王碩, 馬海,秦川,王偉

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100)

1 蓄電池核對性放電試驗工作

變電站站用直流系統(tǒng)作為各類電氣設備的控制、保護電源以及合閘回路動力電源，是變電站設備正常安全運行的重要基礎[1]。蓄電池組作為其關鍵組件，便顯得非常重要，正常運行時，蓄電池組作為站用直流系統(tǒng)應急備用電源，經(jīng)常處于浮充電狀態(tài)[2]；而當變電站站用交流失去或充電機故障時，蓄電池組迅速投入系統(tǒng)，提供站內所有直流負荷的供電[3]，所以蓄電池組也被稱為變電站直流系統(tǒng)的最后一道屏障[4]，若蓄電池組維護不及時有可能造成變電站全站失壓的風險。蓄電池核對性放電試驗，是目前檢測蓄電池組現(xiàn)有容量是否滿足要求，能否在充電裝置失壓后提供足夠的控制、保護及動力電源的基本方法，然而傳統(tǒng)蓄電池組核對性放電試驗工作存在以下弊端：

(1)蓄電池組節(jié)數(shù)多為104節(jié)或108節(jié)，蓄電池核對性放電試驗中，工作人員現(xiàn)場需在10 h內定時查看記錄數(shù)據(jù)，完成1次數(shù)據(jù)記錄大概需要10 min左右，定時查看放電數(shù)據(jù)難以做到對各項數(shù)據(jù)及時監(jiān)測，故不能及時發(fā)現(xiàn)并處理故障，有可能在核對性放電試驗中損害蓄電池組的健康狀況。

(2) 按規(guī)定蓄電池核對性放電試驗工作放電電流0.1IC,導致放電時間長達10 h，且全過程需工作人員在變電站監(jiān)視放電過程，工作人員長時間且頻繁往返于主控室與放電設備處，造成工作人員精神壓力大，工作疲憊等現(xiàn)象。

基于上述分析，為提高變電站直流系統(tǒng)的運維效率，結合變電站站用直流系統(tǒng)實際工作情況，國網(wǎng)吳忠供電公司設計研制了智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置。

2 智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置的研制

智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置由3部分構成：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集感知裝置、物聯(lián)網(wǎng)云平臺、互聯(lián)網(wǎng)手機客戶端。

智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置基于ARM9內核處理器進行開發(fā)，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)3層架構可以分為感知層、應用層、網(wǎng)絡層[5]，其3層架構如圖1所示。

圖1 智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置架構

2.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集感知裝置的研制

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集感知裝置用來實現(xiàn)對變電站設備的智能感知識別、信息采集處理和自動控制[6]。由蓄電池組單體電壓采集裝置、放電啟停信號采集裝置、場站ID二維碼、規(guī)約轉換裝置、通信模塊組成。

以感知層處理器為核心，其余模塊在感知層處理器的控制下，實現(xiàn)各自功能，并將數(shù)據(jù)通過串口傳回感知層處理器[7]，由感知層處理器與網(wǎng)絡層進行數(shù)據(jù)傳輸[8]。感知層架構如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集感知裝置系統(tǒng)架構

蓄電池單體電壓的采集利用放電儀采集變電站蓄電池電壓，放電儀采集線連接至每節(jié)蓄電池，采集到蓄電池組整組電壓與蓄電池單體電壓后，通過串口輸出數(shù)據(jù)經(jīng)規(guī)約轉換器將蓄電池整組電壓、蓄電池單體電壓等蓄電池基本信息上傳至感知層設備處理器。

放電啟停信號采集裝置將環(huán)形電流互感器套接在蓄電池放電與放電儀電纜之間，信號通過開關量傳回感知層處理器，負責采集蓄電組放電開始與放電結束信號，通過與系統(tǒng)時鐘同步來計算蓄電池組放電時間與蓄電池組已放出容量。

蓄電池容量計算公式：

C10=I10·t

(1)

式中：C10—10 h額定容量;

I10—10 h率放電電流;

t—放電時間。

場站ID二維碼是不同放電站點之間的身份標識，在每個站點放電工作開始前，工作人員掃描相應場站ID二維碼，在云平臺數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建相應站點信息，即可在放電過程中通過手機客戶端隨時查看該站點蓄電池組放電情況。

規(guī)約轉換裝置為兼容不同廠家、型號放電儀而設置，常見放電儀通訊規(guī)約為RS232、RS485，本裝置采用RS485通訊規(guī)約，為兼容采用RS232通訊規(guī)約放電儀，安裝規(guī)約轉換裝置，使得本裝置可同時兼容RS232與RS485通信協(xié)議的放電儀。

觸摸屏作為工作人員在現(xiàn)場實現(xiàn)人機交互的關鍵模塊，可通過觸摸屏對放電儀執(zhí)行放電指令，并可現(xiàn)場終止蓄電池組放電，也可在現(xiàn)場查看蓄電池組放電過程中整組電壓、整組容量、單體電壓、放電時間等重要信息。

