變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)的研究*

*基金：2020年國家電網(wǎng)公司研究開發(fā)費(fèi)項(xiàng)目計(jì)劃（群創(chuàng)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）（5211JX20000P）

作者簡介：龍波（1982—），男，工程師，從事變電運(yùn)檢工作。

0   引言

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，蓄電池是電力電源系統(tǒng)中直流供電系統(tǒng)的重要組成部分，它作為直流供電電源，主要擔(dān)負(fù)著為電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)負(fù)載提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力保障，確保繼電保護(hù)、通信設(shè)備的正常運(yùn)行的角色。對所在單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，蓄電池在220 kV、110kV和35 kV電壓等級變電站中已經(jīng)100%覆蓋，該類設(shè)備已經(jīng)成為變電站重要設(shè)備之一。且是直流系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，在變電站全停的情況下，直流系統(tǒng)的交流輸入消失，充電模塊停止運(yùn)作，能夠?yàn)樵O(shè)備提供直流電源的就只有蓄電池組。當(dāng)發(fā)生站用電失電時(shí)，蓄電池就為保護(hù)裝置、通信裝置、控制裝置提供電源，以保證故障發(fā)生時(shí)保護(hù)裝置能可靠切除故障。變電站內(nèi)的蓄電池是所用電的應(yīng)急電源，可以說是變電站安全的最后一道防線，因此，保障蓄電池安全就關(guān)系到整個(gè)變電站的應(yīng)急能力。同時(shí)，蓄電池的穩(wěn)定性和在放電過程中能提供給負(fù)載的實(shí)際容量對確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。在電力系統(tǒng)日常工作中，蓄電池動靜態(tài)放電標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)是其中非常重要的一項(xiàng)，是蓄電池運(yùn)行和維護(hù)工作中的1個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證蓄電池安全運(yùn)行的有效手段之一，蓄電池動靜態(tài)放電可以分析蓄電池的實(shí)際狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其存在的一些重要缺陷等^[1-3]。

蓄電池充放電定期切換工作已成為變電站內(nèi)的常規(guī)工作，要求220 kV變電站1個(gè)月需要進(jìn)行1次動態(tài)放電、3個(gè)月1次靜態(tài)放電。但是傳統(tǒng)的充放電工作只能現(xiàn)場人工手動進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。并且，隨著變電站的數(shù)量增多，該類工作占據(jù)了各運(yùn)維班大量的工作經(jīng)歷。為進(jìn)一步提升工作效率，精益化管理生產(chǎn)隊(duì)伍，計(jì)劃對蓄電池充放電工作方式進(jìn)行改善。在傳統(tǒng)的蓄電池靜態(tài)放電試驗(yàn)中，存在著電池動靜態(tài)放電標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)時(shí)間長、效率低、人力資源利用率低等問題^[4]。

目前蓄電池靜態(tài)充放電測試、內(nèi)阻測試等定期切換工作需要至現(xiàn)場進(jìn)行，但隨著變電站數(shù)量的增多，現(xiàn)有人力資源難以滿足，因此研制一套變電站蓄電池遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，能節(jié)省工作時(shí)間，有效釋放人力從事更高效的工作。通過遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)蓄電池靜態(tài)充放電測試及內(nèi)阻測試的定期切換相關(guān)工作，減少前往變電站進(jìn)行蓄電池定期切換所花費(fèi)的時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)故障、煙感及溫度的告警，充放電監(jiān)視、電壓測量、單體內(nèi)阻測量、電池性能查驗(yàn)、歷史數(shù)據(jù)核對等功能。本文創(chuàng)新點(diǎn)為：①研制了基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)；②自動進(jìn)行蓄電池遠(yuǎn)程放電工作。

