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

更新時間:2023-11-03      瀏覽次數(shù):213

摘要:蓄電池作為換流站及變電站低壓直流系統(tǒng)的重要組成部分,對其進行在線監(jiān)測具有重要意義;本文主要介紹蓄電池在線監(jiān)測裝置的基本結(jié)構(gòu)、基本原理,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不足,同時提出蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進方案并對相關(guān)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)算法進行了簡要說明。

關(guān)鍵詞:蓄電池;在線監(jiān)測;通訊協(xié)議

0引言

蓄電池是換流站(變電站)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(dǎo)致蓄電池發(fā)生火災(zāi)、引起保護拒動或設(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(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(jù)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,通過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(yīng)多個蓄電池,因此導(dǎo)致蓄電池巡檢儀接線復(fù)雜,容易出現(xiàn)導(dǎo)線松動或連接不到位導(dǎo)致誤等情況;同時由于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(jié)構(gòu)

2.1技術(shù)要求

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

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

(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。

2.2基本構(gòu)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(jié)構(gòu)如下圖所示。

image.png

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(nèi)阻、溫度、容量等參數(shù),傳感器均連接與S-BUS總線上。

2.2.2通訊轉(zhuǎn)換模塊

實現(xiàn)S-BUS與RS485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)測工作站。鑒于RS232通信標準的理論傳輸距離僅為15米,為實現(xiàn)遠距離傳輸,用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,能夠滿足換流站(變電站)應(yīng)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(nèi),能夠?qū)崟r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(shè)備室現(xiàn)場,亦可將蓄電池參數(shù)通過網(wǎng)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(fù)雜而導(dǎo)致的測量不準及誤的情況

(2)用RS485通信標準取代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)運用RS232/485轉(zhuǎn)換器,將RS485信號轉(zhuǎn)換成RS232信號,實現(xiàn)與工控機或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)對于遠距離傳輸(大于100米),單用網(wǎng)線已無法滿足要求時,可利用光貓實現(xiàn)網(wǎng)線與光纖之間的通信轉(zhuǎn)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為9600b/s,表征數(shù)據(jù)傳輸速率;包含8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無校驗位,其中停止位用以標志數(shù)據(jù)傳送的結(jié)束;傳感器地址可在0-254取值,一般而言默認地址為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(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。常用指令主要包括: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,指派ID、軟重啟等??偩€上*多可連接254個模塊,對應(yīng)254節(jié)蓄電池。對于110V蓄電池組,以每節(jié)蓄電池2.25V計算,則僅需取其中的52個模塊進行連接即可。

2.4.3返回數(shù)據(jù)格式

蓄電池傳感器模塊接收到正確指令后,將返回給請求端相應(yīng)的數(shù)據(jù)。每一個傳感器單元傳送的任何響應(yīng)均包含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)2進行’逐位XOR’生成校驗和;數(shù)據(jù)A采用big-endian格式;數(shù)據(jù)B采用格式little-endian格式。數(shù)據(jù)格式為IEEE754無符號半浮點型,取值范圍為0-255.9375。

image.png

表1傳感器返回數(shù)據(jù)格式

2.4.4蓄電池參數(shù)的數(shù)據(jù)算法

IEEE754無符號半浮點型如表2所示。其中,F(xiàn)lag為整體標志,取0表示數(shù)據(jù)包包含測量信息;取1表示數(shù)據(jù)包包含狀態(tài)信息;Exp表示4個指數(shù)位;Man表示11個尾數(shù)位。

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表2無符號半浮點型數(shù)據(jù)格式

設(shè)指數(shù)為Exp,蓄電池電壓為U,則當1<Exp<14時,有算法公式:U=2(Exp-7)*(1+Man/211)若指數(shù)超出該范圍,數(shù)據(jù)將溢出或報錯。例如,設(shè)數(shù)據(jù)A為0x42(十六進制),數(shù)據(jù)B為0x02(十六進制),將數(shù)據(jù)A和B轉(zhuǎn)化為二進制得:標志位為0,說明數(shù)據(jù)包包含測量信息,指數(shù)為1000,尾數(shù)為00100000010。代入公式得:U=2(8-7)*[1+(1*29+1*21)/211]≈2.50V即傳感器測得的電壓值為2.50V,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(jù)經(jīng)過RS232/485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成工控機或者PC能夠讀取的數(shù)據(jù),并通過預(yù)裝在蓄電池監(jiān)測工作站的應(yīng)用程序?qū)π铍姵貐?shù)進行存儲和分析,如果該數(shù)據(jù)超出正常范圍,則工作站將發(fā)出告警,提醒運行人員到現(xiàn)場檢查。

2.6現(xiàn)場應(yīng)用情況

2.6.1應(yīng)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(yīng)用,從應(yīng)用效果看,該系統(tǒng)在參數(shù)測量準確性上有明顯提升,裝置誤的情況明顯下降;受限于施工條件,蓄電池數(shù)據(jù)的遠距離傳輸效果仍有待進一步驗證。

2.6.2經(jīng)濟效益

該裝置應(yīng)用于換流站(變電站)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(jīng)濟損失,從長期看,該裝置可為電力生產(chǎn)提供較好的經(jīng)濟效益。

3安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)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(jù)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。

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AcrelEMS數(shù)據(jù)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(guān)的子系統(tǒng)。

3.2平臺拓撲圖

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3.3蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)

3.3.1蓄電池組

蓄電池組通常作為UPS電源的補充,用于提供更長時間的應(yīng)急電源,以便在柴油發(fā)電機組無法提供電力時,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,需要根據(jù)應(yīng)用場景的要求和預(yù)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(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,并通過電線連接到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。

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)中心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(yù)測:通過監(jiān)測電池組的工作狀態(tài)和壽命指標,預(yù)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(dǎo)致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。

和預(yù)警功能:當電池組發(fā)生異常或出現(xiàn)故障時,通過和預(yù)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(jù)分析和記錄:通過對電池組數(shù)據(jù)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(jù)支持。

蓄電池監(jiān)測主要由S模塊、C模塊及HS采集器組成。

4產(chǎn)品選型

名稱

圖片

型號

功能

數(shù)據(jù)采集器

image.png

ABAT100-HS

可管理六組電池,總數(shù)360節(jié),帶顯示與按鍵。

單體電池監(jiān)測模塊

image.png

ABAT100-S-12

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

單體電池監(jiān)測模塊

image.png

ABAT100-S-06

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

單體電池監(jiān)測模塊

image.png

ABAT100-S-02

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

單組電池監(jiān)測模塊

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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

image.png

ATP007KT

7英寸觸控屏,本地顯控拓展。




































































5小結(jié)

隨著換流站(變電站)自動化水平的不斷提高,對蓄電池設(shè)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(jié)構(gòu),有效提升了參數(shù)測量準確性,解決了數(shù)據(jù)遠距離傳輸及監(jiān)視的問題,為換流站(變電站)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.

[2]S800BM蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)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(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5版

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



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