通信模塊負責將其他感知層設備所采集信息進行整理上傳，通信模塊通過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關將信息上傳至云平臺儲存與處理。

網(wǎng)絡層主要實現(xiàn)信息傳遞和控制。由互聯(lián)網(wǎng)云平臺與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關組成。負責實現(xiàn)放電現(xiàn)場感知層設備、云平臺、工作人員手機客戶端之間的信息共享。一是將試驗現(xiàn)場所采集信息上傳至云平臺，云平臺對數(shù)據(jù)再次進行計算分析處理，在通過網(wǎng)絡層設備將信息下發(fā)至工作人員手機客戶端；二是將工作人員通過手機客戶端下達的控制指令上傳至云平臺，再通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關接收，從而控制放電現(xiàn)場感知層設備，如人工終止放電試驗等。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)手機客戶端的開發(fā)

互聯(lián)網(wǎng)手機客戶端采用Java技術跨平臺開發(fā)、云架構設計方式開發(fā)了與本系統(tǒng)對應的手機客戶端，互聯(lián)網(wǎng)手機客戶端與基站服務器每30 s更新一次數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)快速及時的信息傳遞、蓄電池放電試驗的遠程管理、狀態(tài)監(jiān)測等功能，讓工作人員隨時隨地可以查看到蓄電池核對性放電情況。

(1)用戶管理。系統(tǒng)設計多級用戶，分別為系統(tǒng)管理員、維護用戶與一般用戶，擁有不同權限[4]。

(2)狀態(tài)監(jiān)測。實時監(jiān)測蓄電池核對性放電試驗的各項數(shù)據(jù)，包括整組電壓、單體電壓(108節(jié))、放電電流、放電時間、最高電壓蓄電池、最低電壓蓄電池組(10節(jié))[9]。

(3)遠程控制。工作人員人為判斷蓄電池核對性放電試驗情況不可靠，可通過輸入維護用戶密碼進行遠程終止放電試驗。

(4)遠程提醒。當蓄電池核對性放電試驗結束或應其他故障終止時，通過調用用戶手機鈴聲的方式提醒工作人員放電終止，及時告知工作人員趕赴現(xiàn)場處理。

2.3 智能化云端蓄電池放電控制監(jiān)測裝置工作流程

智能化云端蓄電池核對性放電控制監(jiān)測裝置工作流程見圖3。

(1)工作人員現(xiàn)場連接放電儀與感知層設備，掃描場站ID后記錄變電站站點信息，放電試驗正常開始后現(xiàn)場觀察10 min，無異常信號，工作人員即可離開現(xiàn)場或從事其他工作。

(2)放電過程中感知層設備實時監(jiān)控蓄電池放電情況，并將數(shù)據(jù)上傳至服務器基站，手機客戶端每30 s與服務器基站更新一次數(shù)據(jù)，工作人員可通過手機客戶端隨時隨地查看到蓄電池放電情況。

(3)放電過程中若出現(xiàn)蓄電池故障或相關設備故障，感知層設備立即發(fā)信號至放電儀，立即停止放電，并通過服務器基站發(fā)信號至工作人員手機客戶端，啟動手機鬧鈴功能告知工作人員立即到現(xiàn)場處理情況。

(4)放電結束時感知層設備采集到放電結束信號，通過服務器基站發(fā)送至工作人員手機客戶端，通過啟動鬧鈴功能來提示工作人員放電結束。

圖3 智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置工作流程

3 智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置的應用

智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置研制成功后，在國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司所轄變電站進行應用，驗證了裝置所設計所有功能，原本5人輪班現(xiàn)場監(jiān)視蓄電池核對性放電試驗工作，裝置應用后3人即可輕松完成；工作人員在現(xiàn)場的平均工作時間也由原來的1 035.82 min(約17 h)縮減到平均433.52 min(約7 h)，縮減工作人員勞動工時41%，極大地降低了直流系統(tǒng)維護的工作量和人員成本，也維護了直流設備的健康運行，從而提高了直流系統(tǒng)蓄電池的使用壽命[9]。

4 結 論

本文設計并研制了一種智能化云端蓄電池核對性放電試驗控制監(jiān)測裝置。本裝置的研制及應用實現(xiàn)了工作人員不用在現(xiàn)場就可以隨時隨地監(jiān)視蓄電池核對性放電試驗全過程的關鍵參數(shù)，包括整組電壓、單體電壓(108節(jié))、單體最高電壓、單體最低電壓(10節(jié))、放電電流、放電時間等，放電情況不可靠時還可人為終止蓄電池核對性放電試驗，有效縮短了蓄電池核對性放電試驗中工作人員在現(xiàn)場的工作時間，提高了直流系統(tǒng)日常維護的工作效率，降低了變電站直流系統(tǒng)維護的時間成本與人力成本，進一步提高了變電站站用直流系統(tǒng)供電可靠性。

本文所設計的智能化云端蓄電池放電控制監(jiān)測裝置，自研制成功后在國網(wǎng)吳忠供電公司所轄變電站蓄電池組放電試驗中應用，設備安全、運行穩(wěn)定。