蓄电池智能运维技术研究与应用

2023-12-12

蓄电池是电力系统中的一种重要的电源装置，绝大多数直流电源系统都采用阀控式密封铅酸蓄电池作为储能设备。铅酸蓄电池的正常寿命一般为8-10年，如果维护不周或使用不当，寿命将大大降低，同时极易引发事故。目前，管辖区域在运行蓄电池大部分已经超过十年，属于超期服役设备，对于此类设备，必须加强管理，避免发生着火及爆炸事故。因此，对蓄电池在线监测、智能维护，刻不容缓。开展蓄电池在线监测和自动维护，使电池变成一种数字化、可视化的智能设备进行管理，为蓄电池组提供全寿命周期的专家级管控。通过实时了解蓄电池状态，掌控安全风险，延长蓄电池使用寿命，为电网提供可靠稳定安全的直流电源。

一、蓄电池常规运维方式和技术发展

目前，蓄电池的传统监测为监测蓄电池的端电压、单体电压、通过蓄电池巡检仪进行监测单体电压。值班人员按照点巡检周期，对监测数据进行记录、分析。每月使用万用表对端电压、单体电压进行测量，与巡检仪监测数据进行比对，发现单体电压过高或过低，进行及时更换。日常维护，主要以清扫、紧固为主，有漏液时进行外观处理。管理手段较为落后，经常出现由于点巡检不到位或判断不准确，引发着火事故。随着信息化、智能化、高速网络化时代的到来，在线监测系统的发展与应用，越来越多的人开始对蓄电池智能化管理进行研究，开展对蓄电池一体化监控管理系统建设，将各变电站的蓄电池通过现有网络通讯远传至集控中心，通过一体化监控系统实现在线监测全部直流系统的数据，实时了解蓄电池状态，掌控安全风险，对蓄电池进行在线维护，延长其使用寿命。

二、蓄电池智能运维技术特点

开展对蓄电池单体各项运行数据指标有效性研究，剖析除单体电压外，研究分析蓄电池主要运行技术参数，如内阻、温度、充放电电流等指标，这些指标直接影响电池运行状况。所以需要对蓄电池组的运行状况进行全面监测，包括：蓄电池组充放电状态、充放电电流、环境温度、整组电压、单体电压、内阻、温度、极柱漏液等参数，并进行远程统一监测，同时通过对蓄电池组在浮充状态下进行自动均衡维护，对欠充电池自动进行小电流限压补偿充电，使每节电池始终处于最佳活性状态，保持电池组电压均衡，防止电池长期欠充硫化或长期过充失水，从而减少电池故障，延长电池寿命。建立监控平台，对所监控的蓄电池进行全面的数据分析及处理，提前发现单体电池故障、容量劣化等问题并报警显示，以保障供电系统安全可靠运行。对判断故障电池的关键参数“电池内阻”必须要能准确测量，否则蓄电

池在线监测系统将形同虚设，甚至还会给维护管理工作带来负面影响。智能运维系统组成：

1.监控平台软件：

软件可查询到末端设备的各项功能，清晰准确的显示清单列表中需要的各个点位的功能，能在总平面图清晰的看到相关点位的位置及相关参数信息；监测管理软件采用B/S结构，网页浏览，持云服务；可查看蓄电池的运行状态信息弹窗，该弹窗以可视化方式直观展示蓄电池组的资产信息、运行状态，告警信息等；在运行状态中展示如蓄电池的充放电状态、总电压历史曲线、实时总电压、实时总电流、剩余容量和剩余时间，并能提示至少4节电压最低的电池单体节号及电压值等客户需重点关注的信息；监测管理软件具备对蓄电池监测的历史数据进行查询和分析，绘制总电压、电流、各单体电压、内阻、温度等参数的趋势图并能自动生成报表；监控数据可以通过数据列表和图表方式显示，选择任意单节电池的电压、内阻、温度参数，并能立即生成24小时内的历史数据曲线图；提供该组电池的详细信息，以便客户更深入了解电池单体的运行状况，以图表、列表方式展示蓄电池单体的电压、内阻和温度，提取最高和最低的两节值作为参考展示，计算出最高和最低之间的差值，作为蓄电池组是否均衡的参考，如果超出经验值，则会形成消息提示用户关注，在监控软件上能够自由设置告警阀值。

