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高層換流站變電站蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能與應(yīng)用

更新時(shí)間:2023-11-02      點(diǎn)擊次數(shù):374

蓄電池是換流(變電)低壓直流系統(tǒng)的重要組成部分,其在運(yùn)行過(guò)程中,容易出現(xiàn)極板短路或開路、蓄電池極柱、螺絲、連接條爬酸或腐蝕、浮充電壓不均衡等異?,F(xiàn)象。如果以上現(xiàn)象無(wú)法及時(shí)被發(fā)現(xiàn),極有可能造成蓄電池電壓降低,供電時(shí)間顯著下降,嚴(yán)重時(shí),可能導(dǎo)致蓄電池發(fā)生火災(zāi)、引起保護(hù)拒動(dòng)或設(shè)備跳閘。而蓄電池的故障往往伴隨著蓄電池電壓、溫度、內(nèi)阻、容量等參數(shù)的變化,因此,研究一種能夠有效監(jiān)視蓄電池參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)裝置具有重要意義。

1蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前,在換流站及變電站通常采用電池巡檢儀和集中監(jiān)控裝置相結(jié)合的方式對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。單只電池巡檢裝置可獨(dú)立測(cè)量蓄電池組中單體電池的端電壓、溫度等狀態(tài)量,

實(shí)時(shí)監(jiān)視整組蓄電池的運(yùn)行狀況,同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳集中監(jiān)控器,方便運(yùn)維人員查看。蓄電池巡檢模塊采用串行總線方式,通過(guò)RS232通迅接口與集中監(jiān)控器相連接。但是,由于單個(gè)蓄電池巡檢模塊對(duì)應(yīng)多個(gè)蓄電池,因此導(dǎo)致蓄電池巡檢儀接線復(fù)雜,容易出現(xiàn)導(dǎo)線松動(dòng)或連接不到位導(dǎo)致誤報(bào)警等情;同時(shí)由RS232通信標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離的局限性,使蓄電池參數(shù)僅能就地查看,無(wú)法傳送至遠(yuǎn)方。

2蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)

2.1技術(shù)要求

針對(duì)傳統(tǒng)蓄電池巡檢儀存在的不足,改進(jìn)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下技術(shù)要:

1)提高蓄電池的接線可靠性和測(cè)量準(zhǔn)確性,減少誤報(bào)警的發(fā)生,同時(shí)具備接線簡(jiǎn)單,安裝方便等優(yōu)點(diǎn);

2)通過(guò)改進(jìn)通信傳輸方式,實(shí)現(xiàn)蓄電池參數(shù)遠(yuǎn)距離傳輸。

22基本構(gòu)造及原理

蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由以下三部分組成,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。

img1 

蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

2.2.1蓄電池傳感器

安裝于每一節(jié)蓄電池本體,用來(lái)測(cè)量蓄電池的電壓、內(nèi)阻、溫度、容量等參數(shù),傳感器均連接S-BUS總線上。

2.2.2通訊轉(zhuǎn)換模塊

實(shí)現(xiàn)S-BUSRS485之間的通信轉(zhuǎn)換,并將數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)線或光纖傳送至蓄電池監(jiān)測(cè)工作站。鑒RS232通信標(biāo)準(zhǔn)的理論傳輸距離僅15米,為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,RS485通信標(biāo)準(zhǔn)作為替代,可使傳輸距離提升至幾百米至上千米,能夠滿足換流(變電)應(yīng)用范圍的要求。

2.2.3蓄電池監(jiān)測(cè)工作站

位于遠(yuǎn)方控制樓內(nèi),能夠?qū)崟r(shí)接收顯示管理終端上傳的蓄電池參數(shù)信息,方便運(yùn)行人員遠(yuǎn)程監(jiān)控蓄電池運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)蓄電池出現(xiàn)故障時(shí),蓄電池監(jiān)測(cè)工作站將發(fā)出告警信號(hào),提醒運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行檢查處理。該工作站亦可放置于設(shè)備室現(xiàn)場(chǎng),亦可將蓄電池參數(shù)通過(guò)網(wǎng)線或光線傳送至遠(yuǎn)方工控機(jī)處。

2.3創(chuàng)新點(diǎn)

1)每臺(tái)蓄電池配置單獨(dú)的傳感器,簡(jiǎn)化了接線,解決了接線復(fù)雜而導(dǎo)致的測(cè)量不準(zhǔn)及誤報(bào)警的情況

2RS485通信標(biāo)準(zhǔn)取RS232可使傳輸距離由十幾米增加至幾百米上千米,同時(shí)進(jìn)一步提升了抗干擾能力

3)運(yùn)RS232/485轉(zhuǎn)換器,RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換RS232信號(hào),實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)PC的通信連接,通過(guò)蓄電池監(jiān)測(cè)工作站中的軟件實(shí)時(shí)讀取傳輸信息并對(duì)異常參數(shù)發(fā)出告警信號(hào)

