智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置的研制

王碩, 馬海,秦川,王偉

(國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100)

1 蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)工作

變電站站用直流系統(tǒng)作為各類電氣設(shè)備的控制、保護(hù)電源以及合閘回路動(dòng)力電源，是變電站設(shè)備正常安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)[1]。蓄電池組作為其關(guān)鍵組件，便顯得非常重要，正常運(yùn)行時(shí)，蓄電池組作為站用直流系統(tǒng)應(yīng)急備用電源，經(jīng)常處于浮充電狀態(tài)[2]；而當(dāng)變電站站用交流失去或充電機(jī)故障時(shí)，蓄電池組迅速投入系統(tǒng)，提供站內(nèi)所有直流負(fù)荷的供電[3]，所以蓄電池組也被稱為變電站直流系統(tǒng)的最后一道屏障[4]，若蓄電池組維護(hù)不及時(shí)有可能造成變電站全站失壓的風(fēng)險(xiǎn)。蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)，是目前檢測(cè)蓄電池組現(xiàn)有容量是否滿足要求，能否在充電裝置失壓后提供足夠的控制、保護(hù)及動(dòng)力電源的基本方法，然而傳統(tǒng)蓄電池組核對(duì)性放電試驗(yàn)工作存在以下弊端：

(1)蓄電池組節(jié)數(shù)多為104節(jié)或108節(jié)，蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)中，工作人員現(xiàn)場(chǎng)需在10 h內(nèi)定時(shí)查看記錄數(shù)據(jù)，完成1次數(shù)據(jù)記錄大概需要10 min左右，定時(shí)查看放電數(shù)據(jù)難以做到對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)及時(shí)監(jiān)測(cè)，故不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障，有可能在核對(duì)性放電試驗(yàn)中損害蓄電池組的健康狀況。

(2) 按規(guī)定蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)工作放電電流0.1IC,導(dǎo)致放電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 h，且全過(guò)程需工作人員在變電站監(jiān)視放電過(guò)程，工作人員長(zhǎng)時(shí)間且頻繁往返于主控室與放電設(shè)備處，造成工作人員精神壓力大，工作疲憊等現(xiàn)象。

基于上述分析，為提高變電站直流系統(tǒng)的運(yùn)維效率，結(jié)合變電站站用直流系統(tǒng)實(shí)際工作情況，國(guó)網(wǎng)吳忠供電公司設(shè)計(jì)研制了智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置。

2 智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置的研制

智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置由3部分構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集感知裝置、物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)客戶端。

智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置基于ARM9內(nèi)核處理器進(jìn)行開(kāi)發(fā)，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)3層架構(gòu)可以分為感知層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層[5]，其3層架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置架構(gòu)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集感知裝置的研制

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集感知裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的智能感知識(shí)別、信息采集處理和自動(dòng)控制[6]。由蓄電池組單體電壓采集裝置、放電啟停信號(hào)采集裝置、場(chǎng)站ID二維碼、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、通信模塊組成。

以感知層處理器為核心，其余模塊在感知層處理器的控制下，實(shí)現(xiàn)各自功能，并將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳回感知層處理器[7]，由感知層處理器與網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[8]。感知層架構(gòu)如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集感知裝置系統(tǒng)架構(gòu)

蓄電池單體電壓的采集利用放電儀采集變電站蓄電池電壓，放電儀采集線連接至每節(jié)蓄電池，采集到蓄電池組整組電壓與蓄電池單體電壓后，通過(guò)串口輸出數(shù)據(jù)經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換器將蓄電池整組電壓、蓄電池單體電壓等蓄電池基本信息上傳至感知層設(shè)備處理器。

放電啟停信號(hào)采集裝置將環(huán)形電流互感器套接在蓄電池放電與放電儀電纜之間，信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)量傳回感知層處理器，負(fù)責(zé)采集蓄電組放電開(kāi)始與放電結(jié)束信號(hào)，通過(guò)與系統(tǒng)時(shí)鐘同步來(lái)計(jì)算蓄電池組放電時(shí)間與蓄電池組已放出容量。

蓄電池容量計(jì)算公式：

C10=I10·t

(1)

式中：C10—10 h額定容量;

I10—10 h率放電電流;

t—放電時(shí)間。

場(chǎng)站ID二維碼是不同放電站點(diǎn)之間的身份標(biāo)識(shí)，在每個(gè)站點(diǎn)放電工作開(kāi)始前，工作人員掃描相應(yīng)場(chǎng)站ID二維碼，在云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建相應(yīng)站點(diǎn)信息，即可在放電過(guò)程中通過(guò)手機(jī)客戶端隨時(shí)查看該站點(diǎn)蓄電池組放電情況。

規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置為兼容不同廠家、型號(hào)放電儀而設(shè)置，常見(jiàn)放電儀通訊規(guī)約為RS232、RS485，本裝置采用RS485通訊規(guī)約，為兼容采用RS232通訊規(guī)約放電儀，安裝規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，使得本裝置可同時(shí)兼容RS232與RS485通信協(xié)議的放電儀。

觸摸屏作為工作人員在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的關(guān)鍵模塊，可通過(guò)觸摸屏對(duì)放電儀執(zhí)行放電指令，并可現(xiàn)場(chǎng)終止蓄電池組放電，也可在現(xiàn)場(chǎng)查看蓄電池組放電過(guò)程中整組電壓、整組容量、單體電壓、放電時(shí)間等重要信息。

通信模塊負(fù)責(zé)將其他感知層設(shè)備所采集信息進(jìn)行整理上傳，通信模塊通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將信息上傳至云平臺(tái)儲(chǔ)存與處理。