1   現(xiàn)狀分析

本文分析蓄電池靜態(tài)放電的工作流程如圖1所示。

圖1 蓄電池靜態(tài)放電工作流程圖

2019年1月1日—1月31日，對班組所轄范圍內(nèi)的蓄電池靜態(tài)放電工作耗時(shí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。變電站蓄電池靜態(tài)放電工作試驗(yàn)工作流程分為乘車出發(fā)、安全交底、準(zhǔn)備與檢查工作、試驗(yàn)過程、記錄工作、返回路程、工作終結(jié)幾個(gè)環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)工作時(shí)長不同，對各工作環(huán)節(jié)的工作時(shí)間也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。運(yùn)用分層法，對平均工作時(shí)間148.17 min進(jìn)行不同環(huán)節(jié)工作流程分析，如表1所示，可見車程耗時(shí)較長，嚴(yán)重影響了人力物力資源。要想提高運(yùn)檢人員遠(yuǎn)程充放電工作的工作效率，必須解決這個(gè)問題。

表1蓄電池靜態(tài)放電工作不同流程耗時(shí)調(diào)查表

2   制定方案

本文通過制作基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)行蓄電池遠(yuǎn)程充放電工作此套方案利用物聯(lián)網(wǎng)的前端感知技術(shù)，遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)蓄電池靜態(tài)放電工作，完全免去路程時(shí)間，優(yōu)點(diǎn)如下：①節(jié)省人、車資源；②免去車程；③使用現(xiàn)有電力物聯(lián)網(wǎng)。但也存在一些缺點(diǎn)：①電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與安全規(guī)定還不成熟；②需要一定資金成本。

通過制作基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)，設(shè)置蓄電池靜態(tài)放電自行工作，并生產(chǎn)數(shù)據(jù)，能夠定期自動進(jìn)行充放電工作，減少人力、物力，自動形成報(bào)告，多站同時(shí)充放電，多線程工作，提升工作效率。

3   方案實(shí)施

本系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，主要由蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、蓄電池本地管理軟件、現(xiàn)場電池管理單元（BMU）、數(shù)字采控終端MRTU、集成電源PSU、電池監(jiān)護(hù)單元BIM、電流傳感器、遠(yuǎn)程放電控制器DCU、放電負(fù)載DLU及電池開路保護(hù)器（需另配）等組成。典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

按照技術(shù)構(gòu)成來分，本系統(tǒng)核心可分為3部分。

1）測量部分

單體電池運(yùn)行性能參數(shù)主要由BIM單元（每節(jié)電池配1個(gè)BIM）進(jìn)行分布式測量，包括電池電壓、溫度、內(nèi)阻、動態(tài)負(fù)載電壓、放電能力系數(shù)、動態(tài)放電電流等。整組電池電流參數(shù)主要由互感器測量。環(huán)境參數(shù)主要由各傳感器測量，例如溫濕度傳感器、煙感等。

2）電池維護(hù)部分

①電壓平衡維護(hù)：由BIM單元中的補(bǔ)償充電電路實(shí)現(xiàn)。

②遠(yuǎn)程動、靜態(tài)放電：由BIM單元中的動態(tài)放電電路和直流遠(yuǎn)程放電控制器DCU實(shí)現(xiàn)。

圖2 典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3）電池開路保護(hù)部分（需另配電池開路保護(hù)器）

由獨(dú)立配置的電池開路保護(hù)器實(shí)現(xiàn)。

4）遠(yuǎn)程監(jiān)視與維護(hù)部分

由變電站本地配置的電池?cái)?shù)據(jù)采控單元、監(jiān)測

BMU單元和監(jiān)控軟件系組成。

軟件部分如圖3所示。

圖3 軟件實(shí)施界面圖

4   效果檢查

1）在安全方面。為保證成果安全、可靠投入使用，對各裝置的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，各項(xiàng)數(shù)據(jù)合格100%。本成果在多處現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用的過程中，效果良好，經(jīng)公司相關(guān)部門認(rèn)證，本成果設(shè)備在安全、質(zhì)量、管理、成本等方面均無負(fù)面影響。

2）在經(jīng)濟(jì)方面。成果從2019年8月1日投入使用，截止至2019年8月31日的1個(gè)月內(nèi)，直接降成本46.2萬元。一方面解放了人力勞動，使廣大工人們從前往變電站較遠(yuǎn)的車程解脫出來；另一方面，降低了等待時(shí)間，減少了人力成本于車輛根本，帶來的經(jīng)濟(jì)效益不可估量。傳統(tǒng)靜態(tài)放電工作路程遠(yuǎn)且流程復(fù)雜，會造成施工進(jìn)度緩慢，遠(yuǎn)方進(jìn)行靜態(tài)放電工作，保證了運(yùn)維人員工作中設(shè)備及人員的安全性，節(jié)省了車輛、人員時(shí)間，提質(zhì)增效，1個(gè)月內(nèi)共節(jié)省了人員時(shí)間約141.33×196/60=461.68 h，大大提高了工作效率，帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益和社會效益不可估量。

