蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)分析和在地鐵車站的應(yīng)用

冼朔

（北京市地鐵運(yùn)營有限公司機(jī)電分公司 北京市 100043）

隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅速發(fā)展和地鐵建設(shè)步伐加快，作為地鐵特別重要負(fù)荷的第三路后備電源—電源裝置應(yīng)用得越來越多，而電源裝置是否正常、安全運(yùn)行的核心部件---蓄電池組的狀態(tài)顯得尤為重要。

現(xiàn)有檢測技術(shù)中，蓄電池管理系統(tǒng)在測試電池參數(shù)上顯得單一，簡單的通過監(jiān)測池電壓和環(huán)境溫度來判斷電池狀態(tài)；而大量實(shí)踐證明電池電壓并不能有效的反映電池的健康狀況，環(huán)境溫度也不能代表電池內(nèi)部體溫，無法第一時間發(fā)現(xiàn)蓄電池的運(yùn)行、故障狀態(tài)，不能探測到電池內(nèi)部安全風(fēng)險，更無法得出趨勢預(yù)警。

因此，對蓄電池的安全健康狀態(tài)智慧化運(yùn)營維護(hù)非常有必要。

1 蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)簡介

現(xiàn)在多數(shù)對蓄電池進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)備僅可監(jiān)測蓄電池的電壓，無法對蓄電池的內(nèi)阻進(jìn)行監(jiān)測，且為了解蓄電池的電壓、溫度，蓄電池需要定期人工巡檢。由于人工巡檢有一定的間隔時間，在間隔期內(nèi)當(dāng)電池出現(xiàn)故障時，不能有效地提醒、傳遞給運(yùn)維人員，會造成故障不能及時發(fā)現(xiàn)和排除，成為一種隱患。

蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)通過直接安裝在蓄電池殼體并從電池電極取電的監(jiān)測模塊，監(jiān)測蓄電池的電壓、極柱溫度、內(nèi)阻、電流，預(yù)測蓄電池性能是否滿足運(yùn)營條件，且電池可實(shí)現(xiàn)在線均衡調(diào)節(jié)，防止電池過充、欠充，讓每節(jié)蓄電池的電壓、內(nèi)阻都處于標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，并對電池進(jìn)行補(bǔ)充電、激活，很大程度延長了蓄電池的使用壽命，減少了運(yùn)營成本。

2 蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)架構(gòu)體系

蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)架構(gòu)體系采用三級監(jiān)測體系，由數(shù)據(jù)采集層、監(jiān)測層和中心管理層組成。

2.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層的運(yùn)行實(shí)體是安裝于蓄電池附近的信號采集單元，即終端模塊，它具有多路輸入通道，可將蓄電池上采集模塊單元的信號進(jìn)行集中采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化數(shù)據(jù)，并進(jìn)行傳輸。信號采集單元的功能由設(shè)備狀態(tài)采集分析器及網(wǎng)絡(luò)連接轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，它們負(fù)責(zé)原始信號的預(yù)處理、系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)信息的收集。

2.2 監(jiān)測層

監(jiān)測層由蓄電池監(jiān)測主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組成，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，可以實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過手機(jī)、平板電腦和大屏顯示系統(tǒng)查詢和監(jiān)測，并通過通信網(wǎng)絡(luò)將匯集數(shù)據(jù)傳送至中心服務(wù)器。

2.3 中心管理層

圖1：遠(yuǎn)程監(jiān)測人機(jī)界面

圖2：就地級監(jiān)測主機(jī)及監(jiān)測界面

圖3：單體電池各參數(shù)的趨勢曲線

表1：監(jiān)測蓄電池明細(xì)表

圖4：動照配電室（112）施工安裝圖紙

中心管理層由服務(wù)器、工作站和管理信息系統(tǒng)組成。它與現(xiàn)場采集層的采集單元進(jìn)行連接、獲取數(shù)據(jù)、信息交互。對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲、分析，運(yùn)用智能分析算法進(jìn)行蓄電池安全狀態(tài)的診斷預(yù)警，并提供與外部系統(tǒng)的接口。

