淺談高層換流站變電站蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)功能與應用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：蓄電池作為換流站及變電站低壓直流系統(tǒng)的重要組成部分，對其進行在線監(jiān)測具有重要意義;本文主要介紹蓄電池在線監(jiān)測裝置的基本結構、基本原理，傳統(tǒng)結構的不足，同時提出蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)結構的改進方案并對相關通信協(xié)議和數(shù)據(jù)算法進行了簡要說明。

關鍵詞：蓄電池；在線監(jiān)測；通訊協(xié)議

0引言

蓄電池是換流站(變電站)低壓直流系統(tǒng)的重要組成部分，其在運行過程中，容易出現(xiàn)極板短路或開路、蓄電池極柱、螺絲、連接條爬酸或腐蝕、浮充電壓不均衡等異?，F(xiàn)象。如果以上現(xiàn)象無法及時被發(fā)現(xiàn)，極有可能造成蓄電池電壓降低，供電時間顯著下降，嚴重時，可能導致蓄電池發(fā)生火災、引起保護拒動或設備跳閘。而蓄電池的故障往往伴隨著蓄電池電壓、溫度、內阻、容量等參數(shù)的變化，因此，研究一種能夠有效監(jiān)視蓄電池參數(shù)的在線監(jiān)測裝置具有重要意義。

1蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳統(tǒng)結構

目前，在換流站及變電站通常采用電池巡檢儀和集中監(jiān)控裝置相結合的方式對蓄電池參數(shù)進行測量。單只電池巡檢裝置可獨立測量蓄電池組中單體電池的端電壓、溫度等狀態(tài)量，

實時監(jiān)視整組蓄電池的運行狀況，同時將數(shù)據(jù)上傳集中監(jiān)控器，方便運維人員查看。蓄電池巡檢模塊采用串行總線方式，通過RS232通迅接口與集中監(jiān)控器相連接。但是，由于單個蓄電池巡檢模塊對應多個蓄電池，因此導致蓄電池巡檢儀接線復雜，容易出現(xiàn)導線松動或連接不到位導致誤報警等情況;同時由于RS232通信標準傳輸距離的局限性，使蓄電池參數(shù)僅能就地查看，無法傳送至遠方。

2蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的改進結構

2.1技術要求

針對傳統(tǒng)蓄電池巡檢儀存在的不足，改進結構應滿足以下技術要求:

（1）提高蓄電池的接線可靠性和測量準確性，減少誤報警的發(fā)生，同時具備接線簡單，安裝方便等優(yōu)點;

（2）通過改進通信傳輸方式，實現(xiàn)蓄電池參數(shù)遠距離傳輸。

2．2基本構造及原理

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下三部分組成，拓撲結構如下圖所示。

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

2.2.1蓄電池傳感器

安裝于每一節(jié)蓄電池本體，用來測量蓄電池的電壓、內阻、溫度、容量等參數(shù)，傳感器均連接與S-BUS總線上。

2.2.2通訊轉換模塊

實現(xiàn)S-BUS與RS485之間的通信轉換，并將數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)線或光纖傳送至蓄電池監(jiān)測工作站。鑒于RS232通信標準的理論傳輸距離僅為15米，為實現(xiàn)遠距離傳輸，用RS485通信標準作為替代，可使傳輸距離提升至幾百米至上千米，能夠滿足換流站(變電站)應用范圍的要求。

2.2.3蓄電池監(jiān)測工作站

位于遠方控制樓內，能夠實時接收顯示管理終端上傳的蓄電池參數(shù)信息，方便運行人員遠程監(jiān)控蓄電池運行狀態(tài)。當蓄電池出現(xiàn)故障時，蓄電池監(jiān)測工作站將發(fā)出告警信號，提醒運行人員及時進行檢查處理。該工作站亦可放置于設備室現(xiàn)場，亦可將蓄電池參數(shù)通過網(wǎng)線或光線傳送至遠方工控機處。

