通信蓄电池远程充放电技术的研究与应用

杨国旗

（国网冀北电力有限公司承德供电公司，河北 承德 067000）

0 引 言

当前，电力通信网在整个电力系统中发挥着越来越重要的作用，通信设备的安全稳定运行受到越来越多的重视，人们对通信电源的可靠性提出了更高的要求。通信蓄电池的各项参数状态和使用寿命都对电源的正常运行起着重要的作用。现有蓄电池浮充技术未实现精细化充电管理，导致单节电池之间的电压不均衡，电池容量衰退快、使用寿命短，而传统的蓄电池核容放电维护存在浪费能源、动态响应差、安全性不高等问题。同时，各供电公司变电站体量大，所需维护的蓄电池组数量多、放电时间长，每年需要投入大量的维护工作。

通信蓄电池远程充放电技术可以满足当前的电力通信发展需求，无须运维人员到达现场，远程操作和监测各变电站蓄电池充放电试验，发现充放电过程中的故障和缺陷。此方案的后台系统会实时上报告警信息，并分析解决问题，从而保障电力通信网电源的可靠性。

1 远程充放电技术方案

通信蓄电池组远程在线充放电技术可在线监测和告警蓄电池组单体电压、内阻、极柱温度、组端电压、组端电流以及蓄电池容量等参数，以便运维人员实时了解蓄电池的性能状态。配备节能回馈型充放电模块可实现远程在线蓄电池放电核容测试维护，使工作人员无须到测试现场，就可以通过平台网络启动蓄电池组放电核容测试。

1.1 在线监控方式

在线监控采用分布式在线监控方案，即在每一节蓄电池上安装一个监控模块及充放电模块，通过RS-485 数据线将监控数据传输到主控制模块，通过RJ-45 或RS-485 接口将数据传输到后台系统。

1.2 充放电系统方案

采用先进的节能全在线充放电方案，对蓄电池组进行核对性、远程自动在线馈电式充放电试验。测试过程中，蓄电池组实时在线监控，一旦市电异常，被测蓄电池组可立即切换给实际负载供电，保障直流系统运行安全。测试结束后，自动将蓄电池组接回系统，并监测充电电流。整个测试过程，平台自动记录蓄电池的所有信息，并定制各种报表。蓄电池充放电系统设计如图1 所示。

图1 蓄电池充放电系统

1.3 实现的功能

在线实时监测蓄电池组的电压和电流，显示蓄电池工作状态，实时测试蓄电池实际容量。一旦单体电压、内阻、单体温度、容量等超过设置的告警门限，系统自动告警，并将告警信息传输保存到后台。

支持各种电压等级的电池组全在线节能放电。放电电流大小根据电池组容量进行配置，采用在线馈电式充放电进行全容量放电测试，蓄电池电能全部反馈回电网，安全节能。

采用客户端/服务器（Client/Server，C/S）架构监测数据，实时显示充放电测试数据并统计分析采集数据，实现蓄电池监控、测试、性能分析报表，支持局域网、以太网信息传输方式，能在App 上查看所有的监控参数和电池组运行情况，告警信息实时推送。

1.4 技术特点

自动监控单体电压、单体内阻、极柱温度、组端电压、电流、环境温度、单体纹波电压以及纹波电流等，通过实时监控发现问题，再通过放电测试解决问题，是完整的蓄电池一体化解决方案。

采用分布式一拖一组网模式，每个单体电池安装一个监控模块。监控模块通过RS-485 网络串接，将监控数据汇集到组端收敛模块，再由汇集模块将数据传输到显示模块。通信线路上出现断点时，该方法能减少断点影响而造成通信中断。

系统内置蓄电池智能维护策略，可根据电池使用年限自动调整参数的监测频率，自动调整告警阀值。内置蓄电池容量估算技术，通过内置蓄电池放电趋势数据库，可在线准确预估出蓄电池的实际容量及后备时间，直观地告知用户蓄电池当前的性能状况。

2 系统设计和实施方案

2.1 系统模块原理及功能

2.1.1 逆变模块

逆变模块用于蓄电池恒流放电，通过RS-485 与上位机通信，接收工作模式，开、关机指令和放电电流设定值等相关信息，上报逆变器相关工作状态。

2.1.2 主控模块

主控模块不仅负责各子模块之间的信息集中、存储、分析和决策，还负责控制监控系统的运行状态，执行主控模块的控制指令。主控模块可配备大容量存储卡，以便存储重要监控数据、告警数据，保证数据不丢失。

2.1.3 切换模块

切换模块用于实现蓄电池与放电装置和母线的连接及实时切换，确保蓄电池组的正常充放电。特别是在放电过程中出现交流停电时，切换模块可立即分离蓄电池与放电装置并将蓄电池接入直流供电系统，实现不间断地对通信设备进行供电。

2.1.4 智能显示模块

智能显示模块用于在线监控蓄电池单体电压、电流、内阻、环境温度，以数字和柱状图的形式直观显示所有的蓄电池监控参数；可显示所有的历史告警信息、已处理的告警、未处理的告警等，直接在屏幕上进行监控参数设置、告警阀值设置等；具备多种数据传输接口，支持多种传输规约。

2.1.5 组端汇集模块

一个组端汇集模块最多支持240节单体监控模块，支持组端电压、组端电流、环境温度采集；具有可与后台系统连接的RS-485 通信口；支持Modbus、传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）等多种传输规约。

2.2 后台数据管理系统设计

采用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）或客户端/服务器（Client/Server，C/S）架构，用户可远程通过网页形式查看所有站点蓄电池组实时监控及测试数据，并以图形和数字2 种形式体现。后台数据管理系统具有数据库存储功能，可存储所有站点的电池组信息、监控数据、测试数据，方便用户管理及分析历史数据；可显示所有的实时及历史告警信息；具有强大的统计分析功能，可根据设定的条件统计所有电池组的性能；支持Word、Excel、Pdf 多种报表格式，可直观地统计分析通信蓄电池的性能参数、实际容量及蓄电池运行状态的优良分级。

2.3 实施方案

将各功能模块安装至机柜内，电池单体监测模块与电池之间采用线鼻子加电池线连接，从而缩短施工时间，降低风险。电池传感器模块内置三重保护功能，保证模块工作异常后与电池可靠断开，以免影响蓄电池及不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系统。各工作模块线缆根据不同的负载电流选定线径，使用阻燃橡套电缆并采用铜鼻压接的方式做连接头，线缆连接方式如图2 所示。

图2 蓄电池充放电系统连接

由图2 可知，切换模块接口“组端正极”连接到蓄电池组正极；切换模块接口“在线正极”连接到整流器正极；切换模块接口“负极”连接到蓄电池组负极；功能模块之间在机柜内部完成接线。逆变模块输出交流，并接入电网。

3 结 论

随着电力通信技术发展的不断深化，电力系统内设备的自动化程度将逐步深化，通信蓄电池远程充放电技术实现了对蓄电池远程在线进行充放电测试的功能，改变了传统的运维人员携带放电仪器定期前往变电站进行蓄电池充放电试验的方式，节约了交通、人力成本，同时降低了人工进行蓄电池充放电时线缆拆接短路、误碰误断熔断器及触电的风险。此技术能够在蓄电池充放电过程中实时监测充/放电数据，动态掌握变电站内各节蓄电池的性能状况，及时发现缺陷电池，提升了通信电源系统的可靠性，切实保障了电力通信网的安全稳定运行。