3 蓄電池安全健康預(yù)警系統(tǒng)功能

3.1 就地、遠(yuǎn)程監(jiān)視功能

通過系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、監(jiān)視管理層實(shí)現(xiàn)對蓄電池狀態(tài)就地級、遠(yuǎn)程的監(jiān)視功能。如圖1 和圖2 所示。

3.2 實(shí)時監(jiān)測參數(shù)狀態(tài)

系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)測蓄電池的單體電壓、電流、單體內(nèi)阻、極柱溫度，并能形成運(yùn)行趨勢曲線。如圖3 所示。

3.3 預(yù)警、報警、后臺管理功能

系統(tǒng)提供對蓄電池監(jiān)視的人機(jī)界面，能實(shí)時對電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，如出現(xiàn)異常情況、故障情況會預(yù)警、報警，且可進(jìn)行歷史查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等后臺管理功能。

3.4 自動調(diào)節(jié)電壓均衡功能

蓄電池上安裝的監(jiān)測單元實(shí)時采集電池的電壓，當(dāng)電池的電壓值與其它電池電壓值產(chǎn)生偏差值，且大于設(shè)定值時，將自動分別對單塊電池進(jìn)行放電和充電，直至電壓的偏差值達(dá)到設(shè)定值內(nèi)，使電池在相近的電壓、內(nèi)阻狀態(tài)下，調(diào)節(jié)電池系統(tǒng)的各個電池之間的均衡性，防止因蓄電池過充或欠充導(dǎo)致蓄電池組快速老化，以此來延長電池使用壽命，減少電池維護(hù)成本。

3.5 自動派單功能

可及時將蓄電池故障信息通過云端推送至管理者的手機(jī)終端，確保故障處理的時效性。并根據(jù)設(shè)備故障信息，自動定位運(yùn)維人員的位置，自動派單到就近的運(yùn)維人員。

4 在地鐵車站內(nèi)的應(yīng)用分析

為了驗(yàn)證蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果，選取北京地鐵6 號線西延田村站進(jìn)行了試點(diǎn)安裝、調(diào)試、以及試運(yùn)行。經(jīng)過現(xiàn)場勘查，技術(shù)方案、施工方案的制定、審查，最終確定在田村站4 個照明配電間及1 個屏蔽門控制室內(nèi)對123 組蓄電池安裝蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)，并設(shè)置了就地級（6 號線維修部）、線路級（6 號線項(xiàng)目部）兩級蓄電池在線管理中心。如圖4 所示。

如表1 所示，安裝、調(diào)試完成后，能監(jiān)測蓄電池的電壓、極柱溫度、內(nèi)阻，并通過就地電池管理主機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測并傳輸至服務(wù)器，在服務(wù)器端開發(fā)專用算法對上述參數(shù)進(jìn)行分析、診斷、評價，提供蓄電池安全健康狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)時信息，為主動維護(hù)主動安全提供基礎(chǔ)參數(shù)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從人工巡檢到數(shù)字化實(shí)時監(jiān)測的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)從“計劃修”到“狀態(tài)修”。

同時，建立了一套具有“現(xiàn)場級、項(xiàng)目部級、中心級”三級監(jiān)視的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測蓄電池的物理參數(shù)，并定期形成健康報表，通過云端推送到運(yùn)維人員的手機(jī)終端，告知運(yùn)維人員“檢測什么？更換什么？”，減少甚至免去人工巡檢，實(shí)現(xiàn)降本增效；此外，系統(tǒng)還具備自動充放電、自動派單等功能，真正實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維。

5 小結(jié)

通過對蓄電池安全健康預(yù)警管理系統(tǒng)的分析和在北京地鐵6 號線西延線田村站的探索應(yīng)用，充分表明該系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)蓄電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測、故障報警、后臺管理等功能，從而達(dá)到對蓄電池進(jìn)行高效的在線監(jiān)測管理。此外，通過對采集的蓄電池監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)積累和分析，還可以為城市軌道交通蓄電池安全健康監(jiān)測預(yù)警管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，達(dá)到多維度安全數(shù)據(jù)融合，對設(shè)備使用、維護(hù)進(jìn)行高度集成化、信息化、智慧化管理，成為地鐵智慧運(yùn)維的重要組成部分。