4)對(duì)于遠(yuǎn)距離傳(100),單用網(wǎng)線已無(wú)法滿足要求時(shí),可利用光貓實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線與光纖之間的通信轉(zhuǎn)換,進(jìn)一步延長(zhǎng)傳輸距離。

2.4蓄電池傳感器通訊協(xié)議

2.4.1通訊接口

通信接口波特率的典型值9600b/s,表征數(shù)據(jù)傳輸速;8位數(shù)據(jù)位1位停止位,無(wú)校驗(yàn)位,其中停止位用以標(biāo)志數(shù)據(jù)傳送的結(jié);傳感器地址可0-254取值,一般而言默認(rèn)地址1。

2.4.2命令格式

當(dāng)需要測(cè)量電壓等參數(shù)時(shí),蓄電池監(jiān)測(cè)工作站將發(fā)送給傳感器相應(yīng)的命令。其中,字節(jié)1表示傳感器的地址,字節(jié)2表示蓄電池監(jiān)測(cè)工作站發(fā)送給傳感器的指令,字節(jié)3表示校驗(yàn)和。常用指令主要包:測(cè)量電壓、溫度、阻抗值并存儲(chǔ)測(cè)量值,傳送存儲(chǔ)的電壓、溫度、阻抗值,指ID、軟重啟等??偩€*多可連254個(gè)模塊,對(duì)應(yīng)254節(jié)蓄電池。對(duì)110V蓄電池組,以每節(jié)蓄電225V計(jì)算,則僅需取其中52個(gè)模塊進(jìn)行連接即可。

2.4.3返回?cái)?shù)據(jù)格式

蓄電池傳感器模塊接收到正確指令后,將返回給請(qǐng)求端相應(yīng)的數(shù)據(jù)。每一個(gè)傳感器單元傳送的任何響應(yīng)均包4個(gè)字節(jié),其中,字節(jié)1代表傳感器的地址,字節(jié)4代表對(duì)字節(jié)1和字節(jié)2進(jìn)XOR生成校驗(yàn);數(shù)據(jù)Abig-endian;數(shù)據(jù)B采用格little-endian格式。數(shù)據(jù)格式IEEE754無(wú)符號(hào)半浮點(diǎn)型,取值范圍0-255.9375。

img2 

1傳感器返回?cái)?shù)據(jù)格式

2.4.4蓄電池參數(shù)的數(shù)據(jù)算法

IEEE754無(wú)符號(hào)半浮點(diǎn)型如2所示。其中,Flag為整體標(biāo)志,0表示數(shù)據(jù)包包含測(cè)量信;1表示數(shù)據(jù)包包含狀態(tài)信;Exp4個(gè)指數(shù);Man11個(gè)尾數(shù)位。

img3 

2無(wú)符號(hào)半浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)格式

設(shè)指數(shù)Exp,蓄電池電壓U,則當(dāng)1Exp14時(shí),有算法公:U=2(Exp7)*(1+Man/211)若指數(shù)超出該范圍,數(shù)據(jù)將溢出或報(bào)錯(cuò)。例如,設(shè)數(shù)據(jù)A0x42(十六進(jìn)),數(shù)據(jù)B0x02(十六進(jìn)),將數(shù)據(jù)AB轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制:標(biāo)志位0,說(shuō)明數(shù)據(jù)包包含測(cè)量信息,指數(shù)1000,尾數(shù)00100000010。代入公式:U=2(87)*1+(1*29+1*21)/2112.50V即傳感器測(cè)得的電壓值250V,并將該值返回給蓄電池監(jiān)測(cè)工作站。

2.5蓄電池監(jiān)測(cè)工作站的工作原理

傳感器傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)RS232/485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成工控機(jī)或PC能夠讀取的數(shù)據(jù),并通過(guò)預(yù)裝在蓄電池監(jiān)測(cè)工作站的應(yīng)用程序?qū)π铍姵貐?shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析,如果該數(shù)據(jù)超出正常范圍,則工作站將發(fā)出告警,提醒運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查。

2.6現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.6.1應(yīng)用實(shí)例

目前,該蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在部分換流站和變電站得到了應(yīng)用,從應(yīng)用效果看,該系統(tǒng)在參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性上有明顯提升,裝置誤報(bào)警的情況明顯下;受限于施工條件,蓄電池?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸效果仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.6.2經(jīng)濟(jì)效益

該裝置應(yīng)用于換流(變電)的蓄電池系統(tǒng)中,一方面提升了蓄電池的運(yùn)維水平,另一方面,也避免了蓄電池故障甚至燒毀而引發(fā)事故,避免了由此而帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失,從長(zhǎng)期看,該裝置可為電力生產(chǎn)提供較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3安科AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)

