王 仙，俞 璇，张光莹，杨博皓，卢马鸿

（1.云南电网有限责任公司曲靖供电局，云南 曲靖655000；2.四川华环电子技术有限公司，四川 成都610041）

0 引 言

近两年来，通信电源全停导致的事故事件越来越多。多数通信电源全停是由蓄电池组故障漏监控引发，因此通信电源系统维护和故障预防变得越来越重要。

1 通信电源维护现状分析

通过多次事故事件原因分析发现，现有通信电源系统维护存在如下问题。

（1）目前，实现蓄电池监控的主要方式是通过采集单体电压值来判断蓄电池性能优劣，但该方式仅通过单体电压来判断蓄电池性能优劣并不够准确。

（2）目前，蓄电池的维护基本以人工到现场做放电试验实现，该方式仅能起到核容的作用，对蓄电池的性能改善并没有意义，且该方式耗费大量的人力、物力，也存在现场人员触电和交通安全风险。

（3）近年来，不少单位开始对蓄电池的监控和维护重视起来，在原有通信电源监控系统的基础上，又增加了一套蓄电池智能维护系统，两套独立的系统，从施工到竣工后运维阶段，工作量、成本以及风险均是成倍增加。

2 通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统的必要性

通信电源系统通常被称为通信系统的心脏，其工作不正常，将会造成通信系统故障，甚至导致变电站继电保护、安稳、自动化等通道中断，从而造成严重的电网事故事件。蓄电池[1]作为通信电源系统的重要组成部分，在市电停电的情况下，为机房内的通信设备供电，其健康安全的运行尤为关键。蓄电池组现有管理模式主要方式是通过人工到现场采集蓄电池单体电压和每年进行一次核对性放电来判断蓄电池性能优劣。但通过该方式来判断蓄电池性能优劣并不够准确，且该方式维护工作量大，耗费大量的人力、物力，存在现场人员触电和交通安全风险。

针对这个问题，云南电网曲靖供电局基于通信电源监控系统的特征，研究出一种区别于现有维护方式[2]，利用物联网及大数据分析的管理模式，将客户机/服务器处理方式和对等数据处理方式相结合的分布式计算机监控系统，在不停电的状态下甄别安全隐患（定性判断）、依据大数据有选择性的核容测试获取精准的测试数据（定量判断），避免安全事故，提高精细化维护管理水平。

3 通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统系统设计及原理

3.1 设计目标

结合运行中的通信电源系统和蓄电池的维护在实际生产运行中的需要，通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统应具有如下功能：

通信电源系统的实时监测功能，监测量包括输入电压、旁路电压、输出电压、输入电流、旁路电流、输出电流、输入频率、旁路频率、输出频率、有功功率、标称功率、功率因数、蓄电池单体电压、蓄电池端电压及蓄电池内阻值等；

通信电源的遥控、遥调功能，对通信电源的遥控和遥调要求命令下发的准确率≥99.9%；

蓄电池远程核容功能，可对整组通信蓄电池按0～0.15C10的标准进行远程恒流放电；

蓄电池在线养护功能，基于在线实时监测的蓄电池数据，按照运行指标，对不达标的电池组（单体）进行在线养护；

蓄电池内阻测试功能；

蓄电池性能预测功能，对蓄电池的性能进行准确的预测，并能提供有效的维护建议。

3.2 系统架构

本通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统由主站和子站两部分组成，主站是指服务器及服务器软件，子站是指变电站的终端硬件装置。系统采用模块化设计，模块间独立性好，可扩展性高，可维护性强，在线维护时不影响在监测的设备。

子站端的蓄电池在线监测养护模块向上通过供电局的内部网络将下端各采集模块采集的数据传送至主站端服务器；向下具备A+B两条支路，A支路通过RS-232连接蓄电池监测及放电系统，对机房内蓄电池进行管控，B支路以总线方式对通信电源监控及接入各动环监控单元模块，如图1所示。

图1 系统拓扑图

3.3 功能实现

3.3.1 在线监测、告警、上传功能

系统基于物联网管理模式，将机房内高频通信电源柜、UPS、蓄电池组等各类设备全部纳入系统管理内容，通过对各类设备运行参数的采集和存储，形成大数据，进而通过系统管理云平台对数据进行智能分析并予以展示，其监测电池组单体电压精准值≤0.2%、端电压≤0.5%、电流精准值≤1 A，告警响应时间≤5 s。