2.3創(chuàng)新點

（1）每臺蓄電池配置單獨的傳感器，簡化了接線，解決了接線復雜而導致的測量不準及誤報警的情況

（2）用RS485通信標準取代RS232可使傳輸距離由十幾米增加至幾百米上千米，同時進一步提升了抗干擾能力

（3）運用RS232/485轉換器，將RS485信號轉換成RS232信號，實現(xiàn)與工控機或PC的通信連接，通過蓄電池監(jiān)測工作站中的軟件實時讀取傳輸信息并對異常參數(shù)發(fā)出告警信號

（4）對于遠距離傳輸(大于100米)，單用網(wǎng)線已無法滿足要求時，可利用光貓實現(xiàn)網(wǎng)線與光纖之間的通信轉換，進一步延長傳輸距離。

2.4蓄電池傳感器通訊協(xié)議

2.4.1通訊接口

通信接口波特率的典型值為9600b/s，表征數(shù)據(jù)傳輸速率;包含8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位，其中停止位用以標志數(shù)據(jù)傳送的結束;傳感器地址可在0-254取值，一般而言默認地址為1。

2.4.2命令格式

當需要測量電壓等參數(shù)時，蓄電池監(jiān)測工作站將發(fā)送給傳感器相應的命令。其中，字節(jié)1表示傳感器的地址，字節(jié)2表示蓄電池監(jiān)測工作站發(fā)送給傳感器的指令，字節(jié)3表示校驗和。常用指令主要包括:測量電壓、溫度、阻抗值并存儲測量值，傳送存儲的電壓、溫度、阻抗值，指派ID、軟重啟等?？偩€上*多可連接254個模塊，對應254節(jié)蓄電池。對于110V蓄電池組，以每節(jié)蓄電池2．25V計算，則僅需取其中的52個模塊進行連接即可。

2.4.3返回數(shù)據(jù)格式

蓄電池傳感器模塊接收到正確指令后，將返回給請求端相應的數(shù)據(jù)。每一個傳感器單元傳送的任何響應均包含4個字節(jié)，其中，字節(jié)1代表傳感器的地址，字節(jié)4代表對字節(jié)1和字節(jié)2進行’逐位XOR’生成校驗和;數(shù)據(jù)A采用big-endian格式;數(shù)據(jù)B采用格式little-endian格式。數(shù)據(jù)格式為IEEE754無符號半浮點型，取值范圍為0-255.9375。

表1傳感器返回數(shù)據(jù)格式

2.4.4蓄電池參數(shù)的數(shù)據(jù)算法

IEEE754無符號半浮點型如表2所示。其中，F(xiàn)lag為整體標志，取0表示數(shù)據(jù)包包含測量信息;取1表示數(shù)據(jù)包包含狀態(tài)信息;Exp表示4個指數(shù)位;Man表示11個尾數(shù)位。

表2無符號半浮點型數(shù)據(jù)格式

設指數(shù)為Exp，蓄電池電壓為U，則當1＜Exp＜14時，有算法公式:U=2(Exp－7)*(1+Man/211)若指數(shù)超出該范圍，數(shù)據(jù)將溢出或報錯。例如，設數(shù)據(jù)A為0x42(十六進制)，數(shù)據(jù)B為0x02(十六進制)，將數(shù)據(jù)A和B轉化為二進制得:標志位為0，說明數(shù)據(jù)包包含測量信息，指數(shù)為1000，尾數(shù)為00100000010。代入公式得:U=2(8－7)*［1+(1*29+1*21)/211］≈2.50V即傳感器測得的電壓值為2．50V，并將該值返回給蓄電池監(jiān)測工作站。

2.5蓄電池監(jiān)測工作站的工作原理

傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過RS232/485轉換器轉換成工控機或者PC能夠讀取的數(shù)據(jù)，并通過預裝在蓄電池監(jiān)測工作站的應用程序對蓄電池參數(shù)進行存儲和分析，如果該數(shù)據(jù)超出正常范圍，則工作站將發(fā)出告警，提醒運行人員到現(xiàn)場檢查。

