淺談變電站蓄直流系統電池在線監測方案

摘要：針對變電站蓄電池使用過程出現的各種故障及使用壽命縮短等問題，介紹了一種蓄電池組及蓄電池單體在線監測方案，該方案遵循主從模塊式設計，主控模塊負責監控蓄電池組狀態、單體電池狀態查詢和命令執行、與上位機進行通信，使用I2C串行總線對各單體電池測量單元進行鏈路管理。

關鍵詞：變電站；蓄電池；在線監測方案

1蓄電池在線監測意義

變電站蓄電池組作為保護、控制、信號及通信裝置的后備電源，其穩定性、耐用性和健康狀態極為關鍵，目前蓄電池組的檢測仍使用人工巡檢的方式，易發生人為因素錯誤，因此一種快速、準確、可靠、安全的蓄電池在線監測技術尤為重要。隨著微處理器的快速發展及網絡通信的普及，蓄電池組監測技術可通過監測模塊實時獲取蓄電池組及單體電池的狀態，并通過網絡將信息發送至后臺監控中心，對應的運維人員可及時獲取蓄電池組的狀態信息，并做出維護計劃，有助于提高整個后備電源系統的可靠性，降低運維成本，提高工作效率。

2蓄電池在線監測方案

2.1總體框架

該方案主要用于對蓄電池組和蓄電池單體的在線監測，能完成對單體蓄電池及蓄電池組多種狀態參數的實時監測.方案由主控模塊、節點模塊及傳感器組成。

主控模塊用來在線監測蓄電池組的總電壓、總電流和環境溫度，串行節點檢測模塊由I2C總線作為分配多個單體蓄電池的電氣隔離總線，由于I2C總線尋址能力達到8Bit，即28=128，可*大連接128個單體蓄電池，由于蓄電池組整體電池數量≤120個，因此，使用I2C總線作為尋址和總線隔離是*佳方案。節點模塊在線監測各蓄電池的單體電壓、單體電流和單體內阻。傳感器模塊用于采集電壓、電流和溫度，并通過主控模塊和節點模塊的AD轉換器將信息轉換成處理器可識別處理的數據。該方案還提供標準的RJ45通信接口，基于IEEE802.3協議，與管理中心的計算機一起組成一個遠程分布式蓄電池在線監測系統。該系統對保證用戶后備蓄電池組的安全運行起到了非常重要的作用。方案總體框架如圖1所示。

圖1蓄電池在線監測方案總體框架

2.2主要特點

a．采用主從分開的網絡結構，節點模塊使用I2C串行總線進行尋址和隔離，方便了主控端的監測和管理，由于I2C總線的特性，可以*多支持128節蓄電池單體進行測量和管理，只需1個模塊即可。

b．主控模塊采用RJ45/IEEE802.3通信接口與管理中心的計算機進行通信，比傳統的RS232/RS485通信接口具有傳輸更可靠、速度更快等優勢。

c．通過I2C尋址方式，通過主控模塊任意監測某一單體電池狀態，避免老式的串行總線每次訪問采集所有電池狀態信息，可準確定位有問題的單體，減少更換修復成本。

d．節點模塊具備片上flash，可臨時存儲單體電池狀態數據，如主控模塊需要訪問數據，可直接通過flash讀取，提高交互數據時間。

e．主控模塊與蓄電池組之間使用2根通信線，1根傳輸數據信號，1根用于時鐘同步，確保整個系統安全性和同步性。

3.安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理系統

3.1平臺組成

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

AcrelEMS數據中心的能源管理提供監測和控制，主要分為電力監控、動環監控、能耗統計分析（能源管理）、蓄電池監控、精密配電監控、智能母線監控、智能照明、消防相關的子系統。

3.2平臺拓撲圖

3.3蓄電池監測系統

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急電源，以便在柴油發電機組無法提供電力時，為數據中心提供電力支持。

3.3.2蓄電池組分類

數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

數據中心中的蓄電池通常采用一定數量的電池串聯組成電池組，并通過電線連接到UPS電源系統中。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。當主電源發生故障或停電時，UPS電源系統將自動切換到蓄電池備用電源狀態，以確保系統的持續運行。蓄電池組一次系統圖如圖所示。

圖蓄電池組一次接線圖

3.3.4蓄電池組監控需求及主要設備選型

蓄電池組在數據中心UPS電源系統中發揮著重要作用，因此需要對其進行監控，以確保其正常工作和延長使用壽命。以下是蓄電池組監控的一些常見需求：

電池組狀態監測：包括電壓、電流、溫度、容量等參數的監測，以實時了解電池組的運行狀況。

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

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

報警和預警功能：當電池組發生異常或出現故障時，通過報警和預警的方式通知運維人員及時處理，避免事故的發生。

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

蓄電池監測主要由S模塊、C模塊及HS采集器組成。

4.小結

蓄電池在線檢測方案通過主控模塊、各節點采集模塊采集實時電壓、充放電電流、內阻、溫度、電池容量，并將結果自動提交到上位機及數據中心，實現變電站蓄電池狀態在線監控。