一种新型变电站蓄电池在线健康管理技术

陈玉辉，杨辰飙，姜 雯

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

变电站直流电源系统作为变电站内的继电保护、自动装置、信号装置、断路器的控制电源和事故照明电源，是变电站二次系统的核心设备，是保证变电站全停时正确隔离故障的关键。随着国家对智能电网的大力推广建设，电网对蓄电池的成本也提出了更多要求，蓄电池的平均寿命及平均无故障时间已经呈现出缩短趋势；另外，随着电网规模的不断扩大，变电站的数量日渐庞大，变电站运维模式也已经调整为无人值班，运维和检修人员数量明显减少，这对准确、及时地掌握变电站内设备的运行状况提出了更高要求，迫切需要引进智能硬件和移动互联技术，实现远程智能在线健康管理。

现有的蓄电池组维护方式存在以下几方面缺陷:(1)定检间隔太长：每年一次的核容试验，无法提前筛选出某些快速衰退的蓄电池组，甚至导致很多设计寿命为10年的蓄电池组不得不提前到4～5年报废；(2)定检技术落后：传统的蓄电池周期性运维检修模式，不但自动化程度不高(技术落后、有火灾隐患)、工作量大、放电时间长，而且无法及时发现蓄电池容量不足、蓄电池开路等潜在隐患；(3)原有在线系统局限性：原有的蓄电池在线监测装置或系统，只能实现基本的电压监测功能，无法实现故障预判等高级功能，不能分别针对蓄电池的健康状况进行分类管理和重点监控，需要在便携测试设备上人工分析、处理、转发再生成报告报表，不能满足现在智能变电站对状态检修的要求。因此，需要研究基于网络的信息流传输通道，实现数据的及时采集、及时传输、及时分析、及时通知。

本文研究的在线健康管理系统依托现有物联网及互联网技术，可以实现直流系统蓄电池组故障的快速筛查、蓄电池组在线维护、蓄电池组在线活化工作的一键式操作；实现蓄电池信息分级推送、痕迹化管理、数据自动流转、报表自动生成、现场知识库查询，实现蓄电池在线管理系统先进性和实用性的目标，能够为无人值守变电站直流蓄电池组的运行、监测、维护、施工、抢修等措施提供决策。

1 蓄电池在线健康管理系统功能单元设计

蓄电池在线健康管理系统框图见图1，包括3个核心功能单元：智能监测终端(采集单元)、智能维护终端与在线健康管理系统平台。

图1 蓄电池在线健康管理系统框图

1.1 智能监测终端

智能监测终端作为在线健康管理系统的关键单元，其主要功能是对电池组的单体电压、组电压、电流、电池温度等信息进行采集和计算，并通过总线将状态参数上传给服务器，最终在线管理系统软件对各参数进行综合分析计算和评判，并结合智能维护终端提供的电池组参数信息，综合计算出各电池及电池组的健康状况。图2为智能监测终端的系统框图。

图2 智能监测终端的系统框图

1.2 智能维护终端

图3是智能维护终端与直流电源系统的连线示意图。要满足无人值守模式下，系统安全，设备安全及同时有效地完成测试工作，智能在线维护装置必须具备以下功能和特点。

图3 智能维护终端与直流电源系统的连线

(1)放电功能。将“在线维护设备”一次性接入被测试的蓄电池组中，让蓄电池组在线对设备放电测试，在保证系统安全的前提下有效地检测蓄电池供电特征。

(2)充电功能。通过调整充电电流大小，实现蓄电池组充电过程可控，避免因为过充造成电池失水、热失控等人为损坏，并实现充电过程有效监测。

(3)安全功能。测试过程确保母线电压稳定确保直流系统稳定可靠，测试过程不发热消除了火灾隐患，具备电池组单体电压、端电压监测及电压超限保护、报警功能。

(4)告警功能。具有电压巡检、内阻巡检的报警功能。

(5)保护功能。具备电池组电压、单体电压、端电压检测及电压超限保护、报警功能。

(6)操作简单。“智能装置”测试过程提供一键式操作，简便可靠，测试工作安全性高，单人即可轻松测试。

1.3 在线健康管理系统

1.3.1严格规范管理员制度

系统接入省公司“智能运检管控平台(孤网运行)”，按平台管控要求，自动建立维护人员时间段的系统运行状态及数据，值班时遇到的报警等信息。同时，值班人员在值班期间对系统的所有操作都自动记录在值班日志中(见图4)。

1.3.2平台远程监控

图4 智能运检管控平台(孤网运行)

本管理系统平台依托互联网的VPN技术，把分布各地的设备资源整合在统一的平台上，构成集中式网络架构体系。系统提供各种功能模块，管理系统平台所有的设备与其他的管理服务器进行通信和同步，可以实现对远程设备运行进行的实时监控，主要包括了节点的运行工况、运行状态等功能模块。

1.3.3实时运行监控

系统通过智能监测维护装置，对变电站蓄电池组运行的过程进行远程同步监控，实时查询电池组的电流、电压、温度、浮充、均充等状态，并结合电力运行的相关技术，智能化的运算，同步动态模拟展示蓄电池的运行工况(见图5)。

