李佳
国网山西省电力公司忻州供电公司，山西省 忻州市034000
摘要:阀控式铅酸蓄电池（VRLA 蓄电池）是各类供电系统中常用的直流备用电源设备，在日常不断电的情况下处于浮充状态，一旦交流电路或常规电路发生故障断电后，蓄电池开始工作，从而保障照明、机组以及主机等设备的正常运行，为事故的处理和抢修提供宝贵的时间。若蓄电池不能正常工作，相应的电力系统和电气设备可能会产生风险而引发事故，造成经济损失。实际应用中，蓄电池面临着较多问题。
关键词：蓄电池；在线监测；实时采集；状态分析
引言
蓄电池组在变电站直流系统中起着应急备用电源的重要作用，其运行状态县否良好对保证电网安全可靠运行至关重要。蓄电池组使用寿命受运行温度影响较大，但现阶段大部分变电站直流系统不能根据温度变化对蓄电池电压、容量、内阻等参数进行补偿，导致测量数据不准确。此外，直流系统只能对蓄电池组的电压、电流进行实时监测，不能对蓄电池的运行状态进行分析，无法及时评估电池容量是否满足运行要求。
1 整流电源模块
在变电站中，整流电源模块担负的作用是将输入的交流电经整流电源模块转变成稳定的直流电，一部分给蓄电池组进行充电，另一部分提供给直流负荷。因此这一模块的功能是确保蓄电池组稳定运行的重要前提，也是直流系统里的一个重要组成部分。整流模块主要由三部分组成：交流输入单元、变换单元和直流输出单元。其中输入的交流单元要经过防雷处理和滤波处理，确保模块后级电路的安全。整流模块的控制单元能够在过压、过流情况下实现保护功能，确保输出可靠的直流电压，也能够保护到整流模块的各个单元。若过压现象出现时，模块会自动处于锁定退出状态，同时模块的故障指示灯亮，以便值班人员及时发现。当额定电流上限值小于输出电流时，模块会自动调低输出电压，保证系统的正常运行。整流模块的电源参数检查基本包括：稳压精度检查、稳流精度检查以及纹波系数检查。
2 蓄电池内阻测量原理
蓄电池内阻的测量方法较多，相互之间的差异也比较大,一般常用的测量技术为交流注入法和直流放电法两种。交流注入法测量时会在蓄电池正负极之间施加一个高频交流信号，并测量由该高频交流信号所带来的蓄电池正负极之间的电压变化，根据欧姆定律可以计算出蓄电池的内阻值。采用交流注入法测量蓄电池内阻存在易受UPS充电器纹波电流和其它工频噪声源干扰的问题，有些设备无法在线对蓄电池进行测试。直流放电法测量内阻的原理是对蓄电池进行瞬间放电并测量蓄电池正负极之间的电压变化值。当断开和接通负载设备时，依据瞬时的压升和压降，根据欧姆定律计算出蓄电池等效内阻。早期受A/D采样芯片精度的限制，内阻测量时瞬时放电的电流一般要达到30安培以上，对蓄电池性能有一定损害，同时也存在一定的安全隐患。随着A/D采集芯片及抗干扰技术的不断发展，现在可以精确地测量出电池上小至0.5mV的电压变化，与之前的技术相比，电压分辨率提高了80%以上，在同等内阻测量精度下，内阻放电电流可以减小80%，所以采用小电流测内阻时电流一般可设定在5A左右。
2 监测系统开发
2.1 蓄电池参数实时采集装置
采集装置分成电路和单片机系统两个部分，首先由电路部分从蓄电池取电，然后将播电池电压通过线性光耦传输到单片机系统进行采样，前后级完全隔离。采集装置具有如下优点：（1）传统的蓄电池组巡检仪为共地系统，蓄电池端或直流母线端的电压波动都会影响巡检仪的稳定运行。而采集装置采用光耦电路隔离方式，可以完全将蓄电池和单片机的接地隔离，从而保证了监测系统的稳定运行。
