换流站（变电站）蓄电池在线监测系统研究

葛萃辉 林锦峰

摘 要：蓄电池作为换流站及变电站低压直流系统的重要组成部分，对其进行在线监测具有重要意义;本文主要介绍蓄电池在线监测装置的基本结构、基本原理，传统结构的不足，同时提出蓄电池在线监测系统结构的改进方案并对相关通信协议和数据算法进行了简要说明。

关键词：蓄电池;在线监测;通信协议

蓄电池是换流站（变电站）低压直流系统的重要组成部分，其在运行过程中，容易出现极板短路或开路、蓄电池极柱、螺丝、连接条爬酸或腐蚀、浮充电压不均衡等异常现象。如果以上现象无法及时被发现，极有可能造成蓄电池电压降低，供电时间显著下降，严重时，可能导致蓄电池发生火灾、引起保护拒动或设备跳闸。而蓄电池的故障往往伴随着蓄电池电压、温度、内阻、容量等参数的变化，因此，研究一种能够有效监视蓄电池参数的在线监测装置具有重要意义。

1 蓄电池在线监测系统的传统结构

目前，在换流站及变电站通常采用电池巡检仪和集中监控装置相结合的方式对蓄电池参数进行测量。单只电池巡检装置可独立测量蓄电池组中单体电池的端电压、温度等状态量，实时监视整组蓄电池的运行状况，同时将数据上传集中监控器，方便运维人员查看。蓄电池巡检模块采用串行总线方式，通过RS232通迅接口与集中监控器相连接。但是，由于单个蓄电池巡检模块对应多个蓄电池，因此导致蓄电池巡检仪接线复杂，容易出现导线松动或连接不到位导致误报警等情况;同时由于RS232通信标准传输距离的局限性，使蓄电池参数仅能就地查看，无法传送至远方。

2 蓄电池在线监测系统的改进结构

2.1 技术要求

针对传统蓄电池巡检仪存在的不足，改进结构应满足以下技术要求：

（1）提高蓄电池的接线可靠性和测量准确性，减少误报警的发生，同时具备接线简单，安装方便等优点;

（2）通过改进通信传输方式，实现蓄电池参数远距离传输。

2.2 基本构造及原理

蓄电池在线监测系统主要由以下三部分组成，拓扑结构如下图所示。

2.2.1 蓄电池传感器

安装于每一节蓄电池本体，用来测量蓄电池的电压、内阻、温度、容量等参数，传感器均连接与S-BUS总线上。

2.2.2 通信转换模块

实现S-BUS与RS485之间的通信转换，并将数据经网线或光纤传送至蓄电池监测工作站。鉴于RS232通信标准的理论传输距离仅为15米，为实现远距离传输，用RS485通信標准作为替代，可使传输距离提升至几百米至上千米，能够满足换流站（变电站）应用范围的要求。

2.2.3 蓄电池监测工作站

位于远方控制楼内，能够实时接收显示管理终端上传的蓄电池参数信息，方便运行人员远程监控蓄电池运行状态。当蓄电池出现故障时，蓄电池监测工作站将发出告警信号，提醒运行人员及时进行检查处理。该工作站亦可放置于设备室现场，亦可将蓄电池参数通过网线或光线传送至远方工控机处。

2.3 创新点

（1）每台蓄电池配置单独的传感器，简化了接线，解决了接线复杂而导致的测量不准及误报警的情况;

（2）用RS485通信标准取代RS232可使传输距离由十几米增加至几百米上千米，同时进一步提升了抗干扰能力;

（3）运用RS232/485转换器，将RS485信号转换成RS232信号，实现与工控机或PC的通信连接，通过蓄电池监测工作站中的专用软件实时读取传输信息并对异常参数发出告警信号;

（4）对于远距离传输（大于100米），单用网线已无法满足要求时，可利用光猫实现网线与光纤之间的通信转换，进一步延长传输距离。

2.4 蓄电池传感器通信协议

2.4.1 通信接口

通信接口波特率的典型值为9600b/s，表征数据传输速率;包含8位数据位，1位停止位，无校验位，其中停止位用以标志数据传送的结束;传感器地址可在0-254取值，一般而言默认地址为1。

2.4.2 命令格式

当需要测量电压等参数时，蓄电池监测工作站将发送给传感器相应的命令。其中，字节1表示传感器的地址，字节2表示蓄电池监测工作站发送给传感器的指令，字节3表示校验和。常用指令主要包括：测量电压、温度、阻抗值并存储测量值，传送存储的电压、温度、阻抗值，指派ID、软重启等。总线上最多可连接254个模块，对应254节蓄电池。对于110V蓄电池组，以每节蓄电池2.25V计算，则仅需取其中的52个模块进行连接即可。

2.4.3 返回数据格式

蓄电池传感器模块接收到正确指令后，将返回给请求端相应的数据。每一个传感器单元传送的任何响应均包含4个字节，其中，字节1代表传感器的地址，字节4代表对字节1和字节2进行‘逐位XOR生成校验和;数据A采用big-endian格式;数据B采用格式为little-endian格式。数据格式为IEEE754无符号半浮点型，取值范围为0-255.9375。

即传感器测得的电压值为2.50V，并将该值返回给蓄电池监测工作站。

2.5 蓄电池监测工作站的工作原理

传感器传送过来的数据经过RS232/485转换器转换成工控机或者PC能够读取的数据，并通过预装在蓄电池监测工作站的应用程序对蓄电池参数进行存储和分析，如果该数据超出正常范围，则工作站将发出告警，提醒运行人员到现场检查。

2.6 现场应用情况

2.6.1 应用实例

目前，该蓄电池在线监测系统已在部分换流站和变电站得到了应用，从应用效果看，该系统在参数测量准确性上有明显提升，装置误报警的情况明显下降;受限于施工条件，蓄电池数据的远距离传输效果仍有待进一步验证。

2.6.2 经济效益

该装置应用于换流站（变电站）的蓄电池系统中，一方面提升了蓄电池的运维水平，另一方面，也避免了蓄电池故障甚至烧毁而引发事故，避免了由此而带来的巨大经济损失，从长期看，该装置可为电力生产提供较好的经济效益。

3 结语

随着换流站（变电站）自动化水平的不断提高，对蓄电池设备监视的要求也越来越高，通过改进和优化蓄电池在线监测系统的结构，有效提升了参数测量准确性，解决了数据远距离传输及监视的问题，为换流站（变电站）的安全稳定运行提供了有力保障。

参考文献：

[1]S800BM在线监测系统项目运行报告.深圳市中联通电子有限公司.

[2]S800BM蓄电池监测系统设备说明书.深圳市中联通电子有限公司.