变电站蓄电池组均衡在线监测的研究
张凯 徐鹏越 秦三营
摘?要：蓄电池组是直流系统的重要组成部分，如果变电站直流系统的交流输入、充电模块出现故障而致使电力系统处于全停止状态时，蓄电池组能够为设备提供直流电源。因此，为对变电站蓄电池组的运行情况进行及时掌控，有必要对均衡在线监测系统进行研究。本文首先对变电站蓄电池组及其均衡在线监控系统进行了介绍，然后针对当前均衡在线监控系统存在问题提出了系统优化设计方案。
关键詞：变电站;蓄电池;在线监测
当前，变电站蓄电池均衡在线监测装置大多仅能实时采集部分数据信息，如蓄电池组、蓄电池单体电压过欠压、系统接地故障、监控单元故障等，而对于蓄电池温度、内阻等重要信息都无法采集，且因规约转换的限制，系统无法采集到全面信息上送到调度端，给运行维护人员的操作维护带来难度。
一、变电站蓄电池组及其均衡在线监控系统简介
（一）变电站蓄电池组
蓄电池组是独立于交流电系统的电源供应系统，在变电站内交流电源发生故障导致停电的情况下，通过蓄电池组的供电，就可以保障电网系统可靠而连续地供电。在日常运行过程中，蓄电池组电源保持电源满格状态，而到了合闸时就可以释放出大电流，也就是说，蓄电池组在充电状态时即是将以化学能的形式存储电能，而放电即是以电能的方式输出，在输出过程中需要将存储的化学能转换为电能。从这个意义上说，人们通常所说的充电、放电，指的就是蓄电池组的能量转换。在目前的技术条件下，铅酸蓄电池是变电站的首选。
（二）均衡在线监控系统
均衡在线监控系统的主要功能是自动监测蓄电池以及其他各单元系统的运行状态，并在运行过程中自动记录其运行信息、参数变化，如果蓄电池以及其他各单元系统出现故障，那么均衡在线监控系统就可以及时预警和维护。均衡在线监控系统由多个功能共同组成，除了主单元之外，还包括充电机、蓄电池等个功能单元。
1.充电机管理单元
整流电源模块的输出运行状态如何，是依靠充电机管理单元进行实时监测而得知，另外，如果输入输出而出现过欠压、短路现象，或者出现通信问题时，通过充电机管理单元的监测可以发出提示，从而确保整流电源模块的正常运行。
2.蓄电池巡检单元
蓄电池组中单个蓄电池都设定了固定的电压参数，它的运行状况，可以利用蓄电池巡检单元进行实时监测，如果单个蓄电池出现了参数异常，那么系统就会发出预警，维护人员根据预警信号进行检修即可。
3.绝缘监测单元
如果直流系统母线或支路出现故障，比如绝缘故障，那么，断路器、继电保护也就会出现故障，因为这种情况下的电压会出现偏移。直流母线电压是否处于正常运行状态，可通过绝缘监测单元的监测而得知，当线路绝缘低于设定的参数值，系统就会发出预警。
4.输入输出单元
在直流系统中，如果某一支路出现跳闸现象，或者连接开关发现了偏移现象，那么输入输出单元系统就会发出预警信息，这时，维修人员只要根据系统提示即可准确判断故障所在位置。
二、蓄电池组均衡在线监测系统存在的问题及其优化方案分析
（一）蓄电池组均衡在线监测系统存在的问题
目前，随着蓄电池组均衡在线监测系统在实践中的广泛应用，很多供电系统都采用无人值守的方式，对于每个变电站的蓄电池运行状况，调度中心只需要调阅均衡在线系统的数据信息便可清晰得知。然而，从目前的运行情况来看，蓄电池组均衡在线监测系统所获取的数据信息相对有限，除了常规的监测蓄电池情况以外，大多只能监测到熔丝、充电机、绝缘等几个方面的故障现象。而从蓄电池组的均衡监测情况来看，也只能监测蓄电池的电压、工作温度方面的数据信息，而对于单体内阻、连接条阻抗方面的信息无法实现在线监测，尤为重要的是，当前的监测系统对蓄电池的充放电流参数也无法监测，这在很大程度上增加了在线监测系统的风险隐患。
蓄电池的运行状态是否正常，在当前的技术条件下，行业大多是参考蓄电池内阻值这一指标进行判断，因为这一指标可以综合分析电池的完好性，可以准确计算蓄电池的容量。然而，在具体的操作过程发现，蓄电池内阻值在线监测存在很大的困难，不仅操作难度大，而且不同的生产厂家，其操作手段也各不相同，因此，往往会造成蓄电池实际的内阻值与在线监测的内阻值不相符的情况出现。
（二）蓄电池组均衡在线监测系统优化方案分析
如果无法对变电站运行中蓄电池的运行进行全方位的均衡在线监测，那么很容易形成蓄电池出现失效，只有对蓄电池单元的所有数据信息进行全面监测，比如参数异常情况、单体内阻情况、充放电情况等，都需要及时监测，才能在第一时间采取措施化解故障。
