換流站（變電站）蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

葛萃輝 林錦峰

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;通信協(xié)議

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(yán)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)致誤報警等情況;同時由于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(zhǔn)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)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。

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 通信轉(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(biāo)準(zhǔn)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(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(dāng)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(zhǔn)及誤報警的情況;

（2）用RS485通信標(biāo)準(zhǔn)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)測工作站中的專用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 蓄電池傳感器通信協(xié)議

2.4.1 通信接口

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(biāo)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(rèn)地址為1。

2.4.2 命令格式

當(dāng)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€上最多可連接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采用格式為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。

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(zhǔn)確性上有明顯提升，裝置誤報警的情況明顯下降;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 結(jié)語

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(zhǔn)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.