浅谈分布式网络监控下的蓄电池健康状态研究

天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂 张晓光

蓄电池组作为发电厂生产设备后备应急电源，是保障电厂是否正常运行及管理的最后手段，所以对于蓄电池的健康状态监测尤为重要。目前电厂在用电池包含荷贝克、圣阳、汤浅、阳光等品牌的蓄电池组，各组蓄电池投入使用时间不一且各厂家蓄电池性能不一，电池性能标准也不一致，蓄电池稳定性未能科学量化。

当前监测各个蓄电池组的运行状态，主要依据人工定期对蓄电池进行电压量、外观、外表温度等进行检查，以及年度对蓄电池组进行大充大放核对下检查，很难做到实时监测蓄电池运行状态及内阻，无法及时掌握蓄电池健康状态。同时各厂家蓄电池成本不一，为保障项目投资效果最优、性价比最高，检测在用蓄电池工作性能指标、稳定性能为后期项目建设提供科学化依据。

为保障蓄电池组健康运行，厂站通过采用新型蓄电池监控思路，对厂站蓄电池组进行基于分布式网络的在线式监控。同时，通过在线式远程核容装置定期对蓄电池组健康状态进行研究，完善发电厂对厂用蓄电池科学监测及管控，实时掌握蓄电池健康状态，并实现对不同品牌蓄电池运行质量进行对比，完善电厂蓄电池质量库，为后期项目蓄电池组建设提供可视化科学依据。

1 厂站蓄电池情况介绍

厂站根据工作需求，不同专业和系统配置不同蓄电池组，蓄电池组数量多，品牌杂，无法客观的监测不同厂家蓄电池的性能，以往通过月度测量电压量、外观等定检工作，以及每年年度开展的通过假负载离线式进行大充大放核容试验，往往很难及时发现蓄电池的性能下降，从而造成更严重的损害，同时也不能有效评估不同蓄电池经济效益的投资比。

此次拟进行测试的蓄电池，包括两套机房UPS 电源系统配套的蓄电池组（2套UPS5000-E 200kVA UPS 交流供电；配套德国阳光蓄电池组1组、汤浅蓄电池组1组，每组蓄电池节数为84节），和两套通信直流电源系统配套的蓄电池组（2套ZJDY48-200直流供电；配套德国阳光和汤浅蓄电池组各1组，每组蓄电池节数均为24节）。通过对同一时期投入运行的不同品牌的蓄电池组进行在线监测、在线式核容，实时跟踪蓄电池组的健康状态。

2 厂站蓄电池状态研究方案

开展电厂厂区综合性机房通信蓄电池维护现状、存在问题、需求及相关技术的调研：研究蓄电池维护及停电事故现状和存在的问题，完成智能运维技术研究，提出维护系统的完善方案。

依托厂区综合性机房已经具备的条件，立足在厂区综合性机房内模拟或仿真蓄电池运行模型，论证可行性。同时，在此基础上不断发现环堆中的各种变量，及时修改设备运行参数、完善系统软件、调整传输技术．确保试验数据的稳定性、可靠性、重现性和真实性。

以厂区综合性机房UPS 电源、直流48V 电源系统的蓄电池组为研究对象。在真实的环境中对技术进行测试。召开项目协调和技术方案论证会议，并对研究项目成果进行评审。

搭建试验网，完成对全在线蓄电池智能维护系统性能的侧试和脸证，完成报告。

研究全在线蓄电池智能维护系统技术发展方向．提出实现基于远程维护、内阻测试、在线充放电关键技术和实现方案。

现场安装具备蓄电池远程核容及智能维护系统的硬件设备。

后台安装可以远程在线操作的测试系统，并对蓄电池组开展远程核容试验。

3 蓄电池健康状态研究

3.1 蓄电池在线监测

蓄电池在线监测的包括：蓄电池工作状态、蓄电池容量、蓄电池组总电压、单体电池电压、充/放电电流、蓄电池极柱温度、蓄电池内阻（电导）、续航时间预估等参数。

通过对每节电池在线内阻（电导）测试，计算整组电池均匀性差异，通过电池均匀性对整组电池中的落后电池进行查找定位，并对电池组性能进行定性判断。

单体电池监测，采用一拖一监测的方案，即：一节电池接一个监测模块，该模块采集单体电池的电压，内阻和负极柱温度。

单体电池监测模块应具备自动顺序编号的功能，能自动和电池编号一一配对。

表1 实时监控数据报表

3.2 远程核容装置功能

现场安装远程核容装置，远程核容装置具有独立的DC/DC 升压放电模块，通过远程核容主站系统（蓄电池后台监控管理平台）在线式对各个蓄电池组进行放电、充电核容操作，并在放电过程中系统自动记录测试参数，通过对蓄电池组充放电试验，达到测量蓄电池容量的目的。

