變電站蓄電池遠程充放電控制系統的研究*

*基金：2020年國家電網(wǎng)公司研究開(kāi)發(fā)費項目計劃（群創(chuàng )和技術(shù)標準）（5211JX20000P）

作者簡(jiǎn)介：龍波（1982—），男，工程師，從事變電運檢工作。

0   引言

隨著(zhù)電網(wǎng)的發(fā)展，蓄電池是電力電源系統中直流供電系統的重要組成部分，它作為直流供電電源，主要擔負著(zhù)為電力系統中二次系統負載提供安全、穩定、可靠的電力保障，確保繼電保護、通信設備的正常運行的角色。對所在單位進(jìn)行統計發(fā)現，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(lèi)設備已經(jīng)成為變電站重要設備之一。且是直流系統中最為關(guān)鍵的一環(huán)，在變電站全停的情況下，直流系統的交流輸入消失，充電模塊停止運作，能夠為設備提供直流電源的就只有蓄電池組。當發(fā)生站用電失電時(shí)，蓄電池就為保護裝置、通信裝置、控制裝置提供電源，以保證故障發(fā)生時(shí)保護裝置能可靠切除故障。變電站內的蓄電池是所用電的應急電源，可以說(shuō)是變電站安全的最后一道防線(xiàn)，因此，保障蓄電池安全就關(guān)系到整個(gè)變電站的應急能力。同時(shí)，蓄電池的穩定性和在放電過(guò)程中能提供給負載的實(shí)際容量對確保電力設備的安全運行具有十分重要的意義。在電力系統日常工作中，蓄電池動(dòng)靜態(tài)放電標準化作業(yè)是其中非常重要的一項，是蓄電池運行和維護工作中的1個(gè)重要環(huán)節，是保證蓄電池安全運行的有效手段之一，蓄電池動(dòng)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的常規工作，要求220 kV變電站1個(gè)月需要進(jìn)行1次動(dòng)態(tài)放電、3個(gè)月1次靜態(tài)放電。但是傳統的充放電工作只能現場(chǎng)人工手動(dòng)進(jìn)行，費時(shí)費力，效率低下。并且，隨著(zhù)變電站的數量增多，該類(lèi)工作占據了各運維班大量的工作經(jīng)歷。為進(jìn)一步提升工作效率，精益化管理生產(chǎn)隊伍，計劃對蓄電池充放電工作方式進(jìn)行改善。在傳統的蓄電池靜態(tài)放電試驗中，存在著(zhù)電池動(dòng)靜態(tài)放電標準化作業(yè)時(shí)間長(cháng)、效率低、人力資源利用率低等問(wèn)題^[4]。

目前蓄電池靜態(tài)充放電測試、內阻測試等定期切換工作需要至現場(chǎng)進(jìn)行，但隨著(zhù)變電站數量的增多，現有人力資源難以滿(mǎn)足，因此研制一套變電站蓄電池遠程控制系統，能節省工作時(shí)間，有效釋放人力從事更高效的工作。通過(guò)遠程實(shí)現蓄電池靜態(tài)充放電測試及內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的時(shí)間，并實(shí)現故障、煙感及溫度的告警，充放電監視、電壓測量、單體內阻測量、電池性能查驗、歷史數據核對等功能。本文創(chuàng )新點(diǎn)為：①研制了基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統；②自動(dòng)進(jìn)行蓄電池遠程放電工作。

1   現狀分析

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，對班組所轄范圍內的蓄電池靜態(tài)放電工作耗時(shí)情況進(jìn)行統計。變電站蓄電池靜態(tài)放電工作試驗工作流程分為乘車(chē)出發(fā)、安全交底、準備與檢查工作、試驗過(guò)程、記錄工作、返回路程、工作終結幾個(gè)環(huán)節，不同環(huán)節工作時(shí)長(cháng)不同，對各工作環(huán)節的工作時(shí)間也進(jìn)行了統計。運用分層法，對平均工作時(shí)間148.17 min進(jìn)行不同環(huán)節工作流程分析，如表1所示，可見(jiàn)車(chē)程耗時(shí)較長(cháng)，嚴重影響了人力物力資源。要想提高運檢人員遠程充放電工作的工作效率，必須解決這個(gè)問(wèn)題。

表1蓄電池靜態(tài)放電工作不同流程耗時(shí)調查表

2   制定方案

本文通過(guò)制作基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統，實(shí)現自動(dòng)進(jìn)行蓄電池遠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)，遠程控制實(shí)現蓄電池靜態(tài)放電工作，完全免去路程時(shí)間，優(yōu)點(diǎn)如下：①節省人、車(chē)資源；②免去車(chē)程；③使用現有電力物聯(lián)網(wǎng)。但也存在一些缺點(diǎn)：①電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與安全規定還不成熟；②需要一定資金成本。

