淺談高層換流站變電站蓄電池在線監測係統功能與應用

摘要：蓄電池作為(wei) 換流站及變電站低壓直流係統的重要組成部分，對其進行在線監測具有重要意義(yi) ;本文主要介紹蓄電池在線監測裝置的基本結構、基本原理，傳(chuan) 統結構的不足，同時提出蓄電池在線監測係統結構的改進方案並對相關(guan) 通信協議和數據算法進行了簡要說明。

關(guan) 鍵詞：蓄電池；在線監測；通訊協議

0引言

蓄電池是換流站(變電站)低壓直流係統的重要組成部分，其在運行過程中，容易出現極板短路或開路、蓄電池極柱、螺絲(si) 、連接條爬酸或腐蝕、浮充電壓不均衡等異常現象。如果以上現象無法及時被發現，極有可能造成蓄電池電壓降低，供電時間顯著下降，嚴(yan) 重時，可能導致蓄電池發生火災、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(nei) 阻、容量等參數的變化，因此，研究一種能夠有效監視蓄電池參數的在線監測裝置具有重要意義(yi) 。

1蓄電池在線監測係統的傳(chuan) 統結構

目前，在換流站及變電站通常采用電池巡檢儀(yi) 和集中監控裝置相結合的方式對蓄電池參數進行測量。單隻電池巡檢裝置可獨立測量蓄電池組中單體(ti) 電池的端電壓、溫度等狀態量，

實時監視整組蓄電池的運行狀況，同時將數據上傳(chuan) 集中監控器，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(yu) 集中監控器相連接。但是，由於(yu) 單個(ge) 蓄電池巡檢模塊對應多個(ge) 蓄電池，因此導致蓄電池巡檢儀(yi) 接線複雜，容易出現導線鬆動或連接不到位導致誤報警等情況;同時由於(yu) RS232通信標準傳(chuan) 輸距離的局限性，使蓄電池參數僅(jin) 能就地查看，無法傳(chuan) 送至遠方。

2蓄電池在線監測係統的改進結構

2.1技術要求

針對傳(chuan) 統蓄電池巡檢儀(yi) 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，減少誤報警的發生，同時具備接線簡單，安裝方便等優(you) 點;

（2）通過改進通信傳(chuan) 輸方式，實現蓄電池參數遠距離傳(chuan) 輸。

2．2基本構造及原理

蓄電池在線監測係統主要由以下三部分組成，拓撲結構如下圖所示。

蓄電池在線監測係統示意圖

2.2.1蓄電池傳(chuan) 感器

安裝於(yu) 每一節蓄電池本體(ti) ，用來測量蓄電池的電壓、內(nei) 阻、溫度、容量等參數，傳(chuan) 感器均連接與(yu) S-BUS總線上。

2.2.2通訊轉換模塊

實現S-BUS與(yu) RS485之間的通信轉換，並將數據經網線或光纖傳(chuan) 送至蓄電池監測工作站。鑒於(yu) RS232通信標準的理論傳(chuan) 輸距離僅(jin) 為(wei) 15米，為(wei) 實現遠距離傳(chuan) 輸，用RS485通信標準作為(wei) 替代，可使傳(chuan) 輸距離提升至幾百米至上千米，能夠滿足換流站(變電站)應用範圍的要求。

2.2.3蓄電池監測工作站

位於(yu) 遠方控製樓內(nei) ，能夠實時接收顯示管理終端上傳(chuan) 的蓄電池參數信息，方便運行人員遠程監控蓄電池運行狀態。當蓄電池出現故障時，蓄電池監測工作站將發出告警信號，提醒運行人員及時進行檢查處理。該工作站亦可放置於(yu) 設備室現場，亦可將蓄電池參數通過網線或光線傳(chuan) 送至遠方工控機處。

2.3創新點

（1）每台蓄電池配置單獨的傳(chuan) 感器，簡化了接線，解決(jue) 了接線複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(chuan) 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幹擾能力

（3）運用RS232/485轉換器，將RS485信號轉換成RS232信號，實現與(yu) 工控機或PC的通信連接，通過蓄電池監測工作站中的軟件實時讀取傳(chuan) 輸信息並對異常參數發出告警信號

（4）對於(yu) 遠距離傳(chuan) 輸(大於(yu) 100米)，單用網線已無法滿足要求時，可利用光貓實現網線與(yu) 光纖之間的通信轉換，進一步延長傳(chuan) 輸距離。

2.4蓄電池傳(chuan) 感器通訊協議

2.4.1通訊接口

通信接口波特率的典型值為(wei) 9600b/s，表征數據傳(chuan) 輸速率;包含8位數據位，1位停止位，無校驗位，其中停止位用以標誌數據傳(chuan) 送的結束;傳(chuan) 感器地址可在0-254取值，一般而言默認地址為(wei) 1。

2.4.2命令格式

當需要測量電壓等參數時，蓄電池監測工作站將發送給傳(chuan) 感器相應的命令。其中，字節1表示傳(chuan) 感器的地址，字節2表示蓄電池監測工作站發送給傳(chuan) 感器的指令，字節3表示校驗和。常用指令主要包括:測量電壓、溫度、阻抗值並存儲(chu) 測量值，傳(chuan) 送存儲(chu) 的電壓、溫度、阻抗值，指派ID、軟重啟等。總線上*多可連接254個(ge) 模塊，對應254節蓄電池。對於(yu) 110V蓄電池組，以每節蓄電池2．25V計算，則僅(jin) 需取其中的52個(ge) 模塊進行連接即可。

