变电站蓄电池室智能控温系统的设计

邓效荣，梁晓军

（广东电网有限责任公司东莞供电局，广东东莞，523000）

变电站蓄电池室智能控温系统的设计

邓效荣，梁晓军

（广东电网有限责任公司东莞供电局，广东东莞，523000）

本文提出了一种成本低廉、可操作性高的变电站智能温控系统设计，通过对蓄电池室内温度的监控和判断，实现对站内空调运行状态的智能远程调控，既能实现节能减排，又能对蓄电池室内的蓄电池组进行有效的保护和延寿。

智能远程调控；变电站；蓄电池；温度

0 引言

用电负荷逐年增加，电能在能源领域的地位至关重要。如何更好的为逐年增多的用电客户提供可靠、安全、优质的电能，成为电力企业首先要解决的问题。智能电网通过使用先进的通信网络技术、设备制造技术、传感器技术以及专家控制算法等技术，使得电网更加可靠、更加安全、更加经济、更加高效以及更加绿色，但是变电站温度控制、蓄电池保护、空调节能等智能调控方面仍处于研究、试点阶段，并未实现大面积的推广。

1 变电站温度控制的重要性

1.1 蓄电池对温度要求高

直流系统是变电站的核心之一，它为断路器分合闸及二次回路中的仪表、继电保护和事故照明等提供直流电源，它的重要性可想而知。蓄电池相当于是整个直流系统的心脏，在故障情况下为二次系统的正常运行提供动力。温度对蓄电池的安全性、容量、寿命等方面均有重要影响。

（1）浮充电压与温度的关系：电池大部分时间是在浮充状态下运行，在25℃时电池单体的浮充电压为2.25V，为保证电池的性能，需要随电池温度的变化而改变浮充电压。电池随温度而改变的浮充电压补偿数值可按-3.5mV/度/单体进行计算，如0℃时为2.34V；10℃时为2.31V；20℃时为2.27V，而现在的直流系统充电温度补偿功能大多形同虚设，温度波动，但浮充电不变，长期处于这种状态，对蓄电池的性能影响很大。

（2）电池设计寿命与温度的关系：电池的设计寿命随温度而有所变化，温度每升高10℃，浮充寿命减半。表1显示了电池的设计浮充寿命，通过此表可以看出温度对电池寿命的重大影响。

表1 蓄电池寿命、浮充电压、温度的关系

（3）运行温度对电池容量的影响：在低温时电池的容量随温度的升高而提高，然而过高的温度也会对电池产生不利的影响，从而导致电池容量的下降，寿命缩短。

表2为电池在不同温度下的有效放电容量与电池额定容量的比率（额定容量为25 ℃时，电池放电终止电压1.80 V的条件下电池的10小时放电容量）。

表2 运行温度对电池容量的影响

从上述充电电压、温度、寿命、容量的关系可以看出对于站内的蓄电池而言，如果温度过高，电池寿命将锐减；但如果环境温度过低，不但电池容量会减小，同时还要提升浮充(均充) 电压，浮充( 均充) 电压过高同样会缩短电池的使用寿命，所以运行中蓄电池室要选择一个适合的环境温度。一般情况下，变电站蓄电池室对温度的要求是：设备可在-40℃~+ 50℃的工作场所使用，但建议电池系统的环境温度在15℃至35℃之间，蓄电池在25℃的温度下运行性能最佳，一般情况下建议安装空调，以保证电池具有更优良的性能及更长的服务周期。

1.2 变电站温度控制存在的其他问题

变电站温度控制还存在以下问题：（1）随着设备集成化、智能化程度的提高，自动化通信设备中半导体元器件工作时会大量散热，若降温不及时，循环积累的热量会加速设备老化，出现板卡、元件故障。（变电站内使用的柜式、悬挂式空调24小时不间断运行，空调易死机。（2）运行人员在变电站内进行倒低压工作后，需对站内所有低压空开电源进行合闸，每台空调需手动重新开机，并重新调整为制冷状态，若遗漏此步骤，空调将无法正常工作。（3）变电站分布较广，在巡视周期外，对于机房运行温度运维人员无法实时掌握。温度越限时，更无法远程控制空调及时降温，造成设备故障或处理故障时间延长，影响电力系统的生产运行。

因此尽快研制出低成本、高可靠性的变电站智能控温系统并进行大面积推广具有重要的现实意义。

2 变电站智能控温系统的设计

2.1 变电站蓄电池室智能温控系统运行原理

变电站蓄电池室智能温控系统，主要是通过温度传感器监测蓄电池室内环境温度，根据环境温度，采用红外信号发射对空调的运行模式和参数进行切换和控制。根据实际监测及变量附值情况，空调自动控制节能装置设置了5 种不同的运行模式。

