俞啸玲1 唐志鹏2 朱来斌3 常生4
国网浙江杭州市余杭区供电有限公司1 2 浙江省杭州市 310000 杭州甬盛通信技术有限公司 3 4浙江省杭州市 310000
摘 要：伴随计算机技术和通信技术科技的进步，人类对于电子设备的依赖越来越重，断电对于人的日常生活会产生十分重要的作用，尤其是在变电站等场所对于后备电源的需求最大。目前铅酸蓄电池由于其价格实惠、储电能力较强等原因，被广泛作为后备电源使用，在紧急状况下提供电力。因此蓄电池的安全维护作用就至关重要，需要保证蓄电池在紧急状况出现时能够正常使用。
本文结合铅酸蓄电池的特点、分析了其硫化的原因、针对性的研究了一套蓄电池远程除硫维护装置，不但能够对蓄电池的实时状态进行监控，还能够对蓄电池进行日常维护，保证蓄电池的性能符合要求，延长电池的使用寿命。
关键词：变电站；蓄电池；在线除硫维护装置；智能检测；监控管理
1. 引言
目前铅酸蓄电池是应用在我国电力系统内最普遍的直流装置，这种电池一般不需要特殊维护，且电池寿命平均在五年以上。但是投放在变电站的铅酸蓄电池往往使用寿命不能够达到额定寿命。因为在变电站直流系统中的蓄电池工作环境较为复杂，需要特殊的维护；此外变电站蓄电池需求量较大，但是每节电池的状况不同，而整体蓄电池组的容量受到单蓄电池容量的影响，因此导致使用寿命不能达到额定寿命；即使是服役中的蓄电池多数也存在一些问题，一旦发生停电需要调用蓄电池时容易造成事故发生。铅酸蓄电池使用寿命不达标、存在问题的原因主要是由于管理不当、维护不及时造成的。
1.1 铅酸蓄电池的“硫化”
所谓铅酸蓄电池的“硫化”，是指蓄电池内部的铅发生电化学反映生成硫酸铅盐。硫酸铅很难用充电的方式进行氧化还原，这种粗晶粒的硫酸铅会堆积在电池内部极板上，在电解液与电极产生阻碍，阻挡电解液传导电流，增加了电池的内阻，因此导致蓄电池性能降低。
一般铅酸蓄电池的“硫化”是因为管理和保养不当造成的。蓄电池在将电量耗尽后应尽快重新充满电量，不能充电不足或干脆放置长时间不充电。然而目前变电站中存在电池不能及时充满电、蓄电池性能不均衡的现象更是促进了蓄电池的“硫化”，因此需要设计一种能够远程自动除硫的维护装置保护蓄电池的性能。
1.2 铅酸蓄电池性能下降的原因
导致铅酸蓄电池性能下降的原因有很多，比如蓄电池长期保持高压充电状态、没有定期给蓄电池进行充电、蓄电池在使用前长期未工作、蓄电池工作环境温度过高或过低、充电没有充满等。但是对这些原因的共性进行解析，会发现根本原因在于蓄电池组内每节电池性能的差异化，使用时蓄电池的电量不均匀，某几节电量不足的电池就会发生硫化现象，增加电池内阻，然后反过来又会放大该节电池的不均匀性，形成一个负反馈循环，导致电池容量降低、电池质量下降。
对于性能降低的蓄电池也许还能够使用，但是一旦出现问题，就有可能导致重大事故的发生。由于变电所内有大量的蓄电池，对劣质电池进行辨别和维护的工作量十分大，因此需要设计一种能够自动识别蓄电池状态，对蓄电池进行除硫的维护保养装置，减缓电池性能降低的速度，提高电力系统的稳定性和可靠性，本文中就提出了这样一种蓄电池远程除硫维护装置。
2. 蓄电池远程除硫维护装置的结构和功能
蓄电池远程除硫维护装置应该能够对蓄电池的状态进行实时的检测，并且对于存在问题的蓄电池进行远程除硫处理。既然定位是远程除硫装置，意味着不需要人到现场对蓄电池进行除硫，可以通过远程操作终端对装置进行操控，因此就需要构件设备的网络架构。
蓄电池远程除硫维护装置是软硬件结合的设计，硬件方面需要安装传感器、充电设备、蓄电池运输装置等结构，对蓄电池的状况进行监测，获取电池组的电压电流、每一节电池的电压电流、蓄电池工作温度等信息，以便于系统对蓄电池状况进行判断；软件方面需要开发一套蓄电池管理系统，该系统会将蓄电池的状态直观呈现在管理人员面前，并承担监控、控制、记录、数据处理、自动报警等功能。
