陳玉輝，楊辰飆，姜 雯

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

變電站直流電源系統(tǒng)作為變電站內(nèi)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)裝置、斷路器的控制電源和事故照明電源，是變電站二次系統(tǒng)的核心設(shè)備，是保證變電站全停時(shí)正確隔離故障的關(guān)鍵。隨著國家對(duì)智能電網(wǎng)的大力推廣建設(shè)，電網(wǎng)對(duì)蓄電池的成本也提出了更多要求，蓄電池的平均壽命及平均無故障時(shí)間已經(jīng)呈現(xiàn)出縮短趨勢；另外，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，變電站的數(shù)量日漸龐大，變電站運(yùn)維模式也已經(jīng)調(diào)整為無人值班，運(yùn)維和檢修人員數(shù)量明顯減少，這對(duì)準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握變電站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況提出了更高要求，迫切需要引進(jìn)智能硬件和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能在線健康管理。

現(xiàn)有的蓄電池組維護(hù)方式存在以下幾方面缺陷:(1)定檢間隔太長：每年一次的核容試驗(yàn)，無法提前篩選出某些快速衰退的蓄電池組，甚至導(dǎo)致很多設(shè)計(jì)壽命為10年的蓄電池組不得不提前到4～5年報(bào)廢；(2)定檢技術(shù)落后：傳統(tǒng)的蓄電池周期性運(yùn)維檢修模式，不但自動(dòng)化程度不高(技術(shù)落后、有火災(zāi)隱患)、工作量大、放電時(shí)間長，而且無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池容量不足、蓄電池開路等潛在隱患；(3)原有在線系統(tǒng)局限性：原有的蓄電池在線監(jiān)測裝置或系統(tǒng)，只能實(shí)現(xiàn)基本的電壓監(jiān)測功能，無法實(shí)現(xiàn)故障預(yù)判等高級(jí)功能，不能分別針對(duì)蓄電池的健康狀況進(jìn)行分類管理和重點(diǎn)監(jiān)控，需要在便攜測試設(shè)備上人工分析、處理、轉(zhuǎn)發(fā)再生成報(bào)告報(bào)表，不能滿足現(xiàn)在智能變電站對(duì)狀態(tài)檢修的要求。因此，需要研究基于網(wǎng)絡(luò)的信息流傳輸通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)采集、及時(shí)傳輸、及時(shí)分析、及時(shí)通知。

本文研究的在線健康管理系統(tǒng)依托現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)蓄電池組故障的快速篩查、蓄電池組在線維護(hù)、蓄電池組在線活化工作的一鍵式操作；實(shí)現(xiàn)蓄電池信息分級(jí)推送、痕跡化管理、數(shù)據(jù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)、報(bào)表自動(dòng)生成、現(xiàn)場知識(shí)庫查詢，實(shí)現(xiàn)蓄電池在線管理系統(tǒng)先進(jìn)性和實(shí)用性的目標(biāo)，能夠?yàn)闊o人值守變電站直流蓄電池組的運(yùn)行、監(jiān)測、維護(hù)、施工、搶修等措施提供決策。

1 蓄電池在線健康管理系統(tǒng)功能單元設(shè)計(jì)

蓄電池在線健康管理系統(tǒng)框圖見圖1，包括3個(gè)核心功能單元：智能監(jiān)測終端(采集單元)、智能維護(hù)終端與在線健康管理系統(tǒng)平臺(tái)。

圖1 蓄電池在線健康管理系統(tǒng)框圖

1.1 智能監(jiān)測終端

智能監(jiān)測終端作為在線健康管理系統(tǒng)的關(guān)鍵單元，其主要功能是對(duì)電池組的單體電壓、組電壓、電流、電池溫度等信息進(jìn)行采集和計(jì)算，并通過總線將狀態(tài)參數(shù)上傳給服務(wù)器，最終在線管理系統(tǒng)軟件對(duì)各參數(shù)進(jìn)行綜合分析計(jì)算和評(píng)判，并結(jié)合智能維護(hù)終端提供的電池組參數(shù)信息，綜合計(jì)算出各電池及電池組的健康狀況。圖2為智能監(jiān)測終端的系統(tǒng)框圖。

圖2 智能監(jiān)測終端的系統(tǒng)框圖

1.2 智能維護(hù)終端

圖3是智能維護(hù)終端與直流電源系統(tǒng)的連線示意圖。要滿足無人值守模式下，系統(tǒng)安全，設(shè)備安全及同時(shí)有效地完成測試工作，智能在線維護(hù)裝置必須具備以下功能和特點(diǎn)。

圖3 智能維護(hù)終端與直流電源系統(tǒng)的連線

(1)放電功能。將“在線維護(hù)設(shè)備”一次性接入被測試的蓄電池組中，讓蓄電池組在線對(duì)設(shè)備放電測試，在保證系統(tǒng)安全的前提下有效地檢測蓄電池供電特征。

