张九天　刘健宏　赵丁锋　黄伟纳　梁杉

摘要：蓄电池可以为变电站提供低压直流电源，作为整个电网不可或缺的重要组成部分，对蓄电池的研究一直未停止，尤其是对蓄电池在线监测装置的研究对于变电站事故应急处置，确保电网稳定安全运行具有十分重要意义，本文着重就这一课题展开研究，希望能给相关专业人士以参考。

关键词：蓄电池;在线监测;装置系统

引言

随着国家大数据战略的发展，对于电力系统技术的革新发展无疑是巨大的。对于蓄电池在线监测的研究不仅仅可以实现蓄电池的的无人值守管理，还可以实现其集约化管理，基于大数据技术，电力系统开展了一系列的变电站蓄电池在线健康维护试点工作，为实现远程化和区域化蓄电池管理提供可借鉴的技术和经验，也大幅度降低了运行维护管理的成本，提升了安全运行的水平，增强了电网的可靠性。

一、变电站蓄电池简介

从当前变电站蓄电池使用情况来看，阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称蓄电池）由于其优越的性能被大量广泛使用，被市场接受认可度较高，其主要作用为：当变电站电源失去电力时，蓄电池可以为断路器等内部设备提供断路动能。所以蓄电池的性能直接关联着整个电网的安全稳定，必须引起高度重视。但从实际运行维护情况来看，目前还存在很多不确定因素导致蓄电池寿命缩短和性能降低，必须针对问题症结，优化维护手段，提升蓄电池的可靠性。本文所研究的对于蓄电池再现监测装置的研究就是其中较为有效的手段之一。

变电站内的蓄电池组是电力系统的最后防线，作为应急状态下供电的储能设备，在交流电供电常态下，其处于浮充电满容量状态，当直流负载瞬时超过充电机额定输出电流情况下，其即时提供无延时的负载电流，确保母线电压正常。蓄电池作为故障状态下为站内一级、二级设备提供电源的重要设备，必须高度重视其自身质量的好坏，因为其应用价值远远高于其本身的价值。从理论上分析，绝大多数蓄电池是免维护的，设计寿命已经达到了或接近于12年，但从工作实践来看，理论值难以达到，一般平均寿命为6至8年。由于蓄电池发生故障导致电网事故的不胜枚举。2013年贵州电网的I 級事故，主要是贵州电网的滥坝站220k V I 段母线发生短路，而该线上所有的断路器全部拒动，造成滥坝站全站失压。事后分析原因，主要是蓄电池组很久未得到彻底科学的维护，造成自身内阻的增大，一些蓄电池内阻竟然达到2500μΩ，电压达到5V 以上，基本呈现开路状态。

二、当前蓄电池维护上存在的问题

“预防性维修”、“周期性维护”是当前对于蓄电池维护的基础理论依据，但基于这一理论的实践还存在以下矛盾问题。

一是工作量大且需要停电试验，根据国家电网有关蓄电池的管理规定，必须每两至三年就要实施一次核对性放电试验、测量单体内阻必须每三个月落实一次、测量浮充电压必须每月一次，连续运行6年及以上的蓄电池组，必须落实每年一次核对性放电试验。根据这一规定，以一个普通的地市为例，需要对350多个蓄电池组，核对性放电试验每年必须落实160 组/次以上，每次试验需要耗费时间数10小时，每次试验需要耗费人力资源4 人/次，按此计算，每年就是6400小时左右，耗费了大量的人力物力资源，目前电网蓄电池组的数量还处于上升阶段，真正其维护量还在不断上升。

二是蓄电池组在检修状态下，不能真正反映其缺陷。这与传统的蓄电池巡检仪息息相关，该仪器采集数据精度较差，仅具有单一的告警功能，维护人员无法真实掌握电池性能情况。

三是周期性维护有其固有缺陷，故障大概率发生在两次维护期间内，维护时故障已经存在一段时间，维护修复的时效性较差。

四是对于一些严重问题，周期性维护无法真正发现处置。主要原因是：少数蓄电池组出厂时就有其固有缺陷，如制造工艺问题，设计问题等等，这些问题极易导致正极板鼓胀生长等问题，出现高阻接触时则会导致短路现象，严重的甚至会导致金属性爆炸起火，小电流放电也会导致容量亏空，形成蓄电池开路。