2.4.3返回數據格式

蓄電池傳(chuan) 感器模塊接收到正確指令後，將返回給請求端相應的數據。每一個(ge) 傳(chuan) 感器單元傳(chuan) 送的任何響應均包含4個(ge) 字節，其中，字節1代表傳(chuan) 感器的地址，字節4代表對字節1和字節2進行’逐位XOR’生成校驗和;數據A采用big-endian格式;數據B采用格式little-endian格式。數據格式為(wei) IEEE754無符號半浮點型，取值範圍為(wei) 0-255.9375。

表1傳(chuan) 感器返回數據格式

2.4.4蓄電池參數的數據算法

IEEE754無符號半浮點型如表2所示。其中，Flag為(wei) 整體(ti) 標誌，取0表示數據包包含測量信息;取1表示數據包包含狀態信息;Exp表示4個(ge) 指數位;Man表示11個(ge) 尾數位。

表2無符號半浮點型數據格式

設指數為(wei) Exp，蓄電池電壓為(wei) U，則當1＜Exp＜14時，有算法公式:U=2(Exp－7)*(1+Man/211)若指數超出該範圍，數據將溢出或報錯。例如，設數據A為(wei) 0x42(十六進製)，數據B為(wei) 0x02(十六進製)，將數據A和B轉化為(wei) 二進製得:標誌位為(wei) 0，說明數據包包含測量信息，指數為(wei) 1000，尾數為(wei) 00100000010。代入公式得:U=2(8－7)*［1+(1*29+1*21)/211］≈2.50V即傳(chuan) 感器測得的電壓值為(wei) 2．50V，並將該值返回給蓄電池監測工作站。

2.5蓄電池監測工作站的工作原理

傳(chuan) 感器傳(chuan) 送過來的數據經過RS232/485轉換器轉換成工控機或者PC能夠讀取的數據，並通過預裝在蓄電池監測工作站的應用程序對蓄電池參數進行存儲(chu) 和分析，如果該數據超出正常範圍，則工作站將發出告警，提醒運行人員到現場檢查。

2.6現場應用情況

2.6.1應用實例

目前，該蓄電池在線監測係統已在部分換流站和變電站得到了應用，從(cong) 應用效果看，該係統在參數測量準確性上有明顯提升，裝置誤報警的情況明顯下降;受限於(yu) 施工條件，蓄電池數據的遠距離傳(chuan) 輸效果仍有待進一步驗證。

2.6.2經濟效益

該裝置應用於(yu) 換流站(變電站)的蓄電池係統中，一方麵提升了蓄電池的運維水平，另一方麵，也避免了蓄電池故障甚至燒毀而引發事故，避免了由此而帶來的巨大經濟損失，從(cong) 長期看，該裝置可為(wei) 電力生產(chan) 提供較好的經濟效益。

3安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理係統

3.1平台組成

安科瑞電氣緊跟數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率並降低運維成本。

AcrelEMS數據中心的能源管理提供的監測和控製，主要分為(wei) 18luck新客户端、動環監控、能耗統計分析（能源管理）、蓄電池監控、精密配電監控、智能母線監控、智能照明、消防相關(guan) 的子係統。

3.2平台拓撲圖

3.3蓄電池監測係統

3.3.1蓄電池組

蓄電池組通常作為(wei) UPS電源的補充，用於(yu) 提供更長時間的應急電源，以便在柴油發電機組無法提供電力時，為(wei) 數據中心提供電力支持。

3.3.2蓄電池組分類

數據中心的應用已經逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時，需要根據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

數據中心中的蓄電池通常采用一定數量的電池串聯組成電池組，並通過電線連接到UPS電源係統中。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。當主電源發生故障或停電時，UPS電源係統將自動切換到蓄電池備用電源狀態，以確保係統的持續運行。蓄電池組一次係統圖如圖所示。

圖蓄電池組一次接線圖

3.3.4蓄電池組監控需求及主要設備選型

蓄電池組在數據中心UPS電源係統中發揮著重要作用，因此需要對其進行監控，以確保其正常工作和延長使用壽命。以下是蓄電池組監控的一些常見需求：

電池組狀態監測：包括電壓、電流、溫度、容量等參數的監測，以實時了解電池組的運行狀況。

電池組剩餘(yu) 壽命預測：通過監測電池組的工作狀態和壽命指標，預測電池組的剩餘(yu) 壽命，提前進行維護和更換，避免電池組失效導致UPS電源係統失效。

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

報警和預警功能：當電池組發生異常或出現故障時，通過報警和預警的方式通知運維人員及時處理，避免事故的發生。

數據分析和記錄：通過對電池組數據進行分析和記錄，可以了解電池組的曆史運行情況，為(wei) 優(you) 化管理和維護提供數據支持。

蓄電池監測主要由S模塊、C模塊及HS采集器組成。

4產(chan) 品選型

5小結

隨著換流站(變電站)自動化水平的不斷提高，對蓄電池設備監視的要求也越來越高，通過改進和優(you) 化蓄電池在線監測係統的結構，有效提升了參數測量準確性，解決(jue) 了數據遠距離傳(chuan) 輸及監視的問題，為(wei) 換流站(變電站)的安全穩定運行提供了有力保障。

安科瑞侯文莉