(2)充電功能。通過調(diào)整充電電流大小，實(shí)現(xiàn)蓄電池組充電過程可控，避免因?yàn)檫^充造成電池失水、熱失控等人為損壞，并實(shí)現(xiàn)充電過程有效監(jiān)測。

(3)安全功能。測試過程確保母線電壓穩(wěn)定確保直流系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，測試過程不發(fā)熱消除了火災(zāi)隱患，具備電池組單體電壓、端電壓監(jiān)測及電壓超限保護(hù)、報(bào)警功能。

(4)告警功能。具有電壓巡檢、內(nèi)阻巡檢的報(bào)警功能。

(5)保護(hù)功能。具備電池組電壓、單體電壓、端電壓檢測及電壓超限保護(hù)、報(bào)警功能。

(6)操作簡單?！爸悄苎b置”測試過程提供一鍵式操作，簡便可靠，測試工作安全性高，單人即可輕松測試。

1.3 在線健康管理系統(tǒng)

1.3.1嚴(yán)格規(guī)范管理員制度

系統(tǒng)接入省公司“智能運(yùn)檢管控平臺(tái)(孤網(wǎng)運(yùn)行)”，按平臺(tái)管控要求，自動(dòng)建立維護(hù)人員時(shí)間段的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)，值班時(shí)遇到的報(bào)警等信息。同時(shí)，值班人員在值班期間對(duì)系統(tǒng)的所有操作都自動(dòng)記錄在值班日志中(見圖4)。

1.3.2平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控

圖4 智能運(yùn)檢管控平臺(tái)(孤網(wǎng)運(yùn)行)

本管理系統(tǒng)平臺(tái)依托互聯(lián)網(wǎng)的VPN技術(shù)，把分布各地的設(shè)備資源整合在統(tǒng)一的平臺(tái)上，構(gòu)成集中式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系。系統(tǒng)提供各種功能模塊，管理系統(tǒng)平臺(tái)所有的設(shè)備與其他的管理服務(wù)器進(jìn)行通信和同步，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要包括了節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行工況、運(yùn)行狀態(tài)等功能模塊。

1.3.3實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控

系統(tǒng)通過智能監(jiān)測維護(hù)裝置，對(duì)變電站蓄電池組運(yùn)行的過程進(jìn)行遠(yuǎn)程同步監(jiān)控，實(shí)時(shí)查詢電池組的電流、電壓、溫度、浮充、均充等狀態(tài)，并結(jié)合電力運(yùn)行的相關(guān)技術(shù)，智能化的運(yùn)算，同步動(dòng)態(tài)模擬展示蓄電池的運(yùn)行工況(見圖5)。

系統(tǒng)還提供了多畫面展現(xiàn)、實(shí)時(shí)曲線、事項(xiàng)告警、語音播報(bào)、短信通知等實(shí)時(shí)監(jiān)控輔助化功能，通過一系列的功能事項(xiàng)構(gòu)成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控體系。

1.3.4運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

運(yùn)行維護(hù)是為了保證電站蓄電池組安全穩(wěn)定運(yùn)行、可靠供電、各類電力生產(chǎn)工作有序進(jìn)行而采用的一種有效管理手段。

圖5 電池組實(shí)時(shí)狀態(tài)

依據(jù)各類信息采集設(shè)備反饋回來的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合直流系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、內(nèi)阻、在線放電時(shí)間、系統(tǒng)負(fù)荷等，綜合考慮生產(chǎn)工作開展情況，對(duì)蓄電池組健康、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，輔助管理人員、現(xiàn)場維護(hù)人員進(jìn)行健康分析，如啟動(dòng)蓄電池測試、進(jìn)行蓄電池活化、進(jìn)行蓄電池更換，從而確保變電站持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

通過本系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，并結(jié)合以下測試方法，可高效準(zhǔn)確地分析剔除出劣化電池。

(1)快速測試：遠(yuǎn)程批量處理各電池組狀態(tài)信息，30 min即可發(fā)現(xiàn)劣化電池，并分析剔除出來。

(2)均充充電測試：在對(duì)電池組充電過程中，通過獨(dú)立的算法分析，驗(yàn)證出電池的劣化程度。

1.3.5歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)提供完備的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)分布式、多樣化的存儲(chǔ)手段。

依托完備的歷史數(shù)據(jù)，提供各種方式的數(shù)據(jù)查詢、輔助系統(tǒng)決策、人工智能等，包含了電壓歷史曲線、內(nèi)阻歷史曲線、供電時(shí)間、充電時(shí)間、健康分析、同比分析等多項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)分析報(bào)表。

除了固定的分析報(bào)表外，系統(tǒng)支持用戶自定義報(bào)表的強(qiáng)大功能。用戶根據(jù)業(yè)務(wù)需要制定報(bào)表模版，導(dǎo)入系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)用戶的模版自動(dòng)生成報(bào)表文件，支持在線瀏覽及Excel方式導(dǎo)出。