網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息傳遞和控制。由互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)組成。負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)放電現(xiàn)場(chǎng)感知層設(shè)備、云平臺(tái)、工作人員手機(jī)客戶端之間的信息共享。一是將試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)所采集信息上傳至云平臺(tái)，云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)再次進(jìn)行計(jì)算分析處理，在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備將信息下發(fā)至工作人員手機(jī)客戶端；二是將工作人員通過(guò)手機(jī)客戶端下達(dá)的控制指令上傳至云平臺(tái)，再通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)接收，從而控制放電現(xiàn)場(chǎng)感知層設(shè)備，如人工終止放電試驗(yàn)等。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)客戶端的開(kāi)發(fā)

互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)客戶端采用Java技術(shù)跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)、云架構(gòu)設(shè)計(jì)方式開(kāi)發(fā)了與本系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的手機(jī)客戶端，互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)客戶端與基站服務(wù)器每30 s更新一次數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)快速及時(shí)的信息傳遞、蓄電池放電試驗(yàn)的遠(yuǎn)程管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能，讓工作人員隨時(shí)隨地可以查看到蓄電池核對(duì)性放電情況。

(1)用戶管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)多級(jí)用戶，分別為系統(tǒng)管理員、維護(hù)用戶與一般用戶，擁有不同權(quán)限[4]。

(2)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括整組電壓、單體電壓(108節(jié))、放電電流、放電時(shí)間、最高電壓蓄電池、最低電壓蓄電池組(10節(jié))[9]。

(3)遠(yuǎn)程控制。工作人員人為判斷蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)情況不可靠，可通過(guò)輸入維護(hù)用戶密碼進(jìn)行遠(yuǎn)程終止放電試驗(yàn)。

(4)遠(yuǎn)程提醒。當(dāng)蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)結(jié)束或應(yīng)其他故障終止時(shí)，通過(guò)調(diào)用用戶手機(jī)鈴聲的方式提醒工作人員放電終止，及時(shí)告知工作人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)處理。

2.3 智能化云端蓄電池放電控制監(jiān)測(cè)裝置工作流程

智能化云端蓄電池核對(duì)性放電控制監(jiān)測(cè)裝置工作流程見(jiàn)圖3。

(1)工作人員現(xiàn)場(chǎng)連接放電儀與感知層設(shè)備，掃描場(chǎng)站ID后記錄變電站站點(diǎn)信息，放電試驗(yàn)正常開(kāi)始后現(xiàn)場(chǎng)觀察10 min，無(wú)異常信號(hào)，工作人員即可離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)或從事其他工作。

(2)放電過(guò)程中感知層設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池放電情況，并將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器基站，手機(jī)客戶端每30 s與服務(wù)器基站更新一次數(shù)據(jù)，工作人員可通過(guò)手機(jī)客戶端隨時(shí)隨地查看到蓄電池放電情況。

(3)放電過(guò)程中若出現(xiàn)蓄電池故障或相關(guān)設(shè)備故障，感知層設(shè)備立即發(fā)信號(hào)至放電儀，立即停止放電，并通過(guò)服務(wù)器基站發(fā)信號(hào)至工作人員手機(jī)客戶端，啟動(dòng)手機(jī)鬧鈴功能告知工作人員立即到現(xiàn)場(chǎng)處理情況。

(4)放電結(jié)束時(shí)感知層設(shè)備采集到放電結(jié)束信號(hào)，通過(guò)服務(wù)器基站發(fā)送至工作人員手機(jī)客戶端，通過(guò)啟動(dòng)鬧鈴功能來(lái)提示工作人員放電結(jié)束。

圖3 智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置工作流程

3 智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用

智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置研制成功后，在國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司所轄變電站進(jìn)行應(yīng)用，驗(yàn)證了裝置所設(shè)計(jì)所有功能，原本5人輪班現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)工作，裝置應(yīng)用后3人即可輕松完成；工作人員在現(xiàn)場(chǎng)的平均工作時(shí)間也由原來(lái)的1 035.82 min(約17 h)縮減到平均433.52 min(約7 h)，縮減工作人員勞動(dòng)工時(shí)41%，極大地降低了直流系統(tǒng)維護(hù)的工作量和人員成本，也維護(hù)了直流設(shè)備的健康運(yùn)行，從而提高了直流系統(tǒng)蓄電池的使用壽命[9]。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)并研制了一種智能化云端蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)控制監(jiān)測(cè)裝置。本裝置的研制及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了工作人員不用在現(xiàn)場(chǎng)就可以隨時(shí)隨地監(jiān)視蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)全過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，包括整組電壓、單體電壓(108節(jié))、單體最高電壓、單體最低電壓(10節(jié))、放電電流、放電時(shí)間等，放電情況不可靠時(shí)還可人為終止蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)，有效縮短了蓄電池核對(duì)性放電試驗(yàn)中工作人員在現(xiàn)場(chǎng)的工作時(shí)間，提高了直流系統(tǒng)日常維護(hù)的工作效率，降低了變電站直流系統(tǒng)維護(hù)的時(shí)間成本與人力成本，進(jìn)一步提高了變電站站用直流系統(tǒng)供電可靠性。

本文所設(shè)計(jì)的智能化云端蓄電池放電控制監(jiān)測(cè)裝置，自研制成功后在國(guó)網(wǎng)吳忠供電公司所轄變電站蓄電池組放電試驗(yàn)中應(yīng)用，設(shè)備安全、運(yùn)行穩(wěn)定。