系统还提供了多画面展现、实时曲线、事项告警、语音播报、短信通知等实时监控辅助化功能，通过一系列的功能事项构成系统的实时监控体系。

1.3.4运行维护技术

运行维护是为了保证电站蓄电池组安全稳定运行、可靠供电、各类电力生产工作有序进行而采用的一种有效管理手段。

图5 电池组实时状态

依据各类信息采集设备反馈回来的数据信息，结合直流系统实际运行参数，如电压、电流、内阻、在线放电时间、系统负荷等，综合考虑生产工作开展情况，对蓄电池组健康、经济运行状态进行判断，辅助管理人员、现场维护人员进行健康分析，如启动蓄电池测试、进行蓄电池活化、进行蓄电池更换，从而确保变电站持续安全稳定运行。

通过本系统的运行维护技术，并结合以下测试方法，可高效准确地分析剔除出劣化电池。

(1)快速测试：远程批量处理各电池组状态信息，30 min即可发现劣化电池，并分析剔除出来。

(2)均充充电测试：在对电池组充电过程中，通过独立的算法分析，验证出电池的劣化程度。

1.3.5历史数据存储

系统提供完备的历史数据存储，实现分布式、多样化的存储手段。

依托完备的历史数据，提供各种方式的数据查询、辅助系统决策、人工智能等，包含了电压历史曲线、内阻历史曲线、供电时间、充电时间、健康分析、同比分析等多项历史数据分析报表。

除了固定的分析报表外，系统支持用户自定义报表的强大功能。用户根据业务需要制定报表模版，导入系统，系统根据用户的模版自动生成报表文件，支持在线浏览及Excel方式导出。

1.3.6健康分析

系统通过实时、全面、准确地采集厂站端的数据，动态分析蓄电池运行状况，辅助系统根据监测数据的变化，适时启动在线维护方案，根据厂站端智能维护终端按照设定程序的维护动作，蓄电池组的最新运行状态，实时准确地进入后台管理决策系统，实现在线计量、监测、分析等功能。

系统提供了在线监测、在线维护、在线活化等多样的功能，并提供科学、有效地实时管控手段，是精细化、智能化、现代化的蓄电池健康管理不可或缺的重要保障。

1.3.7智能运维

对异常事件的过程处理，并对出现的频率进行统计分析并提供异常事件报表，是系统智能运维的特色。

2 蓄电池在线健康管理系统对智能化变电站的现实意义

(1)成本优势。通过使用蓄电池在线健康管理系统技术，可实现对变电站开关站蓄电池日常巡检和定期维护自动化和后台数据分析智能化，减轻90%的维护工作量，人工费用和车辆费用也大大减少。蓄电池在线管理系统的投入使用，减小了因个别蓄电池劣化而造成整组蓄电池损坏的可能，相应延长了蓄电池的使用寿命。

(2)效率优势。通过蓄电池在线健康管理技术，使得原先可能需要一个运维部门，精简到只需一个人即可完成电力系统日常检修工作，进一步提升工作效率，减轻运维压力。

(3)准确性优势。传统的蓄电池组的容量测试和内阻测试，对巡检维护人员有一定的技术要求，操作方法和方式的熟练掌握程度，以及每个直流供电系统相对差异化的架构，都直接影响到最终的监测结果；基于在线健康管理系统，只需按照标准的测试流程，几步操作即可准确完成对各电池组状态信息的测试。

(4)专业性优势。随着科技的不断发展，对蓄电池组参数监测和维护的技术也会不断提升，背靠专业团队的运营和维护，可享受到最新科技带来的技术体验。

(5)安全优势。蓄电池在线管理系统的投入使用，可以远程完成蓄电池参数的检测，无需人工到现场测量和接线，减少了人员伤害事故发生的可能性，同时也避免了现场由于检测造成设备损坏的可能性。

3 结语

随着电力系统智能电网的不断深化发展，无人值守变电站中的直流系统越来越重要，智能化程度也越来越高。同时，也对蓄电池维护和管理的自诊断能力、自愈能力、集成能力、预测能力等方面也提出了更高要求。

蓄电池在线健康管理系统具有功能模块化，监测维护智能化、数据分析网络化的特点，不仅能够实现对蓄电池组状态信息的实时在线监测，并且具备对电池组远程容量测试和内阻测试的功能，同时通过对蓄电池组的电压、电流、温度、浮充、均充等状态参数信息的大数据采集和计算分析，快速准确地开出各蓄电池组全面健康体检报告，使变电站运维管理人员可更便捷、高效地甄别出各站点直流电源供电系统的健康状态，以便及时有效地对其进行检修和更换处理，保证供电网络的稳定；并且本系统具备“N-1”系统灾备及恢复能力的高可靠性，存储无限扩充可伸缩性，运行与用户资源动态优化的最优化性，采用PC服务器阵列，更经济的低成本性，跨平台移动互联，各类智能设备接入，无处不在的访问高便利性等特性，具备极强的竞争优势，为推进智能电网直流电源在线系统的智能化、高效化、无人化提供有力的技术和方案支撑。