通過(guò)制作基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統，設置蓄電池靜態(tài)放電自行工作，并生產(chǎn)數據，能夠定期自動(dòng)進(jìn)行充放電工作，減少人力、物力，自動(dòng)形成報告，多站同時(shí)充放電，多線(xiàn)程工作，提升工作效率。

3   方案實(shí)施

本系統采用分布式結構，主要由蓄電池遠程監控系統、蓄電池本地管理軟件、現場(chǎng)電池管理單元（BMU）、數字采控終端MRTU、集成電源PSU、電池監護單元BIM、電流傳感器、遠程放電控制器DCU、放電負載DLU及電池開(kāi)路保護器（需另配）等組成。典型的系統結構如圖2所示。

按照技術(shù)構成來(lái)分，本系統核心可分為3部分。

1）測量部分

單體電池運行性能參數主要由BIM單元（每節電池配1個(gè)BIM）進(jìn)行分布式測量，包括電池電壓、溫度、內阻、動(dòng)態(tài)負載電壓、放電能力系數、動(dòng)態(tài)放電電流等。整組電池電流參數主要由互感器測量。環(huán)境參數主要由各傳感器測量，例如溫濕度傳感器、煙感等。

2）電池維護部分

①電壓平衡維護：由BIM單元中的補償充電電路實(shí)現。

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

圖2 典型系統結構圖

3）電池開(kāi)路保護部分（需另配電池開(kāi)路保護器）

由獨立配置的電池開(kāi)路保護器實(shí)現。

4）遠程監視與維護部分

由變電站本地配置的電池數據采控單元、監測

BMU單元和監控軟件系組成。

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，對各裝置的各項數據進(jìn)行檢測，各項數據合格100%。本成果在多處現場(chǎng)實(shí)踐應用的過(guò)程中，效果良好，經(jīng)公司相關(guān)部門(mén)認證，本成果設備在安全、質(zhì)量、管理、成本等方面均無(wú)負面影響。

2）在經(jīng)濟方面。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，直接降成本46.2萬(wàn)元。一方面解放了人力勞動(dòng)，使廣大工人們從前往變電站較遠的車(chē)程解脫出來(lái)；另一方面，降低了等待時(shí)間，減少了人力成本于車(chē)輛根本，帶來(lái)的經(jīng)濟效益不可估量。傳統靜態(tài)放電工作路程遠且流程復雜，會(huì )造成施工進(jìn)度緩慢，遠方進(jìn)行靜態(tài)放電工作，保證了運維人員工作中設備及人員的安全性，節省了車(chē)輛、人員時(shí)間，提質(zhì)增效，1個(gè)月內共節省了人員時(shí)間約141.33×196/60=461.68 h，大大提高了工作效率，帶來(lái)的間接經(jīng)濟效益和社會(huì )效益不可估量。

3）推廣性方面。因為基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統在蓄電池靜態(tài)放電工作上的提升，以及施工現場(chǎng)安裝的便利性，可以在較大范圍內代替傳方法。而且基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統可以實(shí)現前端感知，不僅僅可以實(shí)現靜態(tài)放電工作這一個(gè)功能，且小巧方便，可以安裝至各類(lèi)變電站。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統能夠適應更多變電站建設工程的需要，應用范圍非常廣泛。

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

5   結論

本文研制了一套變電站蓄電池遠程控制系統，可以遠程實(shí)現蓄電池靜態(tài)充放電測試及內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的時(shí)間，節省了人力資源，提高了工作效率；同時(shí)此系統可以實(shí)現故障、煙感及溫度的告警，充/放電監視、實(shí)時(shí)電壓測量、單體內阻測量、電池性能查驗、歷史數據核對等功能。通過(guò)采用蓄電池遠程靜態(tài)放電工作的方式，省去前往變電站較遠路程的時(shí)間，并在準備、檢查時(shí)間與靜態(tài)放電工作自動(dòng)進(jìn)行上也節省了大量的時(shí)間。通過(guò)智慧運維技術(shù)手段，切實(shí)提高生產(chǎn)工作的效率和效益。

通過(guò)編寫(xiě)《基于電力物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統說(shuō)明書(shū)》、《蓄電池自動(dòng)充放電作業(yè)指導書(shū)》、圖紙歸檔、裝置培訓對運檢工作人員開(kāi)展專(zhuān)項培訓等方法進(jìn)行成果鞏固。并通過(guò)培訓使得運維人員熟悉操作頁(yè)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(guò)調查研究，對數據進(jìn)行整理、分類(lèi)、統計。成功設計并研制出了物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統等提高工作效率、降低車(chē)程、減少人力物力財力，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：

[1] 劉珊,周哲,區偉明.基于網(wǎng)絡(luò )監測的變電站直流系統蓄電池遠程充放電控制策略[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2019(10):230-233.

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

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年9月期）