基于三階段在線除硫養護技術的電力蓄電池智能在線維護系統

譚 乾

（廣東電網公司電力調度控制中心,510000）

該系統不僅可提升在網蓄電池的供電能力，而且能延長蓄電池的使用壽命，節約蓄電池的運行維護成本，具有顯著的節能減排效益，為蓄電池的運行維護管理提供了全新的思路和方法。

1 實現依據和關鍵技術點

1.1 實現依據

1.1.1 通過技術手段消除電池劣化因素的不良影響

蓄電池一旦投入使用，其性能下降是必然的，這是由電池設計壽命所決定。而蓄電池在使用過程中出現過放電、充電不足、頻繁放電等因素，都會使電池加速劣化，導致電池實際壽命往往達不到設計壽命。

蓄電池的設計壽命不可改變，唯一可改變的就是上述外在因素對蓄電池壽命的影響。有兩種思路可解決該問題：

第一種：加強蓄電池維護力度，避免上述各種導致電池劣化因素的發生，從根源上予以杜絕。

第二種：通過一定的技術手段，將上述因素造成的蓄電池劣化予以消除。

由于影響蓄電池劣化的因素很多，要想從根源上完全杜絕難度極大，不僅需要投入大量的人力、物力、財力，并且對維護人員的專業性要求較高；且蓄電池本身作為備電系統，往往需要犧牲自身性能來確保站點設備穩定運行，因此過放電、頻繁放電等現象想要完全避免也不現實。

只有第二種方法才具有現實意義。基于三階段在線除硫養護技術的電力蓄電池智能在線維護系統（以下簡稱“系統”），正是通過先進的蓄電池在線養護技術，來消除上述外在因素對蓄電池的影響，達到蓄電池在線養護的目的。

1.1.2 掌握電池動態變化趨勢，準確甄別電池性能

對于新電池而言，理想情況下對每一節蓄電池配備一個充電電源進行分別管理，定可保證各節電池處于優良的管控環境下，劣化速度也將顯著降低。

但目前在網電池由于已出現一定程度的劣化，單獨的充電是無法消除電池劣化的。因此系統采用的脈沖除硫+均衡充電+檢測保護的組合養護方式，首先消除現有電池劣化，再通過均衡充電對每節電池進行精細化充電管理，必然會保證電池性能逐漸恢復至最佳狀態。

此外，通過三階段在線養護技術，可以使電池出現微小的動態變化，系統通過捕捉電池動態變化的數據，在一段時間后，即可掌握電池均勻性的變化趨勢，從而對蓄電池的性能進行準確判斷。

1.2 關鍵技術點

1.2.1 蓄電池統一網絡化管理

系統通過不同型號的蓄電池在線養護儀的使用以及該設備的級聯功能實現了硬件的兼容，滿足了不同種類蓄電池的數據采集和傳輸；通過蓄電池在線維護網管平臺軟件的自識別技術，可將各站點設備上傳的不同類型蓄電池實時數據進行2V/12V蓄電池自動識別和蓄電池單體電池節數的自動識別。

通過上述技術，最終實現了利用統一的網管平臺，對轄區內站點進行集中網絡化管理。

1.2.2 三階段蓄電池在線養護技術

針對劣化蓄電池，系統采用的脈沖除硫、均衡充電、檢測保護的三階段在線除硫養護技術，這三個過程分時循環進行，三個過程的具體工作方式和作用如下：

脈沖除硫：對單節電池分別施加除硫脈沖，恢復電池的基本特性。

系統采用的脈沖除硫技術，是針對已硫化蓄電池中硫酸鉛結晶顆粒大小不同，其諧振點也不同的特點，將動態功率修復脈沖施加于電池兩端，利用除硫脈沖中豐富的諧波分量與硫酸鉛晶體發生共振的原理，使粗大的硫酸鉛晶體逐漸“擊碎”、“溶解”，使之成為小顆粒硫酸鉛，而小顆粒的硫酸鉛晶體，可隨著充電的進行，被分解為鉛離子和硫酸根離子參與反應，最終變成鉛及二氧化鉛回到極板上，使硫酸鉛結晶從極板上還原。

均衡充電：均衡充電，對各節電池分別均衡充電，每節電池電壓不同，對電池充電電流也就不同，均衡性差的電池組，電流差異越大。

檢測保護：檢測電壓，檢測到單節電壓達到標準浮充電壓時自動終止循環進程。

從以上工作機制來看，脈沖除硫對已經硫化的電池恢復其特性；均衡充電減小電池組各單體電池的差異性，有效阻止再次硫化的可能；檢測保護使電池始終處于安全狀態，避免過充的同時當再次出現差異時自動啟動工作。