1.3.6健康分析

系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確地采集廠站端的數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)分析蓄電池運(yùn)行狀況，輔助系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，適時(shí)啟動(dòng)在線維護(hù)方案，根據(jù)廠站端智能維護(hù)終端按照設(shè)定程序的維護(hù)動(dòng)作，蓄電池組的最新運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)入后臺(tái)管理決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線計(jì)量、監(jiān)測、分析等功能。

系統(tǒng)提供了在線監(jiān)測、在線維護(hù)、在線活化等多樣的功能，并提供科學(xué)、有效地實(shí)時(shí)管控手段，是精細(xì)化、智能化、現(xiàn)代化的蓄電池健康管理不可或缺的重要保障。

1.3.7智能運(yùn)維

對(duì)異常事件的過程處理，并對(duì)出現(xiàn)的頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并提供異常事件報(bào)表，是系統(tǒng)智能運(yùn)維的特色。

2 蓄電池在線健康管理系統(tǒng)對(duì)智能化變電站的現(xiàn)實(shí)意義

(1)成本優(yōu)勢。通過使用蓄電池在線健康管理系統(tǒng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站開關(guān)站蓄電池日常巡檢和定期維護(hù)自動(dòng)化和后臺(tái)數(shù)據(jù)分析智能化，減輕90%的維護(hù)工作量，人工費(fèi)用和車輛費(fèi)用也大大減少。蓄電池在線管理系統(tǒng)的投入使用，減小了因個(gè)別蓄電池劣化而造成整組蓄電池?fù)p壞的可能，相應(yīng)延長了蓄電池的使用壽命。

(2)效率優(yōu)勢。通過蓄電池在線健康管理技術(shù)，使得原先可能需要一個(gè)運(yùn)維部門，精簡到只需一個(gè)人即可完成電力系統(tǒng)日常檢修工作，進(jìn)一步提升工作效率，減輕運(yùn)維壓力。

(3)準(zhǔn)確性優(yōu)勢。傳統(tǒng)的蓄電池組的容量測試和內(nèi)阻測試，對(duì)巡檢維護(hù)人員有一定的技術(shù)要求，操作方法和方式的熟練掌握程度，以及每個(gè)直流供電系統(tǒng)相對(duì)差異化的架構(gòu)，都直接影響到最終的監(jiān)測結(jié)果；基于在線健康管理系統(tǒng)，只需按照標(biāo)準(zhǔn)的測試流程，幾步操作即可準(zhǔn)確完成對(duì)各電池組狀態(tài)信息的測試。

(4)專業(yè)性優(yōu)勢。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)蓄電池組參數(shù)監(jiān)測和維護(hù)的技術(shù)也會(huì)不斷提升，背靠專業(yè)團(tuán)隊(duì)的運(yùn)營和維護(hù)，可享受到最新科技帶來的技術(shù)體驗(yàn)。

(5)安全優(yōu)勢。蓄電池在線管理系統(tǒng)的投入使用，可以遠(yuǎn)程完成蓄電池參數(shù)的檢測，無需人工到現(xiàn)場測量和接線，減少了人員傷害事故發(fā)生的可能性，同時(shí)也避免了現(xiàn)場由于檢測造成設(shè)備損壞的可能性。

3 結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)的不斷深化發(fā)展，無人值守變電站中的直流系統(tǒng)越來越重要，智能化程度也越來越高。同時(shí)，也對(duì)蓄電池維護(hù)和管理的自診斷能力、自愈能力、集成能力、預(yù)測能力等方面也提出了更高要求。

蓄電池在線健康管理系統(tǒng)具有功能模塊化，監(jiān)測維護(hù)智能化、數(shù)據(jù)分析網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)蓄電池組狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，并且具備對(duì)電池組遠(yuǎn)程容量測試和內(nèi)阻測試的功能，同時(shí)通過對(duì)蓄電池組的電壓、電流、溫度、浮充、均充等狀態(tài)參數(shù)信息的大數(shù)據(jù)采集和計(jì)算分析，快速準(zhǔn)確地開出各蓄電池組全面健康體檢報(bào)告，使變電站運(yùn)維管理人員可更便捷、高效地甄別出各站點(diǎn)直流電源供電系統(tǒng)的健康狀態(tài)，以便及時(shí)有效地對(duì)其進(jìn)行檢修和更換處理，保證供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定；并且本系統(tǒng)具備“N-1”系統(tǒng)災(zāi)備及恢復(fù)能力的高可靠性，存儲(chǔ)無限擴(kuò)充可伸縮性，運(yùn)行與用戶資源動(dòng)態(tài)優(yōu)化的最優(yōu)化性，采用PC服務(wù)器陣列，更經(jīng)濟(jì)的低成本性，跨平臺(tái)移動(dòng)互聯(lián)，各類智能設(shè)備接入，無處不在的訪問高便利性等特性，具備極強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，為推進(jìn)智能電網(wǎng)直流電源在線系統(tǒng)的智能化、高效化、無人化提供有力的技術(shù)和方案支撐。