變電站蓄電池室智能控溫系統的設計

鄧效榮，梁曉軍

（廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東東莞，523000）

變電站蓄電池室智能控溫系統的設計

鄧效榮，梁曉軍

（廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東東莞，523000）

本文提出了一種成本低廉、可操作性高的變電站智能溫控系統設計，通過對蓄電池室內溫度的監控和判斷，實現對站內空調運行狀態的智能遠程調控，既能實現節能減排，又能對蓄電池室內的蓄電池組進行有效的保護和延壽。

智能遠程調控；變電站；蓄電池；溫度

0 引言

用電負荷逐年增加，電能在能源領域的地位至關重要。如何更好的為逐年增多的用電客戶提供可靠、安全、優質的電能，成為電力企業首先要解決的問題。智能電網通過使用先進的通信網絡技術、設備制造技術、傳感器技術以及專家控制算法等技術，使得電網更加可靠、更加安全、更加經濟、更加高效以及更加綠色，但是變電站溫度控制、蓄電池保護、空調節能等智能調控方面仍處于研究、試點階段，并未實現大面積的推廣。

1 變電站溫度控制的重要性

1.1 蓄電池對溫度要求高

直流系統是變電站的核心之一，它為斷路器分合閘及二次回路中的儀表、繼電保護和事故照明等提供直流電源，它的重要性可想而知。蓄電池相當于是整個直流系統的心臟，在故障情況下為二次系統的正常運行提供動力。溫度對蓄電池的安全性、容量、壽命等方面均有重要影響。

（1）浮充電壓與溫度的關系：電池大部分時間是在浮充狀態下運行，在25℃時電池單體的浮充電壓為2.25V，為保證電池的性能，需要隨電池溫度的變化而改變浮充電壓。電池隨溫度而改變的浮充電壓補償數值可按-3.5mV/度/單體進行計算，如0℃時為2.34V；10℃時為2.31V；20℃時為2.27V，而現在的直流系統充電溫度補償功能大多形同虛設，溫度波動，但浮充電不變，長期處于這種狀態，對蓄電池的性能影響很大。

（2）電池設計壽命與溫度的關系：電池的設計壽命隨溫度而有所變化，溫度每升高10℃，浮充壽命減半。表1顯示了電池的設計浮充壽命，通過此表可以看出溫度對電池壽命的重大影響。

表1 蓄電池壽命、浮充電壓、溫度的關系

（3）運行溫度對電池容量的影響：在低溫時電池的容量隨溫度的升高而提高，然而過高的溫度也會對電池產生不利的影響，從而導致電池容量的下降，壽命縮短。

表2為電池在不同溫度下的有效放電容量與電池額定容量的比率（額定容量為25 ℃時，電池放電終止電壓1.80 V的條件下電池的10小時放電容量）。

表2 運行溫度對電池容量的影響

從上述充電電壓、溫度、壽命、容量的關系可以看出對于站內的蓄電池而言，如果溫度過高，電池壽命將銳減；但如果環境溫度過低，不但電池容量會減小，同時還要提升浮充(均充) 電壓，浮充( 均充) 電壓過高同樣會縮短電池的使用壽命，所以運行中蓄電池室要選擇一個適合的環境溫度。一般情況下，變電站蓄電池室對溫度的要求是：設備可在-40℃~+ 50℃的工作場所使用，但建議電池系統的環境溫度在15℃至35℃之間，蓄電池在25℃的溫度下運行性能最佳，一般情況下建議安裝空調，以保證電池具有更優良的性能及更長的服務周期。

1.2 變電站溫度控制存在的其他問題

變電站溫度控制還存在以下問題：（1）隨著設備集成化、智能化程度的提高，自動化通信設備中半導體元器件工作時會大量散熱，若降溫不及時，循環積累的熱量會加速設備老化，出現板卡、元件故障。（變電站內使用的柜式、懸掛式空調24小時不間斷運行，空調易死機。（2）運行人員在變電站內進行倒低壓工作后，需對站內所有低壓空開電源進行合閘，每臺空調需手動重新開機，并重新調整為制冷狀態，若遺漏此步驟，空調將無法正常工作。（3）變電站分布較廣，在巡視周期外，對于機房運行溫度運維人員無法實時掌握。溫度越限時，更無法遠程控制空調及時降溫，造成設備故障或處理故障時間延長，影響電力系統的生產運行。