图1 电路拓扑图

远程核容装置利用用户实际直流负载对电池组进行放电(DC/DC)，以达到电池组节能放电目的。为保证在线升压核容安全性，其升压DC/DC 应使用输入输出变压器隔离型的DC/DC 技术，其输出的电压由变压器决定了控制在安全范围内，保证系统设备的安全，避免出现DC/DC 电路故障导致过压损坏系统设备的情况。

远程核容系统具备手动停止放电功能：正常情况下，核容系统对蓄电池组正常开展放电测试，一旦遇到系统故障或其他紧急情况时，运维人员可以通过主站系统在蓄电池放电期间任意时刻手动中断放电过程。

根据远程核容放电参数的设置，当远程放电过程中，放电容量、放电时间、单体电压下限值、组端电压下限值、在线电压低、升压上限、单体温度等任意一项参数达到设定值时，整个放电系统可以自动停止放电工作，以保护运行中的蓄电池组。

远程核容装置能够对放电过程全程进行监测，并在监控管理平台上能够以曲线、图表等多种形式显示放电过程的放电电流、电池电压、各单体电压、组端电压、电池容量的变化情况。

可以在远程核容装置上进行自动预约蓄电池组远程核容，同时平台上能自动提示并停止冲突预约或不满足电源充放电等条件的预约。

3.3 蓄电池核容监控主站（蓄电池后台监控管理平台）建设

蓄电池后台监控管理平台具备对厂区综合性机房蓄电池组进行远程在线容量测试的功能，即通过蓄电池后台监控管理平台下发指令，使蓄电池节能在线放电。以多重放电参数为条件，其中任意参数达到阈值自动停止放电；系统能够准确记录放电的时间及时长、单体电压实时的变化情况，组端电压情况以及放电容量，可直接查询、也可生成报表。

在线充电监测功能能对放电结束后电池的充电全程进行监测，并以曲线、图表等多种形式显示充电过程的充电电流、电池电压、各单体电压、电池容量的变化情况。

可以通过蓄电池后台监控管理平台实时对电池放电过程及充电过程进行监测，并且监测的数据能够通过柱状图、变化曲线、数值分析表等多种形式汇总生成蓄电池充放电测试报告，并可导出报表。蓄电池组后评估数据，有助于在蓄电池远程核容后对蓄电池健康状态的性能进行分析。

图2 历史数据图

蓄电池后台监控管理平台，可以查询不同蓄电池室不同蓄电池组的设备以及蓄电池组的实时和历史运行信息，并导出生产报表。

表2 蓄电池后评估数据

能够对各节单体电池的电压、内阻（电导）变化趋势进行全程记录，并根据变化提示告警。

报警服务功能，记录蓄电池的电压超限报警、温度超限报警、内阻（电导）超限报警等，并在网管界面通过滚动报警、实时报警、历史报警方式来查询，声光、软件界面、系统接口推送进行报警，并可实现按不同级别报警的功能。同时，告警信息可以表格形式导出，便于排查分析。

蓄电池后台监控管理平台采用B/S 架构，实现电厂内不同地方的多个部门同时使用，很大程度上也减少了运维人员的日常巡检、月度定检的工作量。

表3 电池告警历史数据

综上，通过采用新型蓄电池监控思路对厂区综合性机房已建设电源系统进行监测，实时监测已建的汤浅、阳光蓄电池容量、温度、电流、电压、电阻、蓄电池组在进行放电时的工作状态，以及蓄电池组在进行放电后对蓄电池的损耗状态、监测蓄电池的使用寿命。

同时，鉴于电厂厂区使用多组荷贝克、圣阳、汤浅、阳光等品牌的蓄电池组，厂站将会尽快落实蓄电池的健康状态监测设备的建设，进一步完善多个蓄电池品牌产品在使用过程中蓄电池容量、温度、电流、电压、电阻、蓄电池组在进行放电时的工作状态、蓄电池组在进行放电后对蓄电池的损耗状态，估算各品牌各型号的蓄电池的使用寿命、健康状态，实现对各品牌蓄电池运行质量进行对比，完善发电厂蓄电池质量库，为后期项目蓄电池组建设提供可视化科学依据。

经过项目成果评审，此次实时监测已建的汤浅、阳光蓄电池容量、温度、电流、电压、电阻、蓄电池组在进行放电时的工作状态，以及蓄电池组在进行放电后对蓄电池的损耗状态、能估算蓄电池的使用寿命，研究结果显著。