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高層換流站變電站蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)功能與應用

更新時間:2023-11-02      點擊次數(shù):392

蓄電池是換流(變電)低壓直流系統(tǒng)的重要組成部分,其在運行過程中,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)象無法及時被發(fā)現(xiàn),極有可能造成蓄電池電壓降低,供電時間顯著下降,嚴重時,可能導致蓄電池發(fā)生火災、引起保護拒動或設備跳閘。而蓄電池的故障往往伴隨著蓄電池電壓、溫度、內阻、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)測裝置具有重要意義。

1蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳統(tǒng)結構

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

實時監(jiān)視整組蓄電池的運行狀況,同時將數(shù)據上傳集中監(jiān)控器,方便運維人員查看。蓄電池巡檢模塊采用串行總線方式,通RS232通迅接口與集中監(jiān)控器相連接。但是,由于單個蓄電池巡檢模塊對應多個蓄電池,因此導致蓄電池巡檢儀接線復雜,容易出現(xiàn)導線松動或連接不到位導致誤報警等情;同時由RS232通信標準傳輸距離的局限性,使蓄電池參數(shù)僅能就地查看,無法傳送至遠方。

2蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的改進結構

2.1技術要求

針對傳統(tǒng)蓄電池巡檢儀存在的不足,改進結構應滿足以下技術要:

1)提高蓄電池的接線可靠性和測量準確性,減少誤報警的發(fā)生,同時具備接線簡單,安裝方便等優(yōu);

2)通過改進通信傳輸方式,實現(xiàn)蓄電池參數(shù)遠距離傳輸。

22基本構造及原理

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下三部分組成,拓撲結構如下圖所示。

img1 

蓄電池在線監(jiān)測系統(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,用來測量蓄電池的電壓、內阻、溫度、容量等參數(shù),傳感器均連接S-BUS總線上。

2.2.2通訊轉換模塊

現(xiàn)S-BUSRS485之間的通信轉換,并將數(shù)據經網線或光纖傳送至蓄電池監(jiān)測工作站。鑒RS232通信標準的理論傳輸距離僅15米,為實現(xiàn)遠距離傳輸,RS485通信標準作為替代,可使傳輸距離提升至幾百米至上千米,能夠滿足換流(變電)應用范圍的要求。

2.2.3蓄電池監(jiān)測工作站

位于遠方控制樓內,能夠實時接收顯示管理終端上傳的蓄電池參數(shù)信息,方便運行人員遠程監(jiān)控蓄電池運行狀態(tài)。當蓄電池出現(xiàn)故障時,蓄電池監(jiān)測工作站將發(fā)出告警信號,提醒運行人員及時進行檢查處理。該工作站亦可放置于設備室現(xiàn)場,亦可將蓄電池參數(shù)通過網線或光線傳送至遠方工控機處。

2.3創(chuàng)新點

1)每臺蓄電池配置單獨的傳感器,簡化了接線,解決了接線復雜而導致的測量不準及誤報警的情況

2RS485通信標準取RS232可使傳輸距離由十幾米增加至幾百米上千米,同時進一步提升了抗干擾能力

3)運RS232/485轉換器,RS485信號轉換RS232信號,實現(xiàn)與工控機PC的通信連接,通過蓄電池監(jiān)測工作站中的軟件實時讀取傳輸信息并對異常參數(shù)發(fā)出告警信號

4)對于遠距離傳(100),單用網線已無法滿足要求時,可利用光貓實現(xiàn)網線與光纖之間的通信轉換,進一步延長傳輸距離。

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)據傳輸速;8位數(shù)據位,1位停止位,無校驗位,其中停止位用以標志數(shù)據傳送的結;傳感器地址可0-254取值,一般而言默認地址1

2.4.2命令格式

當需要測量電壓等參數(shù)時,蓄電池監(jiān)測工作站將發(fā)送給傳感器相應的命令。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)測工作站發(fā)送給傳感器的指令,字節(jié)3表示校驗和。常用指令主要包:測量電壓、溫度、阻抗值并存儲測量值,傳送存儲的電壓、溫度、阻抗值,指ID、軟重啟等。總線*多可連254個模塊,對254節(jié)蓄電池。對110V蓄電池組,以每節(jié)蓄電225V計算,則僅需取其中52個模塊進行連接即可。

2.4.3返回數(shù)據格式

蓄電池傳感器模塊接收到正確指令后,將返回給請求端相應的數(shù)據。每一個傳感器單元傳送的任何響應均包4個字節(jié),其中,字節(jié)1代表傳感器的地址,字節(jié)4代表對字節(jié)1和字節(jié)2XOR生成校驗;數(shù)Abig-endian;數(shù)B采用格little-endian格式。數(shù)據格式IEEE754無符號半浮點型,取值范圍0-255.9375。

img2 

1傳感器返回數(shù)據格式

2.4.4蓄電池參數(shù)的數(shù)據算法

IEEE754無符號半浮點型如2所示。其中,Flag為整體標志,0表示數(shù)據包包含測量信;1表示數(shù)據包包含狀態(tài)信;Exp4個指數(shù);Man11個尾數(shù)位。

img3 

2無符號半浮點型數(shù)據格式

設指數(shù)Exp,蓄電池電壓U,則1Exp14時,有算法公:U=2(Exp7)*(1+Man/211)若指數(shù)超出該范圍,數(shù)據將溢出或報錯。例如,設數(shù)A0x42(十六進),數(shù)B0x02(十六進),將數(shù)AB轉化為二進制:標志位0,說明數(shù)據包包含測量信息,指數(shù)1000,尾數(shù)00100000010。代入公式:U=2(87)*1+(1*29+1*21)/2112.50V即傳感器測得的電壓值250V,并將該值返回給蓄電池監(jiān)測工作站。

