变电站蓄电池在线监测系统的设计与研究

变电站蓄电池在线监测系统的设计与研究

吴世哲李媛媛于啸于瀚深刘喆韩斌郭永占

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（国网天津城东供电公司国网天津市电力公司检修公司300250）

摘要：变电站的蓄电池系统是直流系统中不可缺少的设备。电力系统正常供电时直流系统的蓄电池组处于浮充电备用状态；当交流电失电时，蓄电池迅速向事故性负荷提供能量。如各类直流泵、事故照明、交

流不断电电源、事故停电断路器跳合闸等，同时也必须为事故停电时的控制、信号、自动装置、保护装置及通信等负荷提供电力。显然在交流失电的事故状态下，蓄电池应作为变电站的备用能源，由此可见日常蓄电池维护的

重要性

关键词：蓄电池；在线监测系统；内阻

一、蓄电池在线监测技术的研究现状

判断蓄电池使用寿命的长短往往是依据电池的剩余容量能否满足机房的基本工作要求。对蓄电池进行实时在线监测是为了能及时得到相关数据，分析得出

相关参数，计算出整组或单个蓄电池的实际容量指标。通过放电检测判断电池实际容量的方法风险极大、工作量大、且耗电费时，频繁地对蓄电池进行深放电还会降低自身容量。因此这种深放电不能频繁进行，应定期进行，

而且时间间隔不能过小。深放电无法满足蓄电池定期维护的要求，所以一般采用其他方式进行。

国外很早就开始研究蓄电池内阻和性能之间的关系，用内阻测量法进行蓄电池性能的判断，但内阻测量复杂且易变，一般方法测量精度不高，存在较大的差异性，没有一个切实可行的模型可用；又由于其测量的范围和评估的

准确性有限，即使同样的方法进行测量，得出的结果也不一样。

仅对蓄电池的电压和容量测量是无法完全得出电池内部信息的。蓄电池在线监测系统能及时采集其相关数据，将收集整理的测量数据分析研究，能减少维修工作量，提高工作效率，及时发现性能不好的蓄电池单体，提高后备

电源系统可靠性。

二、蓄电池线监测系统的设计思路

2.1基本原理

在线监测大量试验数据和实践表明，蓄电池的端电压只有在电池彻底损坏时才会明显偏离正常值。而在电池未严重损坏前与正常值几乎无偏差。因而电压检测法在工程上很难发现已有故障的电池，只能找到严

重损坏或已经损坏的电池。因而就原理而言，电压检测法不能胜任电池的日常检测目的。因此相对于传统的蓄电池在线监测系统，本设计主要利用内阻测试原理：将一组电池组分成多个循环，每次测量内阻时先对第一个循环

进行放电，结束后再对第二个循环进行放电，直至最后一个循环。在放电的同时，系统高速采集每节电池的放电曲线，取得压降后测出每节电池的内阻。放电负载采用了恒流负载，确保电压变化时每次放电的电流不变。系统

可以被设成间隔一定时间自动测量一次内阻，无需人工干预。

2.2系统功能

蓄电池在线监测诊断系统应具备以下功能：适时监测、报告单体蓄电池的电压、温度及内阻；完全在线的内阻测量，测试过程无需放电和断电；第一时间捕捉、报告单体蓄电池劣化状态；放电状态下实现自动

连续捕捉、记录放电数据；完善的数据分析，智能化的蓄电池报告；可以检测单个电池的温度，预防火灾，指导用户及时改善蓄电池工作环境；独特的双耳四线制接线设计，确保监测数据的精确度；采用脉冲电流放电法测量

内阻，安全且对蓄电池不易造成伤害；分布式安装，传感器与蓄电池一一对应，现场布线简单；减少了蓄电池至控制器的长长连接线，杜绝了采集信号干扰及准确度；测量的数据可靠，抗干扰能力强；采用环形通信链接，提

高了系统的可靠性。

2.3系统组成

该系统一般可由以下几部分组成：单体性能检测器、采集器、电流传感器、协议转换器、服务器、监控主机等。通过监测模块对蓄电池的电压、温度及内阻等运行参数进行实时监控、测量，并通过光纤为传输

介质的千兆快速以太环网进行信号传输，将蓄电池的各项性能传输至中心站蓄电池网管进行分析，并在产生异常情况时直接通过状态告警，同时蓄电池在线监测系统还可以通过北向接口和通信管理系统级联，以方便调度人员

将告警信息及时告知运维人员进行处理。

三、常见问题的解决措施

3.1快速测量单节和多节蓄电池

对于单节蓄电池而言，一般是对电池注入一个交流信息，激起电池的响应，得到关于电压和电流的相位图，从而得出电池的状况。这种测量方法对电池不造成影响。对于多节蓄电池而言，往往是通过连接一个

负载，并在短时间内大量放电，在这短短几秒内往往电流能从25Ａ上升到70Ａ以上，而放电的电流与电池容量和型号有关，所以电压的跌落值与电流的比值就是电池的内阻。内阻的测量是通过负载接通和断开时的瞬间电压求

得的。这种测量方法虽然读数的精度很高，但造成电池内部电极产生极化电阻。

蓄电池的测量极其复杂多变，没有可以使用的模型或完全合适的方法，这是测量的一大难题。目前，常用测量参数有蓄电池的端压和内阻，而蓄电池的电压与容量之间没有明显的对应关系，处于浮充状态下的

端电压也无法真实反应电池的性能。

蓄电池在线监测系统采用较先进的数学模型，可以对多项测量结果进行较为全面的分析，从而得出蓄电池的相关性能，不但能得到其内阻、容量的参数，还可以根据历史记录数据的分析和实际情况的了解，进一步得出蓄电池承受荷载的能力及其使用性能。

3.2如何选择蓄电池容量测试方法

随着蓄电池充电次数的逐渐增加，内阻会逐渐变化。欧姆点是一个静态的参数，而极化电阻是动态的，在充放电过程中发生变化。测量电池的内阻是辨别电池状态的依据，但类型不同的电池内阻是不同的，相同类型的电阻也会因为化学特性不同改变内阻的变化。内阻是衡量电池性能的重要指标之一，通常情况下电池的放电能力越好则内阻越小，反之则越大。一开始蓄电池的内阻都比较小，但是经过长时间的使用，不断地充放电等都会造成内阻的增大，使得电池内部的能量不能完全释放，相应的电池容量也会降低。

有时在直流供电的状态下安装的蓄电池检测装置，明明蓄电池已经失效，但该装置却无法检验出来。所以，对于装置的检测结果不能完全依赖，只能起参考作用。放电试验是全面彻底地对电池内部备用电源系统的检查，这种检测方法适用于对单体电池和电池外部电路的故障检测。

核对放电法即利用100％库仑的深度放电，进行全面放电的容量测试，这是最直接的方法，并且放电的电流、电压精度极高。不论是进行在线检测还是离线检测，都要进行备用电源的防范设置，这是系统安全的保证。电导测量

法，因其使用的测量仪是交流法，只适用于一般的维护。

四、结语

通过加强变电站蓄电池在线监测系统的建设，可以有效实现对所辖变电站通信专用蓄电池组中单体蓄电池的电压、温度及内阻等性能的实时监测，及时发现蓄电池存在的安全隐患并进行告警提示，有效帮助运

维人员提高变电站通信专用蓄电池组的运维效率。

参考文献：

[1]吴武彬.变电站蓄电池在线监测系统设计与实现[J].通信电源技术，2014，31（6）

[2]徐师友．北斗语音通信设计与实现［Ｊ］．全球定位系统，2011，（４）：61－64