這種組合養護方式可有效防止電池快速劣化，高效提升電池容量。

2 系統構成和功能實現

2.1 系統整體構成

系統由蓄電池在線養護儀、服務器、短信發送模塊、蓄電池在線維護系統網管平臺、短信告警發布平臺幾大部分組成。系統組成示意圖如下所示：

圖1 系統組成示意圖

其中蓄電池養護儀安裝于蓄電池所在站點，主要起到以下作用：

A、采集蓄電池運行各項參數。

B、負責與服務器端進行數據通訊。

C、通過設備與蓄電池端的連接線向蓄電池輸出除硫脈沖和充電電壓。

服務器安裝于電力核心監控機房，蓄電池養護儀內的數據發送模塊與服務器建立數據連接，一方面將實時采集到的電池參數發送至服務器端，另一方面負責接收服務器端傳送的各項查詢和控制指令，實現數據的雙向傳輸。

“蓄電池在線維護系統網管平臺”和“短信告警發布平臺”安裝于服務器內。

其中“蓄電池在線維護系統網管平臺”負責各站點上傳數據的收集和WEB界面顯示、數據后臺分析計算和存儲等，通過該平臺對上傳數據的分析處理，即可實現站點蓄電池各項參數的實時查看、站點隱患智能分析和維護指導、電池均勻性變化分析等功能。

短信發送模塊連接在服務器USB接口上，一旦站點出現停電或蓄電池其他異常狀況后，“短信告警發布平臺”立即生成告警短信，并通過短信發送模塊，第一時間將告警信息發送給相關維護人員，通知維護人員及時排障。

維護人員只需通過網頁瀏覽的方式即可隨時查看各站點蓄電池實時數據；而一旦站點蓄電池出現異常，維護人員只需查看收到的短信內容，即可第一時間掌握告警信息。

2.2 各功能實現方法

2.2.1 在線養護功能的實現

以2V/24節蓄電池組為例，蓄電池養護儀上的輸出接口為25位端子，輸出線分別接入各節單體電池的正負極柱，設備工作機制采用脈沖除硫→均衡養護→檢測保護三階段分時循環進行。

2.2.2 各項電池數據采集功能的實現

蓄電池單體電池電壓和總電壓的采集：蓄電池輸出接口不僅完成對各節單體電池在線養護的功能，還通過該接口采集各節單體電池電壓和總電壓。

蓄電池溫度采集：設備內部內置溫度傳感器，溫度傳感器采集探頭置于電池附近，即可采集到電池所處環境溫度。

蓄電池供電狀態信息采集：通過電池電壓的變化和電池電流變化綜合判斷站點是否處于停電狀態，站點停電標志包含在上傳數據內。

2.2.3 設備級聯功能的實現

單臺蓄電池養護儀最多只能管控24節電池，如果單組蓄電池的單體電池節數超過24節，就要通過設備級聯接口進行擴展。

舉例說明，如果站點蓄電池為12V/36節單組，則兩臺設備級聯后，1#設備作為主設備管控前24節電池，2#設備作為從設備管控其余12節電池，所有采集信息均通過級聯接口匯總至1#設備，通過RJ45接口發送至服務器端。

2.2.4 數據傳輸功能的實現

數據傳輸功能通過設備上的RJ45網絡接口實現，如果站點蓄電池組數量超過1組，可通過交換機進行接口擴展。

2.3 系統軟件描述

服務器端軟件包括Linux操作系統、在線維護系統采集軟件、Oracle數據庫、蓄電池在線維護系統網絡平臺、短信告警發布平臺。

（1）Linux操作系統

采用Linux5.8版本，是服務器端各應用軟件正常運行的基礎，具有系統安全性高、網絡功能豐富、可移植性好等特點。

（2）在線維護系統采集軟件

負責接收各站點數據的上傳和服務器端相關指令的下發。

（3）Oracle數據庫

采用Oracle10.2g版本，對各站點數據進行存儲。

（4）蓄電池在線維護系統網管平臺

蓄電池在線維護系統網管平臺采用java語言，布署平臺采用tomcat 6.0,使用Struts2框架進行開發，使頁面和實現進行分離，具有跨平臺性和可移植性。

蓄電池在線維護系統網管平臺主要功能為各站點上傳數據顯示、曲線分析、報表統計等。維護人員只需訪問該網絡平臺，即可查看各站點蓄電池實時運行狀況。

（5）短信告警發布平臺

短信告警發布平臺負責站點蓄電池出現各種不同告警情況時的短信發布。

該平臺具有良好的交互性，維護人員可通過WEB界面對短信發送內容和短信發送對象進行二次編程，即一旦某站點出現某項告警，可根據之前系統管理員設定，依據告警級別和站點所處轄區決定短信發送的對象范圍、發送頻率等參數。

3 結語

該系統既能在線維護電池、提高電池性能又能遠程監控提供蓄電池的主動維護，是電力領域對在網蓄電池維護的一大創新，是未來電網的必然要求，應用前景十分廣闊。

由于電力系統使用蓄電池范圍廣、數量大，包括合閘電源、無人值守變電站、UPS供電系統的蓄電池，均可通過該系統進行在線維護和管理，可極大的提高現有蓄電池維護管理水平和維護效率，減少運行維護人員的維護強度和難度，并產生可觀的經濟效益和一定的社會效益。