變電站蓄電池組均衡在線監測的研究

張凱 徐鵬越 秦三營

摘?要：蓄電池組是直流系統的重要組成部分，如果變電站直流系統的交流輸入、充電模塊出現故障而致使電力系統處于全停止狀態時，蓄電池組能夠為設備提供直流電源。因此，為對變電站蓄電池組的運行情況進行及時掌控，有必要對均衡在線監測系統進行研究。本文首先對變電站蓄電池組及其均衡在線監控系統進行了介紹，然后針對當前均衡在線監控系統存在問題提出了系統優化設計方案。

關鍵詞：變電站;蓄電池;在線監測

當前，變電站蓄電池均衡在線監測裝置大多僅能實時采集部分數據信息，如蓄電池組、蓄電池單體電壓過欠壓、系統接地故障、監控單元故障等，而對于蓄電池溫度、內阻等重要信息都無法采集，且因規約轉換的限制，系統無法采集到全面信息上送到調度端，給運行維護人員的操作維護帶來難度。

一、變電站蓄電池組及其均衡在線監控系統簡介

（一）變電站蓄電池組

蓄電池組是獨立于交流電系統的電源供應系統，在變電站內交流電源發生故障導致停電的情況下，通過蓄電池組的供電，就可以保障電網系統可靠而連續地供電。在日常運行過程中，蓄電池組電源保持電源滿格狀態，而到了合閘時就可以釋放出大電流，也就是說，蓄電池組在充電狀態時即是將以化學能的形式存儲電能，而放電即是以電能的方式輸出，在輸出過程中需要將存儲的化學能轉換為電能。從這個意義上說，人們通常所說的充電、放電，指的就是蓄電池組的能量轉換。在目前的技術條件下，鉛酸蓄電池是變電站的首選。

（二）均衡在線監控系統

均衡在線監控系統的主要功能是自動監測蓄電池以及其他各單元系統的運行狀態，并在運行過程中自動記錄其運行信息、參數變化，如果蓄電池以及其他各單元系統出現故障，那么均衡在線監控系統就可以及時預警和維護。均衡在線監控系統由多個功能共同組成，除了主單元之外，還包括充電機、蓄電池等個功能單元。

1.充電機管理單元

整流電源模塊的輸出運行狀態如何，是依靠充電機管理單元進行實時監測而得知，另外，如果輸入輸出而出現過欠壓、短路現象，或者出現通信問題時，通過充電機管理單元的監測可以發出提示，從而確保整流電源模塊的正常運行。

2.蓄電池巡檢單元

蓄電池組中單個蓄電池都設定了固定的電壓參數，它的運行狀況，可以利用蓄電池巡檢單元進行實時監測，如果單個蓄電池出現了參數異常，那么系統就會發出預警，維護人員根據預警信號進行檢修即可。

3.絕緣監測單元

如果直流系統母線或支路出現故障，比如絕緣故障，那么，斷路器、繼電保護也就會出現故障，因為這種情況下的電壓會出現偏移。直流母線電壓是否處于正常運行狀態，可通過絕緣監測單元的監測而得知，當線路絕緣低于設定的參數值，系統就會發出預警。

4.輸入輸出單元

在直流系統中，如果某一支路出現跳閘現象，或者連接開關發現了偏移現象，那么輸入輸出單元系統就會發出預警信息，這時，維修人員只要根據系統提示即可準確判斷故障所在位置。

二、蓄電池組均衡在線監測系統存在的問題及其優化方案分析

（一）蓄電池組均衡在線監測系統存在的問題

目前，隨著蓄電池組均衡在線監測系統在實踐中的廣泛應用，很多供電系統都采用無人值守的方式，對于每個變電站的蓄電池運行狀況，調度中心只需要調閱均衡在線系統的數據信息便可清晰得知。然而，從目前的運行情況來看，蓄電池組均衡在線監測系統所獲取的數據信息相對有限，除了常規的監測蓄電池情況以外，大多只能監測到熔絲、充電機、絕緣等幾個方面的故障現象。而從蓄電池組的均衡監測情況來看，也只能監測蓄電池的電壓、工作溫度方面的數據信息，而對于單體內阻、連接條阻抗方面的信息無法實現在線監測，尤為重要的是，當前的監測系統對蓄電池的充放電流參數也無法監測，這在很大程度上增加了在線監測系統的風險隱患。

蓄電池的運行狀態是否正常，在當前的技術條件下，行業大多是參考蓄電池內阻值這一指標進行判斷，因為這一指標可以綜合分析電池的完好性，可以準確計算蓄電池的容量。然而，在具體的操作過程發現，蓄電池內阻值在線監測存在很大的困難，不僅操作難度大，而且不同的生產廠家，其操作手段也各不相同，因此，往往會造成蓄電池實際的內阻值與在線監測的內阻值不相符的情況出現。

（二）蓄電池組均衡在線監測系統優化方案分析

如果無法對變電站運行中蓄電池的運行進行全方位的均衡在線監測，那么很容易形成蓄電池出現失效，只有對蓄電池單元的所有數據信息進行全面監測，比如參數異常情況、單體內阻情況、充放電情況等，都需要及時監測，才能在第一時間采取措施化解故障。