因此盡快研制出低成本、高可靠性的變電站智能控溫系統并進行大面積推廣具有重要的現實意義。

2 變電站智能控溫系統的設計

2.1 變電站蓄電池室智能溫控系統運行原理

變電站蓄電池室智能溫控系統，主要是通過溫度傳感器監測蓄電池室內環境溫度，根據環境溫度，采用紅外信號發射對空調的運行模式和參數進行切換和控制。根據實際監測及變量附值情況，空調自動控制節能裝置設置了5 種不同的運行模式。

（1）待機模式：變電站內溫度適宜設備工作，空調通風系統不運行。

（2）制熱模式：變電站內溫度過低，對站內設備運行有不利影響時，空調系統運行于制熱工況。工作人員也可根據具體情況自行調節。

（3）排風模式：變電站外溫度較低，站內外溫度差值大, 通過換氣實現對站內溫度調節。

（4）制冷模式：變電站外溫度過高，無法通過換氣將站內溫度降低到合理程度時，空調系統運行于制冷工況。工作人員也可根據具體情況自行調節。

（5）除濕模式：利用空調本身的除濕功能，保證變電站室內設備對濕度的要求。

當環境溫度落在設定溫度范圍（比如25℃±2℃）以內，空調正常運行，如監測溫度高于設定范圍，將發出聲光報警，并通過網絡、短信的形式通知工作人員。此時室內環境溫度較高的原因主要有兩種：（1）空調故障/人為失誤，導致空調沒有運行；（2）環境原因導致空調制冷效果達不到預期。通過報警方式，可以提醒工作人員及時了掌握蓄電池室內溫度情況，空調運行狀況，并迅速作出反應，避免不必要的損失。當環境溫度低于設定溫度時，空調運行自動停止，僅進行排風，避免了不必要的制冷帶來的能源浪費。當環境溫度低于設定的預警低溫時，發出聲光報警并通過網絡、短信的形式通知工作人員。此時蓄電池室內由于氣候的原因，比如冬天氣溫過低，將影響蓄電池的容量，也就是供電能力，因此工作人員可以根據軟件控制平臺反饋的信息，重啟空調，進行制暖操作。

2.2 變電站蓄電池室智能溫控系統的構成

變電站蓄電池室智能溫控系統的硬件模塊包括：MCU 模塊、液晶觸摸屏、模擬量輸入模塊、繼電器輸出模塊、報警蜂鳴器與指示燈、空調接口、若干溫度傳感器、紅外發射管等。

2.3 變電站蓄電池室智能溫控系統的功能

變電站蓄電池室智能溫控系統既可以現場進行操作，也可以通過遠程客戶端進行操控。具有聲光報警功能，有利于現場工作人員進行故障解決，同時通過網絡/GPRS短信的形式發送到遠程客戶端，方便工作人員遠程操控，節約現場維護人員成本，有利于大規模的集成處理，提高工作效率。

采用多個高精度溫度傳感器，檢測精度為0.1℃，多個檢測點，避免了一個傳感器故障影響系統運行的可能。采用遙控器的紅外遙控碼的學習功能，可學習任何空調設備的紅外遙控器遙控碼，并儲存到本地的非易失性存儲器中，下次開機信息不丟失。

采用高可靠MCU微處理器控制溫度采集和紅外發射，實現對空調設備的智能控制，可自動發出啟動、停機、加溫、降溫等紅外遙控碼。紅外信號的發射功能，控制空調有效半徑范圍為5米。

在控制主機端安裝遠程控制軟件，主要實現變電站內監測點溫度實時顯示、溫度設定越限告警、空調遠程控制人機交互、控制指令發送反饋、運行日志及操作記錄等多個功能。在對空調進行控制時，可以設定開關機、運行模式、風速等，并通過溫度檢測窗口查看運行環境實時溫度，以便檢查空調調整后的溫度變化情況。

3 結束語

本文設計變電站蓄電池智能控溫系統一方面可以實現對空調運行的智能控制，避免了空調粗放式管理帶來的能源浪費，另一方面對直流系統中的蓄電池實現了有效保護，提高了蓄電池的性能和壽命，對提高直流系統的安全性起到促進作用，進一步的，智能控溫系統連接阿里云服務器，可以對管轄區域的所有變電站進行實施監控和遠程控制，可以節約大量的現場人工維護成本和時間，有效提高工作效率和質量，值得推廣。

[1]楊家豪,歐陽森,馮天瑞,石怡理.變電站空調器與照明用電及其節電潛力實例分析[J].電氣應用,2014,10:26-30.

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[3]吳雅楠,譚向紅,陳濤,王剛.空調遠程控制裝置在變電站中的應用[J].設計與分析,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

本方案為廣東電網有限責任公司東莞供電局職工創新項目成果（變電站蓄電池室溫度實時監測及遠程調控，項目編號：031900KK52170057）。