3）推廣性方面。因?yàn)榛谖锫?lián)網(wǎng)的蓄電池遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)在蓄電池靜態(tài)放電工作上的提升，以及施工現(xiàn)場安裝的便利性，可以在較大范圍內(nèi)代替?zhèn)鞣椒?。而且基于物?lián)網(wǎng)的蓄電池遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)前端感知，不僅僅可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)放電工作這一個(gè)功能，且小巧方便，可以安裝至各類變電站。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)能夠適應(yīng)更多變電站建設(shè)工程的需要，應(yīng)用范圍非常廣泛。

4）在功能性方面。及時(shí)掌握各變電站蓄電池的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況及其性能變化趨勢，快速、準(zhǔn)確、有效地檢測蓄電池的性能并實(shí)時(shí)掌握蓄電池的運(yùn)行情況，使其運(yùn)行在良好狀態(tài)，使蓄電池得到及時(shí)的維護(hù)和處理。既減輕了運(yùn)行維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，又提高了對蓄電池性能判斷的準(zhǔn)確性，確保了系統(tǒng)的安全性和可靠性。運(yùn)行維護(hù)人員可以通過本系統(tǒng)實(shí)時(shí)管控直流系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)得到設(shè)備報(bào)警信息，確保了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

5   結(jié)論

本文研制了一套變電站蓄電池遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)蓄電池靜態(tài)充放電測試及內(nèi)阻測試的定期切換相關(guān)工作，減少了前往變電站進(jìn)行蓄電池定期切換所花費(fèi)的時(shí)間，節(jié)省了人力資源，提高了工作效率；同時(shí)此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)故障、煙感及溫度的告警，充/放電監(jiān)視、實(shí)時(shí)電壓測量、單體內(nèi)阻測量、電池性能查驗(yàn)、歷史數(shù)據(jù)核對等功能。通過采用蓄電池遠(yuǎn)程靜態(tài)放電工作的方式，省去前往變電站較遠(yuǎn)路程的時(shí)間，并在準(zhǔn)備、檢查時(shí)間與靜態(tài)放電工作自動進(jìn)行上也節(jié)省了大量的時(shí)間。通過智慧運(yùn)維技術(shù)手段，切實(shí)提高生產(chǎn)工作的效率和效益。

通過編寫《基于電力物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)說明書》、《蓄電池自動充放電作業(yè)指導(dǎo)書》、圖紙歸檔、裝置培訓(xùn)對運(yùn)檢工作人員開展專項(xiàng)培訓(xùn)等方法進(jìn)行成果鞏固。并通過培訓(xùn)使得運(yùn)維人員熟悉操作頁面，提升工作效率。

本文以減少蓄電池靜態(tài)放電工作時(shí)間、提高工作效率、提高供電服務(wù)質(zhì)量為目的，通過調(diào)查研究，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分類、統(tǒng)計(jì)。成功設(shè)計(jì)并研制出了物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)等提高工作效率、降低車程、減少人力物力財(cái)力，減少了蓄電池靜態(tài)放電工作時(shí)間，進(jìn)一步提高了變電站蓄電池的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉珊,周哲,區(qū)偉明.基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的變電站直流系統(tǒng)蓄電池遠(yuǎn)程充放電控制策略[J].自動化與儀器儀表,2019(10):230-233.

[2] 李偉.電力變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電維護(hù)管理系統(tǒng)[J].通信電源技術(shù),2019,36(05):133-134.

[3] 梁棟.電力系統(tǒng)蓄電池遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2018.

[4] 張清華,張志軍.電力變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電維護(hù)管理系統(tǒng)[J].電力信息與通信技術(shù),2017,15(01):46-50.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年9月期）