设计完成的蓄电池远程除硫维护装置的主要功能包括以下几点：
（1）维护系统能够自动采集蓄电池的信息，包括充电状态、电池电压、电池电流、电池温度等信息。
（2）实现电池远程自动维护功能，对于没有发生硫化的蓄电池可以采用定期充电的方式抑制蓄电池的硫化，对于已经产生硫化现象的蓄电池则要通过持续的电流脉冲弱化硫酸铅，进而达到除硫的效果，提高蓄电池组的电池容量，延长蓄电池的使用年限。
（3）可以自动监控电池状况，发生问题时立刻报警，提醒技术人员进行处理。一旦传感器监测到蓄电池超压或欠压、工作环境温度过高或过低，可以通过管理系统进行自动报警提醒技术人员电池出现问题。
（4）可以自动记录和分析电池数据。监控系统可以保存电池的相关数据并形成图表，便于技术人员对蓄电池状况有一个长期的了解、协助判断电池工作状态、制定维护计划等。
3. 蓄电池远程除硫维护装置除硫功能的实现
蓄电池远程除硫维护装置会长期与这些蓄电池相连，保持长期连线的工作方式，通过对蓄电池进行循环正向脉冲电流点硫化结构进行冲击，实现蓄电池的除硫。除硫维护装置会对分析电池组内每一节电池的状态，并进行除硫维护。通过这种方式，可以有效延缓蓄电池的使用寿命。
蓄电池远程除硫维护装置通过脉冲除硫、饱和充电、监测维护的方式对蓄电池进行保护。首先脉冲除硫可以去除硫酸铅，重新激发电池性能；饱和充电可以保证每节电池都保证在统一的饱和度上，降低电池之间的饱和差异性，抑制电池的再硫化；检测维护就是保持电池状态的后续工作，当蓄电池状况不满足需求时重新进行脉冲除硫，保证电池始终符合需求。通过这样的功能巡皇可以防止电池的劣化，保证蓄电池组的容量。
4. 蓄电池远程除硫维护装置监测功能的实现
蓄电池远程除硫维护装置监测功能主要基于对蓄电池数据的采集，可以实时监控蓄电池的状态，估计电池的容量，对潜在的安全隐患及早发现、及时处理。监测功能的实现主要是基于监控软件。传感器将电池相关数据采集后，经由建立好的网络架构传输给监控系统，再由监控系统处理后以图表的形式呈现在管理人员面前，管理人员可以通过监控系统控制除硫装置对电池进行维护。在电池出现问题时，可以通过软件报警或发送警告短信等形式及时通知维护人员，排除故障。
5.结束语
本文提出了一套蓄电池远程除硫维护装置的设计方案，设计理念就是对潜在隐患进行实时监控，主动解决蓄电池中存在的问题，在产生安全事故之前就将潜在危险因素消除，降低电池的老化速度、延缓电池的使用寿命。该套装置包含了软硬件系统的结合、涉及了电气、机械、网络架构、软件开发等多个专业，是一种较为先进的蓄电池管理方案，集蓄电池的除硫维护和状态监控与一体，可以广泛应用在各种直流系统蓄电池的监控工作当中，改变了传统的蓄电池维护模式，提高了工作效率、降低了维护成本、提高了蓄电池的安全性、避免了事故的发生，可以有效促进我国直流电源系统的发展。
参考文献：
[1]刘重阳. 铅酸蓄电池在线监测与维护系统的设计及实现[D].华北电力大学(北京),2019.
[2]张国山,常蓬彬.变电站直流电源蓄电池智能监测在线均衡除硫专家管理系统的研发[J].河南电力,2015,43(03):35-38.
[3]杨振明,李坤,杨成涛,李燕,杨立超.蓄电池智能在线监控装置的系统架构研究[J].电力设备管理,2019(08):38-39.
[4]殷晓红,王中明,周维宇,王立杰,唐晓博,马晓翠.蓄电池智能在线维护监控管理系统在变电站中的应用[J].黑龙江电力,2015,37(06):547-550.
[5]曾麟. 变电站蓄电池组智能管理系统的研究与应用[D].福州大学,2016.