五是周期性维修有时也会导致资源的浪费，造成过度维修。为了对这一周期性问题实施弥补，目前提出的“蓄电池状态检修”理论可以较好的解决这一问题，其原理是：蓄电池的老化、起鼓等问题是具有阶段性的，表现为物理的、化学的渐变的过程，可以采取持续采样的方式实施处理分析，对其容量和性能也可以实时进行判断，提前处理故障，较好的弥补周期性维修的缺陷。

三、蓄电池在线监测装置及系统研究

对蓄电池实施在线监测需要实时掌握蓄电池性能，但必须破除以往监测花费时间长，耗费资源等问题，必须对监测系统进行重新的构建，在系统功能上，不仅仅只能实现在线实时监测，还需实现设计维护维修、风险评估等功能，从而使检修更为顺畅。

（一）系统架构与功能

系统架构图具体如图1 所示，实现主要功能如下：

一是在线监测。其在线监测主要实现以下内容：一个是单体电池电压电流，另一个是蓄电池的电阻;再一个是环境与温度参数等。

二是测试性放电，其主要内容包括蓄电池组的放电充电及运行状态的监测与切换，对直流系统进行远程监测。

三是充电机监控。主要包括直流母线、交流输入和充电装置警报以及绝缘故障;模块输出的电流电压、输入电压;开换机及电压的调整与切换等。

四是状态评价。主要包括信息数据的统计，一般以图表形式呈现;放电情况和具体分析判断;电压变化参数、离散情况;放电电压的自动监测和曲线图绘制;对异常情况的全面评价和分析;完成对蓄电池组的报告评价。并以此评价为依据，针对性制定维修维护举措。

五是制定预防措施。实施自动均衡处理，确保电池电压始终保持相对一致，从而延长蓄电池的在线监测管理系统使用期限。

（二）实施状态检修

所谓“状态检修”主要指对于故障的及时识别后，制定科学的维修计划，并选择科学的维修时间和计划，一般来说包括以下几个步骤：

一是实施信息的收集。这一步骤一般在状态检修前完成，主要包括设备制作资料、运行资料、检修和维护资料等等，这些数据信息可以为评价提供有力的支撑，此外，对于信息的准确性和完整性也高度重视，必要时必须反复核查，消除数据偏差和误差。

二是实施状态评价。对获取的设备维修运行的各项数据资料进行追踪管理与整理分析，掌握准确的运行情况，分析运作趋势。

（三）实施科学的风险评估

其主要目的是掌握设备运行过程中隐藏的风险，并制定出科学的解决方案，进行风险预测。并对可能发生的风险概率和损害做出判断并加以控制。

（四）科学制定策略

在掌握风险评估和评价之后就可对设备实施全面排查，要根据检修的要求科学制定检修方案。并以评估结果作为依据，进一步明确检修部位和检修方式。

四、蓄电池在线监测发展前景展望

（一）电池数据实时传输和4G网络融合装置研究

以往电池放电过程的电压监测采集须将电压采集模块一一对应的夹在蓄电池正負极两端，本项目省去取下、放回蓄电池防尘罩工作过程;省去安放、取下电压采集模块的工作过程，从而减少工作量，提高工作效率，降低工作成本; 规避了因安放、取下电压采集模块产生的人身触电伤亡的风险;规避了蓄电池短路烧损的风险;规避因人身触电、蓄电池短路造成的直流系统异常，保护装置误动、拒动的情况出现。能实时监测电池电压和内阻数据，解决数据远距离传输问题，将4G网络技术、现场数据处理技术和无线技术相融合，实现网络化管理，在现有装置上再创新，使接收终端和负责人员可以实时掌握电池状况，减少工作强度，减低投资成本，更充分保障系统运行安全。

（二）研发新型蓄电池管理系统

研发新型电池管理系统，对于储能行业的监测具有重大的意义。近年来，大数据技术的普及给蓄电池的在线监测分析提供了一条新道路。大数据分析可以在以下四个方面发挥作用：一是数据挖掘算法;二是可视化分析;三是预测性分析能力;四是数据质量和数据管理等。各级电力部门也结合工作实际提出了3V和3E的电力行业大数据分析要求，这些必将助推电池管理走上自动化、智能化的道路。

五、结语

综上所述，蓄电池作为电网系统的重要设备，其维护管理实时监测等功能的实现不仅仅是自身的需要，更是整个电网安全稳定运行的需要。本文本着问题导向，分析了当前蓄电池维护管理上的一系列问题，对在线监测装置的系统构架和功能实现进行了阐述，最后提出了展望，必将为助推该装置的研发，也必将有较好的市场应用前景。

参考文献：

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