變電站蓄電池遠程充放電控制系統的研究*

*基金：2020年國家電網公司研究開發費項目計劃（群創和技術標準）（5211JX20000P）

作者簡介：龍波（1982—），男，工程師，從事變電運檢工作。

0   引言

隨著電網的發展，蓄電池是電力電源系統中直流供電系統的重要組成部分，它作為直流供電電源，主要擔負著為電力系統中二次系統負載提供安全、穩定、可靠的電力保障，確保繼電保護、通信設備的正常運行的角色。對所在單位進行統計發現，蓄電池在220 kV、110kV和35 kV電壓等級變電站中已經100%覆蓋，該類設備已經成為變電站重要設備之一。且是直流系統中最為關鍵的一環，在變電站全停的情況下，直流系統的交流輸入消失，充電模塊停止運作，能夠為設備提供直流電源的就只有蓄電池組。當發生站用電失電時，蓄電池就為保護裝置、通信裝置、控制裝置提供電源，以保證故障發生時保護裝置能可靠切除故障。變電站內的蓄電池是所用電的應急電源，可以說是變電站安全的最后一道防線，因此，保障蓄電池安全就關系到整個變電站的應急能力。同時，蓄電池的穩定性和在放電過程中能提供給負載的實際容量對確保電力設備的安全運行具有十分重要的意義。在電力系統日常工作中，蓄電池動靜態放電標準化作業是其中非常重要的一項，是蓄電池運行和維護工作中的1個重要環節，是保證蓄電池安全運行的有效手段之一，蓄電池動靜態放電可以分析蓄電池的實際狀態，及時發現其存在的一些重要缺陷等^[1-3]。

蓄電池充放電定期切換工作已成為變電站內的常規工作，要求220 kV變電站1個月需要進行1次動態放電、3個月1次靜態放電。但是傳統的充放電工作只能現場人工手動進行，費時費力，效率低下。并且，隨著變電站的數量增多，該類工作占據了各運維班大量的工作經歷。為進一步提升工作效率，精益化管理生產隊伍，計劃對蓄電池充放電工作方式進行改善。在傳統的蓄電池靜態放電試驗中，存在著電池動靜態放電標準化作業時間長、效率低、人力資源利用率低等問題^[4]。

目前蓄電池靜態充放電測試、內阻測試等定期切換工作需要至現場進行，但隨著變電站數量的增多，現有人力資源難以滿足，因此研制一套變電站蓄電池遠程控制系統，能節省工作時間，有效釋放人力從事更高效的工作。通過遠程實現蓄電池靜態充放電測試及內阻測試的定期切換相關工作，減少前往變電站進行蓄電池定期切換所花費的時間，并實現故障、煙感及溫度的告警，充放電監視、電壓測量、單體內阻測量、電池性能查驗、歷史數據核對等功能。本文創新點為：①研制了基于電力物聯網的遠程充放電系統；②自動進行蓄電池遠程放電工作。

1   現狀分析

本文分析蓄電池靜態放電的工作流程如圖1所示。

圖1 蓄電池靜態放電工作流程圖

2019年1月1日—1月31日，對班組所轄范圍內的蓄電池靜態放電工作耗時情況進行統計。變電站蓄電池靜態放電工作試驗工作流程分為乘車出發、安全交底、準備與檢查工作、試驗過程、記錄工作、返回路程、工作終結幾個環節，不同環節工作時長不同，對各工作環節的工作時間也進行了統計。運用分層法，對平均工作時間148.17 min進行不同環節工作流程分析，如表1所示，可見車程耗時較長，嚴重影響了人力物力資源。要想提高運檢人員遠程充放電工作的工作效率，必須解決這個問題。

表1蓄電池靜態放電工作不同流程耗時調查表

2   制定方案

本文通過制作基于電力物聯網的遠程充放電系統，實現自動進行蓄電池遠程充放電工作此套方案利用物聯網的前端感知技術，遠程控制實現蓄電池靜態放電工作，完全免去路程時間，優點如下：①節省人、車資源；②免去車程；③使用現有電力物聯網。但也存在一些缺點：①電力物聯網技術與安全規定還不成熟；②需要一定資金成本。

通過制作基于電力物聯網的遠程充放電系統，設置蓄電池靜態放電自行工作，并生產數據，能夠定期自動進行充放電工作，減少人力、物力，自動形成報告，多站同時充放電，多線程工作，提升工作效率。

3   方案實施

本系統采用分布式結構，主要由蓄電池遠程監控系統、蓄電池本地管理軟件、現場電池管理單元（BMU）、數字采控終端MRTU、集成電源PSU、電池監護單元BIM、電流傳感器、遠程放電控制器DCU、放電負載DLU及電池開路保護器（需另配）等組成。典型的系統結構如圖2所示。