3.3.2 通信电源的四遥功能

系统通过通信电源信息采集模块与蓄电池在线监测养护模块对接，通过通信电源的通信协议，实现对开关的遥测、遥信、遥控和遥调，如图2所示。

图2 通信电源四遥功能网管界面图

3.3.3 蓄电池远程核容功能

通过系统网管平台下发控制指令，控制交流检测控制模块，使其处于“放电状态”，蓄电池通过容量测试模块进行在线放电，放电电流恒流可调（0～0.15C10）。以多重放电参数为条件（电池单体电压、电池组总电压、放出容量、放电时长及温度），放电过程中任意一项参数达到设定阈值自动停止放电，并控制蓄电池恢复至正常工作模式。放电全程，系统精准的记录放电时长、放出容量、单体电压变化情况。测试结束后，系统自动生成PDF和EXCEL测试报告，可供随时下载查看。

图3 远程核容原理图

图3中，虚线框为交流检测和控制模块。正常工作时，该模块内部的直流接触器处于常闭节点，即节点A与B处于连通状态。此时，蓄电池容量测试模块与蓄电池处于脱离状态。

需要进行蓄电池容量测试时，只需点击网管上的“远程放电”按钮并设定放电各项参数，蓄电池智能在线监测养护一体仪收到该控制指令后，立即控制交流检测和控制模块内的直流接触器动作，使节点A与C处于连通状态，从而使该组电池脱离系统，并控制蓄电池容量测试模块开始工作，进行蓄电池放电容量测试试验。放电过程全程检测电池放电电流，并通过蓄电池容量测试模块实时进行控制，以保证放电全程蓄电池均处于恒流放电状态，使蓄电池容量测试更加稳定和精准。

需要手动终止放电时，只需点击网管上的“停止放电”功能，当蓄电池智能在线监测养护一体仪收到该控制指令后，控制蓄电池容量测试模块停止工作，将该组蓄电池并回供电系统，由开关电源开始对蓄电池充电，并全程检测电池充电时的各项参数，从而完成对蓄电池的在线充电监测功能。

3.3.4 蓄电池在线养护功能

蓄电池组在浮充状态下各节电池处于相对稳定的平衡状态，电池是静止的。蓄电池在线监测模块分时序将尖脉冲[3]和充电电压[4]加载在每节电池上，可消除电池已有劣化，改善电池均匀性，延长蓄电池的使用寿命，如图4、图5所示。

图4 硫化消除过程

图5 蓄电池养护过程

3.3.5 蓄电池内阻测试功能

本通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统采用直流内阻测技术[5]，即通过对蓄电池进行大电流瞬时放电，测量电池放电瞬间的压差，计算出蓄电池的内阻（R内阻=ΔV/I=V2-V1/I），如图6所示。

3.3.6 蓄电池性能预警功能

本通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统采用模糊推理系统和神经网络[6]的理论建模，充分地结合了模糊推理易于直接在建模过程中包容人类对目标系统专门知识的优点，和神经网络具有任意非线性关系和学习能力的优点，将蓄电池组在各种状态下的单体电压、端电压、内阻值等纳入模型，经过内部模型分析，通过网管平台输出蓄电池的预警信息，并给出合理的维护建议，将事故扼杀在萌芽状态，如图7所示。

图6 内阻测试原理图

图7 蓄电池性能预警模型

4 通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统的应用带来的效益

（1）提高运维工作效率。（2）降低运维成本。（3）预防事故事件、降低风险。

5 结 论

依托通信电源智能管理及蓄电池在线监测维护系统，可以解决通信系统电源设备迅速增加与相关维护人员不变之间的矛盾；通过实时监测、遥控操作、性能分析、告警处理等有效手段，可以减少维护工作量，减少事故发生、缩小故障范围；在无人值班的变电站中的应用，可实现对通信电源的科学化管理，保证通信电源系统可靠安全运行，且符合变电站自动化、数字化的发展方向。