由于当前变电站蓄电池组均衡在线监测系统还存在诸多的问题，有必要对其进行优化设计，优化后的均衡在线监测系统不仅能监测蓄电池端电压、容量情况，还要及时监测其单体内阻、连接条阻抗、放电曲线、内阻等方面的准确信息。当然，这首先要对均衡在线监测系统对电压、温度、内阻值等设置相应的参数，在监测时，如果发现某一参数值发现改变，那么系统就能及时发出预警信息。在这种全方位的监测系统下，维修人员只要根据系统预警信息便可对蓄电池的故障现象准确定位并加以维护，从而提升电网系统的稳定性。在系统的技术支撑下，供电局主站的监控人员可以全面掌握各个变电站蓄电池运行情况，如果出现异常情况，主站的监控人员可以向变电站发出提示，所以，这也就大大减轻了变电站的工作量，相关工作人员省去了现场观测的工作程序，不仅如此，优化后系统还可以提高监测的准确性，从而消除蓄电池运行中的风险隐患。
三、变电站蓄电池均衡在线监控系统设计
（一）系统的功能设计
系统的功能不仅要对各变电站的蓄电池模块要进行全方位设计，更要重要的是实现调度主站对各变电站的在线监控。变电站内蓄电池运行情况，调度主站只要通过系统的查阅功能便可得知，然后将蓄电池的相关故障现象传送给变电站，那么维修人员便可根据调控中心反馈的信息采取针对的补救措施。在变电站无人值守的情况下，实现蓄电池运行状态的在线监测。
为了确保蓄电池均衡在线系统对数据信息的全面采集，并实现数据信息的远程传输，那么在系统设计需要综合考虑以下因素：一是对蓄电池的电压、电流方面的数据信息进行全面采集，如果蓄电池出现异常情况，系统能够准确显示出来，维修人员只要根据系统预警信息便可对设备进行维修。二是对蓄电池组内阻值进行准确监测，并能实现充放电试验，如果监测到异常情况，系统就能发出预警信息。另外，系统还能够实现远程遥控操作，对蓄电池组进行充放电，这就可以省去现场操作的工作量。三是要对各变电站蓄电池的运行参数进行合理设置。当蓄电池组单体串联之后，各单个蓄电池可能会因为存在电压差异，从而导致整个电池组不能正常运行，所以蓄电池的参数统一设置显得非常重要。
（二）系统的组网方案设计
为了综合监测蓄电池内部的充电模块、充放电模块、绝缘监测单元的运行情况，在每个变电站都须设置监控主机，并且监控主机要具备RS485通信功能，这不仅可以实现监控主机与监控中心的数据连接，而且可以自动采集分析蓄电池运行数据和相关参数。由于监控主机与局域网相连接，监控主机在对蓄电池的运行数据信息进行采集与分析之后，后台监控中心就可以接收到变电站蓄电池组的所有数据信息，从而使蓄电池的处于远程监控状态。目前，电力系统对均衡在线系统的搭建制定了相应的技术规范，也就是说，监控系统有实现远程通信功能，所以，大多会系统是接入RS485和太网通信接口，RS485通信接口可以确保变电站在线监控系统的通信功能，在具体设计中，只需要连接两根通信线，变电站蓄电池组的各个单元系统的数据信息便可实现有效传输;而太网通信接口则是要保证变电站与监控中心的网络处于联结状态。在均衡监控系统的通信方面还需要采用统一的规约，以实现变电站蓄电池组系统的“四遥”目标。
（三）系统的信号上送方案设计
目前，变电站蓄电池组并不会单独设置监控装置，各变电站与电力系统的监控系统的距离较远，在这种情况下，硬接点的接入方式远远无法适应数据传输的需要，为了实现站蓄电池组的数据信息顺利传输到监控中心，便要采用软报文的通信方式，这不仅可以确保监控中心正常接收变电站蓄电池组的通信信号，而且系统的维护也更为方便。一般来说，系统的信号上送采用数据流向单一的方式，这种上传方式没有中间过渡环节，信号直接由源端综合监控主机上，在具体设计方面，监控主机需要增加104规约模块，同时规约转换器配置104规约（主站端），监控主机需要加装modbus协议程序，把采集到的信号用104规约上传到规约转换器，规约转换器把收到的信号经站控层网络（103规约）转发到远动装置，再由远动装置把信号上送到地调主站。监控中心接收到变电站蓄电池的信息之后，便可实现对设备运行情况的实时监测，而且监控中心还具有信息显示、查询、预警功能，如果变电站蓄电池组运行不稳定，那么系统就会自动发出预警信号。
四、结语
通过分析变电站蓄电池的均衡在线监測运行、维护管理所存在的问题，提出了一种能综合蓄电池内阻、蓄电池端电压、蓄电池连接条压降、蓄电池运行环境温度、蓄电池充放电数据等对蓄电池组运行状态进行有效判断的，并能对蓄电池远程控制、维护与试验的在线监控系统，并设计了系统的结构、组网方案以及信号上送方案。
参考文献：
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[3]王璐.变电站蓄电池组电压主动均衡维护装置的研制与应用[J].机电信息，2019（36）：61+63.
作者简介：张凯（1989—?），男，汉族，河南虞城人，硕士研究生，电力工程师，研究方向：电力系统;徐鹏越（1989—?），男，汉族，河南信阳人，本科，电力工程师，研究方向：电力系统;秦三营（1977—?），男，汉族，河南兰考人，本科，高级工程师，研究方向：电力系统。