2.5蓄電池監(jiān)測工作站的工作原理

傳感器傳送過來的數(shù)據經RS232/485轉換器轉換成工控機或PC能夠讀取的數(shù)據,并通過預裝在蓄電池監(jiān)測工作站的應用程序對蓄電池參數(shù)進行存儲和分析,如果該數(shù)據超出正常范圍,則工作站將發(fā)出告警,提醒運行人員到現(xiàn)場檢查。

2.6現(xiàn)場應用情況

2.6.1應用實例

目前,該蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)已在部分換流站和變電站得到了應用,從應用效果看,該系統(tǒng)在參數(shù)測量準確性上有明顯提升,裝置誤報警的情況明顯下;受限于施工條件,蓄電池數(shù)據的遠距離傳輸效果仍有待進一步驗證。

2.6.2經濟效益

該裝置應用于換流(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,避免了由此而帶來的巨大經濟損失,從長期看,該裝置可為電力生產提供較好的經濟效益。

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

3.1平臺組成

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

img4 

AcrelEMS數(shù)據中心的能源管理提供監(jiān)測和控制,主要分為電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、能耗統(tǒng)計分析(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、消防相關的子系統(tǒng)。

3.2平臺拓撲圖

img5 

3.3蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)

3.3.1蓄電池組

蓄電池組通常作UPS電源的補充,用于提供更長時間的應急電源,以便在柴油發(fā)電機組無法提供電力時,為數(shù)據中心提供電力支持。

3.3.2蓄電池組分類

數(shù)據中心的應用已經逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時,需要根據應用場景的要求和預算來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,并通過電線連接UPS電源系統(tǒng)中。接線應遵循安全可靠的原則,以確保電池組的正常運行和使用壽命。當主電源發(fā)生故障或停電時UPS電源系統(tǒng)將自動切換到蓄電池備用電源狀態(tài),以確保系統(tǒng)的持續(xù)運行。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)控需求及主要設備選型

蓄電池組在數(shù)據中UPS電源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,因此需要對其進行監(jiān)控,以確保其正常工作和延長使用壽命。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:包括電壓、電流、溫度、容量等參數(shù)的監(jiān)測,以實時了解電池組的運行狀況。

電池組剩余壽命預測:通過監(jiān)測電池組的工作狀態(tài)和壽命指標,預測電池組的剩余壽命,提前進行維護和更換,避免電池組失效導UPS電源系統(tǒng)失效。

自動測試和巡檢:定期對電池組進行自動測試和巡檢,以發(fā)現(xiàn)潛在的故障和異常情況,及時處理。

報警和預警功能:當電池組發(fā)生異?;虺霈F(xiàn)故障時,通過報警和預警的方式通知運維人員及時處理,避免事故的發(fā)生。

數(shù)據分析和記錄:通過對電池組數(shù)據進行分析和記錄,可以了解電池組的歷史運行情況,為優(yōu)化管理和維護提供數(shù)據支持。

蓄電池監(jiān)測主要S模塊、C模塊HS采集器組成。

img74產品選型

名稱

圖片

型號

功能

數(shù)據采集器

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)測模塊

img9 

ABAT100-S-12

監(jiān)測一節(jié)12V電池,監(jiān)測電池電壓、內阻與負極溫度。

單體電池監(jiān)測模塊

img10 

ABAT100-S-06

監(jiān)測一節(jié)6V電池,監(jiān)測電池電壓、內阻與負極溫度。

單體電池監(jiān)測模塊

img11 

ABAT100-S-02

監(jiān)測一節(jié)2V電池,監(jiān)測電池電壓、內阻與負極溫度。

單組電池監(jiān)測模塊

img12 

ABAT100-C

監(jiān)測一個充放電電流與一個環(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

隨著換流(變電)自動化水平的不斷提高,對蓄電池設備監(jiān)視的要求也越來越高,通過改進和優(yōu)化蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構,有效提升了參數(shù)測量準確性,解決了數(shù)據遠距離傳輸及監(jiān)視的問題,為換流(變電)的安全穩(wěn)定運行提供了有力保障。

參考文獻

[1] S800BM在線監(jiān)測系統(tǒng)項目運行報告.深圳市中聯(lián)通電子有限公司.

[2S800BM蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)設備說明書.深圳市中聯(lián)通電子有限公司.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手2022.5

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

 


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