按照技術構成來分，本系統核心可分為3部分。

1）測量部分

單體電池運行性能參數主要由BIM單元（每節電池配1個BIM）進行分布式測量，包括電池電壓、溫度、內阻、動態負載電壓、放電能力系數、動態放電電流等。整組電池電流參數主要由互感器測量。環境參數主要由各傳感器測量，例如溫濕度傳感器、煙感等。

2）電池維護部分

①電壓平衡維護：由BIM單元中的補償充電電路實現。

②遠程動、靜態放電：由BIM單元中的動態放電電路和直流遠程放電控制器DCU實現。

圖2 典型系統結構圖

3）電池開路保護部分（需另配電池開路保護器）

由獨立配置的電池開路保護器實現。

4）遠程監視與維護部分

由變電站本地配置的電池數據采控單元、監測

BMU單元和監控軟件系組成。

軟件部分如圖3所示。

圖3 軟件實施界面圖

4   效果檢查

1）在安全方面。為保證成果安全、可靠投入使用，對各裝置的各項數據進行檢測，各項數據合格100%。本成果在多處現場實踐應用的過程中，效果良好，經公司相關部門認證，本成果設備在安全、質量、管理、成本等方面均無負面影響。

2）在經濟方面。成果從2019年8月1日投入使用，截止至2019年8月31日的1個月內，直接降成本46.2萬元。一方面解放了人力勞動，使廣大工人們從前往變電站較遠的車程解脫出來；另一方面，降低了等待時間，減少了人力成本于車輛根本，帶來的經濟效益不可估量。傳統靜態放電工作路程遠且流程復雜，會造成施工進度緩慢，遠方進行靜態放電工作，保證了運維人員工作中設備及人員的安全性，節省了車輛、人員時間，提質增效，1個月內共節省了人員時間約141.33×196/60=461.68 h，大大提高了工作效率，帶來的間接經濟效益和社會效益不可估量。

3）推廣性方面。因為基于物聯網的蓄電池遠程充放電系統在蓄電池靜態放電工作上的提升，以及施工現場安裝的便利性，可以在較大范圍內代替傳方法。而且基于物聯網的蓄電池遠程充放電系統可以實現前端感知，不僅僅可以實現靜態放電工作這一個功能，且小巧方便，可以安裝至各類變電站。因此，基于物聯網的蓄電池遠程充放電系統能夠適應更多變電站建設工程的需要，應用范圍非常廣泛。

4）在功能性方面。及時掌握各變電站蓄電池的實時運行狀況及其性能變化趨勢，快速、準確、有效地檢測蓄電池的性能并實時掌握蓄電池的運行情況，使其運行在良好狀態，使蓄電池得到及時的維護和處理。既減輕了運行維護人員的勞動強度，又提高了對蓄電池性能判斷的準確性，確保了系統的安全性和可靠性。運行維護人員可以通過本系統實時管控直流系統各設備運行情況，及時得到設備報警信息，確保了系統的安全性和可靠性。

5   結論

本文研制了一套變電站蓄電池遠程控制系統，可以遠程實現蓄電池靜態充放電測試及內阻測試的定期切換相關工作，減少了前往變電站進行蓄電池定期切換所花費的時間，節省了人力資源，提高了工作效率；同時此系統可以實現故障、煙感及溫度的告警，充/放電監視、實時電壓測量、單體內阻測量、電池性能查驗、歷史數據核對等功能。通過采用蓄電池遠程靜態放電工作的方式，省去前往變電站較遠路程的時間，并在準備、檢查時間與靜態放電工作自動進行上也節省了大量的時間。通過智慧運維技術手段，切實提高生產工作的效率和效益。

通過編寫《基于電力物聯網的蓄電池遠程充放電系統說明書》、《蓄電池自動充放電作業指導書》、圖紙歸檔、裝置培訓對運檢工作人員開展專項培訓等方法進行成果鞏固。并通過培訓使得運維人員熟悉操作頁面，提升工作效率。

本文以減少蓄電池靜態放電工作時間、提高工作效率、提高供電服務質量為目的，通過調查研究，對數據進行整理、分類、統計。成功設計并研制出了物聯網的遠程充放電系統等提高工作效率、降低車程、減少人力物力財力，減少了蓄電池靜態放電工作時間，進一步提高了變電站蓄電池的可靠性。

參考文獻：

[1] 劉珊,周哲,區偉明.基于網絡監測的變電站直流系統蓄電池遠程充放電控制策略[J].自動化與儀器儀表,2019(10):230-233.

[2] 李偉.電力變電站蓄電池遠程充放電維護管理系統[J].通信電源技術,2019,36(05):133-134.

[3] 梁棟.電力系統蓄電池遠程在線監控系統的應用研究[D].濟南:山東大學,2018.

[4] 張清華,張志軍.電力變電站蓄電池遠程充放電維護管理系統[J].電力信息與通信技術,2017,15(01):46-50.

（本文來源于《電子產品世界》雜志2020年9月期）