（1）待机模式：变电站内温度适宜设备工作，空调通风系统不运行。

（2）制热模式：变电站内温度过低，对站内设备运行有不利影响时，空调系统运行于制热工况。工作人员也可根据具体情况自行调节。

（3）排风模式：变电站外温度较低，站内外温度差值大, 通过换气实现对站内温度调节。

（4）制冷模式：变电站外温度过高，无法通过换气将站内温度降低到合理程度时，空调系统运行于制冷工况。工作人员也可根据具体情况自行调节。

（5）除湿模式：利用空调本身的除湿功能，保证变电站室内设备对湿度的要求。

当环境温度落在设定温度范围（比如25℃±2℃）以内，空调正常运行，如监测温度高于设定范围，将发出声光报警，并通过网络、短信的形式通知工作人员。此时室内环境温度较高的原因主要有两种：（1）空调故障/人为失误，导致空调没有运行；（2）环境原因导致空调制冷效果达不到预期。通过报警方式，可以提醒工作人员及时了掌握蓄电池室内温度情况，空调运行状况，并迅速作出反应，避免不必要的损失。当环境温度低于设定温度时，空调运行自动停止，仅进行排风，避免了不必要的制冷带来的能源浪费。当环境温度低于设定的预警低温时，发出声光报警并通过网络、短信的形式通知工作人员。此时蓄电池室内由于气候的原因，比如冬天气温过低，将影响蓄电池的容量，也就是供电能力，因此工作人员可以根据软件控制平台反馈的信息，重启空调，进行制暖操作。

2.2 变电站蓄电池室智能温控系统的构成

变电站蓄电池室智能温控系统的硬件模块包括：MCU 模块、液晶触摸屏、模拟量输入模块、继电器输出模块、报警蜂鸣器与指示灯、空调接口、若干温度传感器、红外发射管等。

2.3 变电站蓄电池室智能温控系统的功能

变电站蓄电池室智能温控系统既可以现场进行操作，也可以通过远程客户端进行操控。具有声光报警功能，有利于现场工作人员进行故障解决，同时通过网络/GPRS短信的形式发送到远程客户端，方便工作人员远程操控，节约现场维护人员成本，有利于大规模的集成处理，提高工作效率。

采用多个高精度温度传感器，检测精度为0.1℃，多个检测点，避免了一个传感器故障影响系统运行的可能。采用遥控器的红外遥控码的学习功能，可学习任何空调设备的红外遥控器遥控码，并储存到本地的非易失性存储器中，下次开机信息不丢失。

采用高可靠MCU微处理器控制温度采集和红外发射，实现对空调设备的智能控制，可自动发出启动、停机、加温、降温等红外遥控码。红外信号的发射功能，控制空调有效半径范围为5米。

在控制主机端安装远程控制软件，主要实现变电站内监测点温度实时显示、温度设定越限告警、空调远程控制人机交互、控制指令发送反馈、运行日志及操作记录等多个功能。在对空调进行控制时，可以设定开关机、运行模式、风速等，并通过温度检测窗口查看运行环境实时温度，以便检查空调调整后的温度变化情况。

3 结束语

本文设计变电站蓄电池智能控温系统一方面可以实现对空调运行的智能控制，避免了空调粗放式管理带来的能源浪费，另一方面对直流系统中的蓄电池实现了有效保护，提高了蓄电池的性能和寿命，对提高直流系统的安全性起到促进作用，进一步的，智能控温系统连接阿里云服务器，可以对管辖区域的所有变电站进行实施监控和远程控制，可以节约大量的现场人工维护成本和时间，有效提高工作效率和质量，值得推广。

[1]杨家豪,欧阳森,冯天瑞,石怡理.变电站空调器与照明用电及其节电潜力实例分析[J].电气应用,2014,10:26-30.

[2]白永磊.浅论控制变电站室内温度的重要性[J].天津电力技术,2006,4:5-8.

[3]吴雅楠,谭向红,陈涛,王刚.空调远程控制装置在变电站中的应用[J].设计与分析,2015,9:120-121.

The design of intelligent temperature control system in substation battery room

Deng Xiaorong ,Liang Xiaojun

(Guangdong power grid co., LTD. Dongguan power supply bureau, Dongguan Guangdong, 523000)

This paper presents a low cost, high maneuverability of substation intelligent temperature control system design, through to the battery of indoor temperature monitoring and judgment, realize the station air-conditioning running status of intelligent remote control, can not only realize energy conservation and emissions reduction, and battery to the battery interior for effective protection and prolong life.

intelligent remote control; Substation; Storage battery; temperature

本方案为广东电网有限责任公司东莞供电局职工创新项目成果（变电站蓄电池室温度实时监测及远程调控，项目编号：031900KK52170057）。