3.1平臺(tái)組成

安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性,提高運(yùn)維效率并降低運(yùn)維成本。

img4 

AcrelEMS數(shù)據(jù)中心的能源管理提供監(jiān)測(cè)和控制,主要分為電力監(jiān)控、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)分析(能源管理)、蓄電池監(jiān)控、精密配電監(jiān)控、智能母線監(jiān)控、智能照明、消防相關(guān)的子系統(tǒng)。

3.2平臺(tái)拓?fù)鋱D

img5 

3.3蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.3.1蓄電池組

蓄電池組通常作UPS電源的補(bǔ)充,用于提供更長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)急電源,以便在柴油發(fā)電機(jī)組無(wú)法提供電力時(shí),為數(shù)據(jù)中心提供電力支持。

3.3.2蓄電池組分類

數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用已經(jīng)逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時(shí),需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的要求和預(yù)算來(lái)選擇適合的蓄電池類型。

3.3.3蓄電池組一次接線圖

數(shù)據(jù)中心中的蓄電池通常采用一定數(shù)量的電池串聯(lián)組成電池組,并通過(guò)電線連接UPS電源系統(tǒng)中。接線應(yīng)遵循安全可靠的原則,以確保電池組的正常運(yùn)行和使用壽命。當(dāng)主電源發(fā)生故障或停電時(shí),UPS電源系統(tǒng)將自動(dòng)切換到蓄電池備用電源狀態(tài),以確保系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。蓄電池組一次系統(tǒng)圖如圖所示。

img6 

圖蓄電池組一次接線圖

3.3.4蓄電池組監(jiān)控需求及主要設(shè)備選型

蓄電池組在數(shù)據(jù)中UPS電源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,因此需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控,以確保其正常工作和延長(zhǎng)使用壽命。以下是蓄電池組監(jiān)控的一些常見需求:

電池組狀態(tài)監(jiān)測(cè):包括電壓、電流、溫度、容量等參數(shù)的監(jiān)測(cè),以實(shí)時(shí)了解電池組的運(yùn)行狀況。

電池組剩余壽命預(yù)測(cè):通過(guò)監(jiān)測(cè)電池組的工作狀態(tài)和壽命指標(biāo),預(yù)測(cè)電池組的剩余壽命,提前進(jìn)行維護(hù)和更換,避免電池組失效導(dǎo)UPS電源系統(tǒng)失效。

自動(dòng)測(cè)試和巡檢:定期對(duì)電池組進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試和巡檢,以發(fā)現(xiàn)潛在的故障和異常情況,及時(shí)處理。

報(bào)警和預(yù)警功能:當(dāng)電池組發(fā)生異?;虺霈F(xiàn)故障時(shí),通過(guò)報(bào)警和預(yù)警的方式通知運(yùn)維人員及時(shí)處理,避免事故的發(fā)生。

數(shù)據(jù)分析和記錄:通過(guò)對(duì)電池組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和記錄,可以了解電池組的歷史運(yùn)行情況,為優(yōu)化管理和維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

蓄電池監(jiān)測(cè)主要S模塊C模塊HS采集器組成。

img74產(chǎn)品選型

名稱

圖片

型號(hào)

功能

數(shù)據(jù)采集器

img8 

ABAT100-HS

可管理六組電,數(shù)360節(jié),帶顯示與按鍵。

單體電池監(jiān)測(cè)模塊

img9 

ABAT100-S-12

監(jiān)測(cè)一節(jié)12V電池,監(jiān)測(cè)電池電壓、內(nèi)阻與負(fù)極溫度。

單體電池監(jiān)測(cè)模塊

img10 

ABAT100-S-06

監(jiān)測(cè)一節(jié)6V電池,監(jiān)測(cè)電池電壓、內(nèi)阻與負(fù)極溫度。

單體電池監(jiān)測(cè)模塊

img11 

ABAT100-S-02

監(jiān)測(cè)一節(jié)2V電池,監(jiān)測(cè)電池電壓、內(nèi)阻與負(fù)極溫度。

單組電池監(jiān)測(cè)模塊

img12 

ABAT100-C

監(jiān)測(cè)一個(gè)充放電電流與一個(gè)環(huán)境溫度。

觸摸顯示屏

img13 

ATP007KT

7英寸觸控屏,本地顯控拓展。

5小結(jié)

隨著換流(變電)自動(dòng)化水平的不斷提高,對(duì)蓄電池設(shè)備監(jiān)視的要求也越來(lái)越高,通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),有效提升了參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性,解決了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸及監(jiān)視的問(wèn)題,為換流(變電)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1] S800BM在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目運(yùn)行報(bào)告.深圳市中聯(lián)通電子有限公司.

[2S800BM蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備說(shuō)明書.深圳市中聯(lián)通電子有限公司.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5

[4] 葛萃輝,林錦.換流(變電)蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

 


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