由于當前變電站蓄電池組均衡在線監測系統還存在諸多的問題，有必要對其進行優化設計，優化后的均衡在線監測系統不僅能監測蓄電池端電壓、容量情況，還要及時監測其單體內阻、連接條阻抗、放電曲線、內阻等方面的準確信息。當然，這首先要對均衡在線監測系統對電壓、溫度、內阻值等設置相應的參數，在監測時，如果發現某一參數值發現改變，那么系統就能及時發出預警信息。在這種全方位的監測系統下，維修人員只要根據系統預警信息便可對蓄電池的故障現象準確定位并加以維護，從而提升電網系統的穩定性。在系統的技術支撐下，供電局主站的監控人員可以全面掌握各個變電站蓄電池運行情況，如果出現異常情況，主站的監控人員可以向變電站發出提示，所以，這也就大大減輕了變電站的工作量，相關工作人員省去了現場觀測的工作程序，不僅如此，優化后系統還可以提高監測的準確性，從而消除蓄電池運行中的風險隱患。

三、變電站蓄電池均衡在線監控系統設計

（一）系統的功能設計

系統的功能不僅要對各變電站的蓄電池模塊要進行全方位設計，更要重要的是實現調度主站對各變電站的在線監控。變電站內蓄電池運行情況，調度主站只要通過系統的查閱功能便可得知，然后將蓄電池的相關故障現象傳送給變電站，那么維修人員便可根據調控中心反饋的信息采取針對的補救措施。在變電站無人值守的情況下，實現蓄電池運行狀態的在線監測。

為了確保蓄電池均衡在線系統對數據信息的全面采集，并實現數據信息的遠程傳輸，那么在系統設計需要綜合考慮以下因素：一是對蓄電池的電壓、電流方面的數據信息進行全面采集，如果蓄電池出現異常情況，系統能夠準確顯示出來，維修人員只要根據系統預警信息便可對設備進行維修。二是對蓄電池組內阻值進行準確監測，并能實現充放電試驗，如果監測到異常情況，系統就能發出預警信息。另外，系統還能夠實現遠程遙控操作，對蓄電池組進行充放電，這就可以省去現場操作的工作量。三是要對各變電站蓄電池的運行參數進行合理設置。當蓄電池組單體串聯之后，各單個蓄電池可能會因為存在電壓差異，從而導致整個電池組不能正常運行，所以蓄電池的參數統一設置顯得非常重要。

（二）系統的組網方案設計

為了綜合監測蓄電池內部的充電模塊、充放電模塊、絕緣監測單元的運行情況，在每個變電站都須設置監控主機，并且監控主機要具備RS485通信功能，這不僅可以實現監控主機與監控中心的數據連接，而且可以自動采集分析蓄電池運行數據和相關參數。由于監控主機與局域網相連接，監控主機在對蓄電池的運行數據信息進行采集與分析之后，后臺監控中心就可以接收到變電站蓄電池組的所有數據信息，從而使蓄電池的處于遠程監控狀態。目前，電力系統對均衡在線系統的搭建制定了相應的技術規范，也就是說，監控系統有實現遠程通信功能，所以，大多會系統是接入RS485和太網通信接口，RS485通信接口可以確保變電站在線監控系統的通信功能，在具體設計中，只需要連接兩根通信線，變電站蓄電池組的各個單元系統的數據信息便可實現有效傳輸;而太網通信接口則是要保證變電站與監控中心的網絡處于聯結狀態。在均衡監控系統的通信方面還需要采用統一的規約，以實現變電站蓄電池組系統的“四遙”目標。

（三）系統的信號上送方案設計

目前，變電站蓄電池組并不會單獨設置監控裝置，各變電站與電力系統的監控系統的距離較遠，在這種情況下，硬接點的接入方式遠遠無法適應數據傳輸的需要，為了實現站蓄電池組的數據信息順利傳輸到監控中心，便要采用軟報文的通信方式，這不僅可以確保監控中心正常接收變電站蓄電池組的通信信號，而且系統的維護也更為方便。一般來說，系統的信號上送采用數據流向單一的方式，這種上傳方式沒有中間過渡環節，信號直接由源端綜合監控主機上，在具體設計方面，監控主機需要增加104規約模塊，同時規約轉換器配置104規約（主站端），監控主機需要加裝modbus協議程序，把采集到的信號用104規約上傳到規約轉換器，規約轉換器把收到的信號經站控層網絡（103規約）轉發到遠動裝置，再由遠動裝置把信號上送到地調主站。監控中心接收到變電站蓄電池的信息之后，便可實現對設備運行情況的實時監測，而且監控中心還具有信息顯示、查詢、預警功能，如果變電站蓄電池組運行不穩定，那么系統就會自動發出預警信號。

四、結語

通過分析變電站蓄電池的均衡在線監測運行、維護管理所存在的問題，提出了一種能綜合蓄電池內阻、蓄電池端電壓、蓄電池連接條壓降、蓄電池運行環境溫度、蓄電池充放電數據等對蓄電池組運行狀態進行有效判斷的，并能對蓄電池遠程控制、維護與試驗的在線監控系統，并設計了系統的結構、組網方案以及信號上送方案。

參考文獻：

[1]王國忠.變電站蓄電池遠程在線維護管理系統研究及應用[J].電力設備管理，2020（05）：124-125+144.

[2]熊惠敏.蓄電池遠程智能節能運維系統研究及價值分析[J].江西電力，2020，44（04）：7-10.

[3]王璐.變電站蓄電池組電壓主動均衡維護裝置的研制與應用[J].機電信息，2019（36）：61+63.

作者簡介：張凱（1989—?），男，漢族，河南虞城人，碩士研究生，電力工程師，研究方向：電力系統;徐鵬越（1989—?），男，漢族，河南信陽人，本科，電力工程師，研究方向：電力系統;秦三營（1977—?），男，漢族，河南蘭考人，本科，高級工程師，研究方向：電力系統。