蓄電池安全健康預警管理系統分析和在地鐵車站的應用

冼朔

（北京市地鐵運營有限公司機電分公司 北京市 100043）

隨著國內城市軌道交通的迅速發展和地鐵建設步伐加快，作為地鐵特別重要負荷的第三路后備電源—電源裝置應用得越來越多，而電源裝置是否正常、安全運行的核心部件---蓄電池組的狀態顯得尤為重要。

現有檢測技術中，蓄電池管理系統在測試電池參數上顯得單一，簡單的通過監測池電壓和環境溫度來判斷電池狀態；而大量實踐證明電池電壓并不能有效的反映電池的健康狀況，環境溫度也不能代表電池內部體溫，無法第一時間發現蓄電池的運行、故障狀態，不能探測到電池內部安全風險，更無法得出趨勢預警。

因此，對蓄電池的安全健康狀態智慧化運營維護非常有必要。

1 蓄電池安全健康預警管理系統簡介

現在多數對蓄電池進行監測的系統設備僅可監測蓄電池的電壓，無法對蓄電池的內阻進行監測，且為了解蓄電池的電壓、溫度，蓄電池需要定期人工巡檢。由于人工巡檢有一定的間隔時間，在間隔期內當電池出現故障時，不能有效地提醒、傳遞給運維人員，會造成故障不能及時發現和排除，成為一種隱患。

蓄電池安全健康預警管理系統通過直接安裝在蓄電池殼體并從電池電極取電的監測模塊，監測蓄電池的電壓、極柱溫度、內阻、電流，預測蓄電池性能是否滿足運營條件，且電池可實現在線均衡調節，防止電池過充、欠充，讓每節蓄電池的電壓、內阻都處于標準值內，并對電池進行補充電、激活，很大程度延長了蓄電池的使用壽命，減少了運營成本。

2 蓄電池安全健康預警管理系統架構體系

蓄電池安全健康預警管理系統架構體系采用三級監測體系，由數據采集層、監測層和中心管理層組成。

2.1 數據采集層

數據采集層的運行實體是安裝于蓄電池附近的信號采集單元，即終端模塊，它具有多路輸入通道，可將蓄電池上采集模塊單元的信號進行集中采集并轉換為數字化數據，并進行傳輸。信號采集單元的功能由設備狀態采集分析器及網絡連接轉換器實現，它們負責原始信號的預處理、系統監測點信息的收集。

2.2 監測層

監測層由蓄電池監測主機和網絡組成，通過網絡互聯技術，實時監測設備運行狀態和數據，可以實時監測數據，通過手機、平板電腦和大屏顯示系統查詢和監測，并通過通信網絡將匯集數據傳送至中心服務器。

2.3 中心管理層

圖1：遠程監測人機界面

圖2：就地級監測主機及監測界面

圖3：單體電池各參數的趨勢曲線

表1：監測蓄電池明細表

圖4：動照配電室（112）施工安裝圖紙

中心管理層由服務器、工作站和管理信息系統組成。它與現場采集層的采集單元進行連接、獲取數據、信息交互。對采集到的數據進行匯集、存儲、分析，運用智能分析算法進行蓄電池安全狀態的診斷預警，并提供與外部系統的接口。

3 蓄電池安全健康預警系統功能

3.1 就地、遠程監視功能

通過系統現場數據采集層、監視管理層實現對蓄電池狀態就地級、遠程的監視功能。如圖1 和圖2 所示。

3.2 實時監測參數狀態

系統可實時監測蓄電池的單體電壓、電流、單體內阻、極柱溫度，并能形成運行趨勢曲線。如圖3 所示。

3.3 預警、報警、后臺管理功能

系統提供對蓄電池監視的人機界面，能實時對電池的運行狀態進行監測，如出現異常情況、故障情況會預警、報警，且可進行歷史查詢、數據導出等后臺管理功能。

3.4 自動調節電壓均衡功能

蓄電池上安裝的監測單元實時采集電池的電壓，當電池的電壓值與其它電池電壓值產生偏差值，且大于設定值時，將自動分別對單塊電池進行放電和充電，直至電壓的偏差值達到設定值內，使電池在相近的電壓、內阻狀態下，調節電池系統的各個電池之間的均衡性，防止因蓄電池過充或欠充導致蓄電池組快速老化，以此來延長電池使用壽命，減少電池維護成本。

3.5 自動派單功能

可及時將蓄電池故障信息通過云端推送至管理者的手機終端，確保故障處理的時效性。并根據設備故障信息，自動定位運維人員的位置，自動派單到就近的運維人員。

4 在地鐵車站內的應用分析

為了驗證蓄電池安全健康預警管理系統實際應用效果，選取北京地鐵6 號線西延田村站進行了試點安裝、調試、以及試運行。經過現場勘查，技術方案、施工方案的制定、審查，最終確定在田村站4 個照明配電間及1 個屏蔽門控制室內對123 組蓄電池安裝蓄電池安全健康預警管理系統，并設置了就地級（6 號線維修部）、線路級（6 號線項目部）兩級蓄電池在線管理中心。如圖4 所示。

如表1 所示，安裝、調試完成后，能監測蓄電池的電壓、極柱溫度、內阻，并通過就地電池管理主機實現實時監測并傳輸至服務器，在服務器端開發專用算法對上述參數進行分析、診斷、評價，提供蓄電池安全健康狀態監測的實時信息，為主動維護主動安全提供基礎參數和數據，實現從人工巡檢到數字化實時監測的轉變，從而實現從“計劃修”到“狀態修”。

同時，建立了一套具有“現場級、項目部級、中心級”三級監視的蓄電池在線監測系統，通過監測蓄電池的物理參數，并定期形成健康報表，通過云端推送到運維人員的手機終端，告知運維人員“檢測什么？更換什么？”，減少甚至免去人工巡檢，實現降本增效；此外，系統還具備自動充放電、自動派單等功能，真正實現智慧運維。

5 小結

通過對蓄電池安全健康預警管理系統的分析和在北京地鐵6 號線西延線田村站的探索應用，充分表明該系統能有效實現蓄電池狀態的實時監測、故障報警、后臺管理等功能，從而達到對蓄電池進行高效的在線監測管理。此外，通過對采集的蓄電池監測數據進行大數據積累和分析，還可以為城市軌道交通蓄電池安全健康監測預警管理系統提供數據支持，達到多維度安全數據融合，對設備使用、維護進行高度集成化、信息化、智慧化管理，成為地鐵智慧運維的重要組成部分。