2.6現(xiàn)場應用情況

2.6.1應用實例

目前，該蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)已在部分換流站和變電站得到了應用，從應用效果看，該系統(tǒng)在參數(shù)測量準確性上有明顯提升，裝置誤報警的情況明顯下降;受限于施工條件，蓄電池數(shù)據(jù)的遠距離傳輸效果仍有待進一步驗證。

2.6.2經(jīng)濟效益

該裝置應用于換流站(變電站)的蓄電池系統(tǒng)中，一方面提升了蓄電池的運維水平，另一方面，也避免了蓄電池故障甚至燒毀而引發(fā)事故，避免了由此而帶來的巨大經(jīng)濟損失，從長期看，該裝置可為電力生產(chǎn)提供較好的經(jīng)濟效益。

3安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)

3.1平臺組成

安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。

AcrelEMS數(shù)據(jù)中心的能源管理提供quan方位的監(jiān)測和控制，主要分為電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、能耗統(tǒng)計分析（能源管理）、蓄電池監(jiān)控、精密配電監(jiān)控、智能母線監(jiān)控、智能照明、消防相關的子系統(tǒng)。

3.2平臺拓撲圖

3.3蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)

3.3.1蓄電池組

蓄電池組通常作為UPS電源的補充，用于提供更長時間的應急電源，以便在柴油發(fā)電機組無法提供電力時，為數(shù)據(jù)中心提供電力支持。

3.3.2蓄電池組分類

數(shù)據(jù)中心的應用已經(jīng)逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時，需要根據(jù)應用場景的要求和預算來選擇適合的蓄電池類型。

3.3.3蓄電池組一次接線圖

數(shù)據(jù)中心中的蓄電池通常采用一定數(shù)量的電池串聯(lián)組成電池組，并通過電線連接到UPS電源系統(tǒng)中。接線應遵循安全可靠的原則，以確保電池組的正常運行和使用壽命。當主電源發(fā)生故障或停電時，UPS電源系統(tǒng)將自動切換到蓄電池備用電源狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的持續(xù)運行。蓄電池組一次系統(tǒng)圖如圖所示。

圖蓄電池組一次接線圖

3.3.4蓄電池組監(jiān)控需求及主要設備選型

蓄電池組在數(shù)據(jù)中心UPS電源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，因此需要對其進行監(jiān)控，以確保其正常工作和延長使用壽命。以下是蓄電池組監(jiān)控的一些常見需求：

電池組狀態(tài)監(jiān)測：包括電壓、電流、溫度、容量等參數(shù)的監(jiān)測，以實時了解電池組的運行狀況。

電池組剩余壽命預測：通過監(jiān)測電池組的工作狀態(tài)和壽命指標，預測電池組的剩余壽命，提前進行維護和更換，避免電池組失效導致UPS電源系統(tǒng)失效。

自動測試和巡檢：定期對電池組進行自動測試和巡檢，以發(fā)現(xiàn)潛在的故障和異常情況，及時處理。

報警和預警功能：當電池組發(fā)生異?；虺霈F(xiàn)故障時，通過報警和預警的方式通知運維人員及時處理，避免事故的發(fā)生。

數(shù)據(jù)分析和記錄：通過對電池組數(shù)據(jù)進行分析和記錄，可以了解電池組的歷史運行情況，為優(yōu)化管理和維護提供數(shù)據(jù)支持。

蓄電池監(jiān)測主要由S模塊、C模塊及HS采集器組成。

4產(chǎn)品選型

5小結

隨著換流站(變電站)自動化水平的不斷提高，對蓄電池設備監(jiān)視的要求也越來越高，通過改進和優(yōu)化蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構，有效提升了參數(shù)測量準確性，解決了數(shù)據(jù)遠距離傳輸及監(jiān)視的問題，為換流站(變電站)的安全穩(wěn)定運行提供了有力保障。

參考文獻

[1] S800BM在線監(jiān)測系統(tǒng)項目運行報告．深圳市中聯(lián)通電子有限公司．

[2］S800BM蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)設備說明書．深圳市中聯(lián)通電子有限公司．

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版

[4] 葛萃輝，林錦峰.換流站(變電站)蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心的設計與應用。