过分析各种硬件通信接口电平特性，确定各种接口对应的数据的格式、顺序和速率、链路管理、流量调节和差错控制等通信属性，进行科学匹配，优化规约转换机制，兼容并包含了各类标准通信规约，可实现各类型各型号的放电负载主机和各类蓄电池在线监测装置的规约转换和信息互通。

在规约兼容性设计上，常用的标准通信规约如RS485、RS232、CAN、以太网接口等，均大于或等于2路，可直接与各种类型的在线监测系统互联。

对于特殊厂家的硬件私定协议，还可根据要求，另外设计专用电路与本系统连接，无需考虑现有设备状况，不增加设备更换及相关成本。

2.3.3 处理单元
处理单元是规约转换装置的核心，不仅包括规约转换机制、规约转换流程及数据的后期处理工作，还承担了显示设备、应用软件、附加功能、兼容性能等外围设备和增值功能的协调和处理。

在处理单元核心元件的选取上，拟采用功能强大的Cortex-A8，它具备性能高、
功率效率高的优点，在处理速率上保持600 MHz到超过1GHz的范围，不仅可用于对功耗优化要求较高的移动设备，也能满足需要2000 Dhrystone MIPS的性能优化的消费类应用上，完全能够满足本装置提出的规约转换机制、数据处理能力、外围设备的综合控制和各类应用的要求，有助于提高装置整体的可靠程度。

除此之外，处理芯片使用标准化的ARM建立，配置容量和可编程延迟等方面都做了优化处理，对装置的更新升级有很好的兼容性，能够满足客户在后期提出的改进要求和功能增加需求。

3 现场实施应用情况
3.1 规约转换装置功能和性能介绍
该规约转换装置能够实现变电站现场不同厂家、不同型号的放电仪器设备和不同厂家、不同型号的蓄电池在线监测系统装置的通信报文采集、识别，并经过程序编码实现规约转换，实现各个设备之间的无缝通信，同时具有数据报文记录功能。

该规约转换装置在一定程度上实现了蓄电池核容作业的智能化，缩短核容放电的时间，减少核容放电过程中的安全隐患，避免经济损失。

同时经过EMC防护设计，能够适应恶劣的环境，在较差的环境下长时间正常工作，抗干扰能力强，应用性强，应用范围广。

此外，可以在设计上根据需求对功能进行增加、删除和改进，不断地优化升级应用，兼容性高，不断地适应外围设备的变化。

3.2 经济效益
该设计方案在吴忠实施运行一段时间后表现良好，能够按照既定目标进行远程核容放电作业，安全性能有保障，产生了较好的经济效益。

(1)充分利用蓄电池组现有的实时数据监测设备对放电时的数据进行采集，无需进
行测量蓄电池单体的数据装置接线等工作，节约了设备购置成本和测试时间成本；
(2)充分利用蓄电池组现有的在线监测设备的数据监测功能，能够将放电过程中的
数据定期记录甚至实时记录，无需人为进行数据记录统计工作，节约人力成本；(3)充分利用蓄电池组现有的在线监测设备，在放电过程中能够自动分析数据的合
理性，对于放电过程中出现的异常情况能够及时得到反馈，避免因人为记录数据的时效性问题而造成直接或间接损失。

4 结语
本文结合吴忠供电公司各变电站工程实况，对当前电源维护存在的问题进行了分析，充分利用现场现有设备仪器进行了合理化设计，通过规约解析和规约转换技术，结合硬件设计，形成了一套易于实现、运行稳定的智能远程核容放电作业系统，并对吴忠3个站点实施改造，实现了远程控制蓄电池组核对性容量放电作业，解决了
维护人员紧缺和维护成本高昂的问题，表现出较好的安全性，并产生了一定的经济效益，具有较高的推广价值。

参考文献：
[1]李恒.浅析变电站直流蓄电池的运行与维护[J].科技信息(科学教研)，2007(35)：286.
[2]童杭伟，李民，莫雪梅.变电站阀控式铅酸蓄电池3 h率放电核容方法研究[J].电力安全技术，2014(2)：69-70
[3]许晓阳，谭志聪，谭志宝.变电站直流蓄电池组核容放电测试新方法研究[J].机电信息，2015(26)：169-171.
[4]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程[S].北京：中国电力出版社，2001.
[5]国家电网公司.直流电源系统运行规范[S].北京：中国电力出版社，2006.
[6]张斌，邹洪森，刘志远，等.新型智能蓄电池在线监测系统的设计及在电力系统中的应用[J].电气应用，2016(6)：62-67.。