2.系统拓扑结构：

3.智能运维系统功能：

(1)实时监测：蓄电池组充放电状态、总电压、充放电电流、环境温度、各单体电池电压、内阻、极柱温度、极柱漏液、剩余容量（SOC）、放电可持续时间（SOH）、电池均衡度（电压、内阻、温度）。准确监测并定位漏液故障电池，能定位到漏液极柱。

(2)告警和预警：及时发现UPS/电池故障并发出告警，智能分析提前预警，包括UPS输入输出电压、电流、频率、温度、负荷异常；电池组电压、电流、温度异常；单体电压、内阻、温度超限告警，电池组开关断开、烟雾、及监测设备本身故障、通信故障等告警。及时发现电池故障并发出告警，智能分析提前预警。

(3)浮充状态下进行自动均衡维护：对欠充电池自动进行小电流限压补偿充电，使每节电池始终处于最佳活性状态，保持电池组电压均衡，防止电池长期欠充硫化或长期过充失水。从而减少电池故障，延长电池寿命。

(4)操作与控制：可以对电压、内阻、温度等参数进行告警门限设置，能够现场手动内阻测试。

三、包钢电网蓄电池智能技术应用实例

近几年在包钢新体系局部变电站开展蓄电池智能运维技术研究与应用，共计对324块电池进行在线监测和智能运维，取得良好效果。主要以电池组端电压、单体电池电压、内阻、温度及电池有无漏液作为监控指标。每节电池配置一个模块，负责采集电池的电压、内阻、温度以及漏液数据，并具备自动均衡维护功能；内阻测量准确，具有过流、过压、过温、反接、短路保护，耐压120V功能。模块之间采用手拉手环形通信方式，具有自动编号功能，方便安装和后期维护，外接DC12V供电电源。

每组电池配置一个高速集中收集各单节监测维护模块，数据向现场监控主机传送；监测电池组环境温度、充放电电流、总电压和纹波电压。

在集控站建立监控系统，网络利用原有局域网完成通讯，实时监测蓄电池组充放电状态（充电、放电、浮充）、总电压（单独采集）、充放电电流、纹波电压、环境温度、各单体电池（电压、内阻、极柱温度、极柱漏液）、蓄电池组一致性（电压、内阻和温度的极差及离散度）、电池组剩余容量，放电可持续时间。现场能直观显示总电压、电流的24小时监测曲线图，和单体（电压、内阻、温度）的实时柱状图，电压、内阻、温度最大值和最小值的单体电池。选择电池组其中任何一节电池可显示该电池的电压、内阻、温度的24小时运行曲线。当运行参数达到报警阈值时，系统发出告警信息。

设备运行状况，采取相应措施。另外，在浮充状态下对电池组进行在线自动均衡维护，对欠充电池自动进行限压小电流补偿充电，使每节电池始终处于最佳活性状态，保持电池组电压均衡，防止电池长期欠充硫化或长期过充失水。最大限度减少电池故障，延长电池组寿命。

经过3个月在线维护，单电池电压有了明显改善，运行趋势非常平稳。

四、日常运行管理

建立智能化管理系统，对基础参数，如总电压、单体电压、单体温度、单体内阻等，通过监测数据准确发现异常问题。技术人员通过告警信息，将单体电池作为重点关注设备，系统将告警设备生成曲线，也可进行历史数据查询、通过数据对比，进行劣化分析，打印出报表。根据智能专家分析系统提供的维护建议，结合现场环境因素，制定单体电池修复方案（激活或更换），保证直流电源稳定，避免发生事故。

五、总结

通过蓄电池智能运维技术可实时监测、维护、改善蓄电电池运行状态，发现设备缺陷。及时对劣化单体蓄电池线下激活，修复后使用，消除安全风险，降低维护费用。通过长时间验证，对比常规运维方式，蓄电池使用寿命更长，经济效益明显，可进行推广使用。

随着信息化、智能化、高速网络化时代的到来，蓄电池在线监测技术的发展趋势将在现有准确监测、自动维护、预警告警的基础上向系统集成、智能分析、智能管理方向发展。

参考文献

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（作者：王晓平张永华冀占国内蒙古包钢钢联股份有限公司动供总厂）

来源：冶金企业供用电专业安全经济稳定运行及智能化技术应用研讨会