（2）传统的蓄电池组巡检仪通常只设置１个采样通道，检测时通过光耦继电器或固态继电器将电池分别接入唯一的采样通道读取数据，1个蓄电池巡检时间至少需要10ms，整个蓄电池组巡检时间至少需要1040ms，若在巡检期间觜电池出现异常，至少要等到下一个巡检周期才能发现。采集装置为每个蓄电池单独配置了1个隔离光耦作为采样隔离器件，同时采用高性能STM32F4系列单片机，有多达24个采集通道，可在极短时间内同时读取所有蓄电池状态信息并上传后台，满足更高的实时监控要求。
2.2 分布式UPS蓄电池运行状况参数监测模块
负责采集蓄电池单体样本的具体工作参数信息，这些参数信息将体现出蓄电池的工作状况，对于所采集的数据进行串行通信管理转化，能够将数据尽量压缩并快速进入到管理模块的数据体系之内。蓄电池监测模块的传感器输出端和串行通信管理模块连接，以数字形式输出霍尔电流传感器或温度传感器来采集，这是目前比较常用的方法，而串行通信管理模块的功能则在于将收到的指定数据通过遥感系统无线通信方式发送到指定的IP地址。为了能够方便的监测每一个分布式UPS蓄电池在工作区域内的监测点保障用户的蓄电池安全运行，了解蓄电池的相关信息，要将温度传感器的灵敏度尽量调整到可定的范围，而电流传感器和温度传感器的共同使用，其目的在于促使数据管理平台收到更精准的立体化信号，使得搜集的信号体系能够在规律和存储之后，有助于用户与监管人员第一时间了解蓄电池的真实状况。目前在分布式UPS蓄电池运行状况参数监测模块的使用中，一个比较常见的问题就是，普通用户在监测模块的，设计和报警参数选择时存在一定问题，由于蓄电池运行状况的参数监测模块是最基础数据的取得模块，很多工作人员在维护时对该部分模块比较忽略，但是事实上，数据管理平台的真实性和有效性正是基于工作情况监测运行模块的第一时间数据搜集。
2.3 通信网络
监控服务器与各分布式终端以及Web客户端采用不同的通信网络。由于分布式终端由嵌人式设备实现，分布式终端与监控服务器之间的数据通信网络需综合考虑网络负载、数据吞吐量和通信网络嵌人式端的实现成本等因素。基于上述考虑，本文采用基于TCP/IP或RS232接口的主从式Modbus通信协议。Web信息发布软件的客户端平台通常是Windows PC或智能手机，此类平台具备完整的TCP/IP网络通信功能，因此可直接采用HTTP技术实现Web信息发布，最大化地发挥TCP/IP协议的高速、大吞吐性能。
2.4 蓄电池数据管理平台
数据管理平台是在前两个模块的基础之上达成，对于遥感通信模块网络信息共享的传输和记录流程。分布式UPS蓄电池的数据管理平台一定包括遥感通信模块和路由器，同时路由器会将信号处理之后，利用网线传给服务器，并最终进行数据的解析。数据管理平台模块由数据库和应用程序两部分组成，应用程序是为数据库服务的，数据库的储存容量非常大，二者是相互顺成的关系，路由器接收了串行通信管理模块所传来的数据，对于各个网线和服务器的功能进行解析，并且将数据库归总管理，其处理分析结果通过实时数据显示的直观变化，使得数据管理平台和系统的网络处理结构更适用现代网页设计的需求。
结束语
变电站蓄电池组内阻监测和动态均衡系统改造项目，是解决现投运蓄电池巡检仪弊病的良好方法。通过微机控制技术和电力技术，对蓄电池组中单体电池进行调节控制，使每节蓄电池端电压、容量及内阻处于均衡可控状态，并对性能较弱的电池进行充补及活化，延长了蓄电池组使用寿命，提高系统可靠性。
参考文献
[1] 邹育鹏.蓄电池在线监测系统的实践应用和效果[J].通信电源技术,2019,36(12):89-91.
[2] 韩峰，王代华.分布式UPS蓄电池远程在线监测系统[J].现代电子技术，2018，41（8）：163-166.