蓄电池在线养护全自动运维系统在电力通信网中的应用

作者简介：朱雪琴，技术员，主要从事电力通信方式管理，有多年电力通信机房基础设施从业经验，重点关注设备组网优化、基础环境标准化管理。

马弘历，技术员，工程师，研究方向为电力通信电源，直流系统等。

刘小庆，技术员，工程师，研究方向为电力通信设备组网，基础环境标准化等。

摘要：本文研究采用蓄电池在线养护全自动运维系统，实现7×24 h实时在线监测，采用蓄电池养护感知模块配接于每节电池上，以养护感知模块感知每节蓄电池硫化结晶的消除变化过程、电能转化为化学能的变化过程，并以电压、内阻、温度、SOC（剩余容量）、SOH（健康活性度）等多种参量直观显示蓄电池性能变化，并根据蓄电池自身变化趋势对蓄电池性能进行评价，通过对多种变化量的持续检测，弥补传统蓄电池巡检监控设备的诸多短板，从而保障数据中心机房设备的安全运行。

0   引言

阀控铅酸蓄电池在现阶段广泛应用于我国的通信电源，作为后备电源确保通信系统在异常情况下运行正常。在通信电源出现故障时，蓄电池成为通信设备的唯一电源，因而阀控铅酸蓄电池的容量在一定程度上决定通信设备运行可靠与否^[1]。

现在，蓄电池的维护工作主要依靠人工，因而在实际应用中存在很多不足，包括：维护人员少，设备数量增多，巡视周期长，无法及时有效发现问题；蓄电池容量测量采用定期对整组电池充放电，没有针对性；[2] 蓄电池在正常使用一段时间后，单体电池之间的电压差异会逐渐增大，蓄电池组的电压一致性会逐渐变差，如果不采取有效措施，这种差异会越来越大，导致整组蓄电池容量降低，甚至报废^[3]。

为了改善阀控铅酸蓄电池的运维困境，需要提出一种新型蓄电池在线监测及维护方案，不停电、不离线在线发现落后电池，预警隐患；不停电、不离线在线提升蓄电池性能，让落后电池自愈恢复；未病先治、养护为主，减少人工维护工作量；养护为主、放电测试为辅一键式操控，放电核容测试全自动实现。

1   蓄电池在线养护全自动运维

蓄电池监控（电压、内阻、温度）只是一种观察的手段，无力改善蓄电池性能，也不具备甄别隐性故障的能力，所以蓄电池监控对使用者而言有鸡肋之感。

饱饿不匀是导致蓄电池性能萎缩的根本原因^[4]，蓄电池在线养护系统是可以治本，消除饱饿不匀引发的硫化结晶的生成机理，消减已经形成的硫化结晶自愈恢复坍塌的活性物结构，差异化自适应为每节电池注入电能，使每节电池功率保持最大化。

蓄电池养护感知模块配接于每节电池上，用养护感知模块感知每节蓄电池硫化结晶的消除变化过程、电能转化为化学能的变化过程，以电压、内阻、温度、SOC（剩余容量）、SOH（健康活性度）等多种参量直观显示蓄电池性能变化（回溯过去、显示当下、预测未来），如图1 所示。

图1 蓄电池养护感知机理示意图

在线养护能使每节电池欠充区域处于满电状态，保障电池活性区域不会快速萎缩，同时又能使电池的非活性区域逐渐最大化，这样的养护机理是延长电池使用寿命的基础条件。

2   蓄电池在线养护全自动运维系统功能实现

2.1 蓄电池在线监测功能

应用大数据分析技术，实现蓄电池全寿命周期性能管控，做到电池性能可回溯、可预测，并及时发布各类电池故障预警。

由于其长期处于浮充状态下，蓄电池电池处于相对稳定的平衡状态，电池是静止的^[5]，因此采集再多的电池历史数据进行数据分析也不会有任何意义，只有通过核容测试才能掌握电池性能。

蓄电池在线养护设备和蓄电池之间有电能和化学能相互转换，打破电池组原有的平衡状态，使各单节电池始终处于充、放电动态平衡的微循环状态，不仅在线可提升个单节电池的活性度SOH，使每节电池荷电功率处于满电最大状态，还可以在养护仪作用下显露各单节电池真实的荷电信息。蓄电池在线养护感知系统连续跟踪记录这种变化，在线直观看蓄电池剩余容量（SOC）的变化，为在线提高蓄电池剩余容量精准度提供了数据支撑，从而使蓄电池全寿命周期性能可回溯、可预测的实现成为可能，如图2 所示。

图2 蓄电池线监测功能示意图

2.2 放电核容测试

蓄电池在线养护全自动运维系统配置“自动空开”一键式操控，实现批量远程放电核容测试。自动空开外型与原整流器交流输入空开相似，可直接置换，安装便捷。自动空开除具备常规空开的所有功能外，还有通信控制接口受控于养护仪。当网管下发指令后，自动空开分断（模拟交流停电），这时蓄电池组给负载供电，电池组放电过程中养护系统高速采集单体电池电压、放电电流，一旦检测参数到达设定阈值（预设放电时长、预设放出容量、单体电池电压、电池组端电压），即控制自动空开闭合恢复交流供电。自动空开的控制机理安全可靠，任何异常，如通信中断就会自动恢复，如图3 所示。

2.3 假负载核容测试

2 组电池始终保持1 组在线，把2 组电池其中1 组切入假负载进行放电测试（常态下与系统以常闭触电连接，只有放电时才切换至假负载）。假负载有缓启动控制功能，确保在触点闭合分断瞬间无拉弧可能（放电时只有当电池通过触点完全切换到假负载，假负载才会启动将放电电流从零缓升到设定值；到达放电终止条件时，先控制假负载将放电电流降为零后才通过触点将电池恢复）。

放电过程中检测到交流停电即终止放电。通过访问网管可设置放电参数（放电时长、单体电压、电池组端压、放出容量）任何一个参数到达设置阈值即终止放电，且当养护仪和网管失联（网络中断或其他故障）也会控制负载终止放电，如图4 所示。

图4 双组电池容量测试原理示意图

在放电测试中，单组电池或各自独立的两组电池遇到交流停电要保证用电设备无缝隙供电。本案设计如下，放电测试中检测到交流停电停止放电，在触点动合间隙有大功率续流二极管给设备供电，续流二极管的压降小于0.5 V，同时停止负载放电，接触器恢复到A-B，A-B 闭合后短路续流二极管，电池到负载之间不再有续流二极管的压降。

图5 单组电池容量测试原理示意图

2.4 蓄电池在线养护全自动运维系统的整体设计

在设计蓄电池在线养护全自动运维系统时，整体框架可以分为云平台、在线养护主控模块及蓄电池养护感知模块。其中，云平台主要用于采集和处理各个厂站所提供的电池终端信息，同时还要对通信蓄电池组的运行现状进行实时全面的监测与统一管理。在线养护主控模块则需要进行蓄电池组各类参数数据的有效采集与整合，同时还包括其他各类子系统，具体有通信电源系统、交直流系统等。蓄电池养护感知模块配接于每节电池上，用养护感知模块感知每节蓄电池硫化结晶的消除变化过程、电能转化为化学能的变化过程，以电压、内阻、温度、剩余容量、健康活性度等多种参量进行采集，如图6 所示。

图6 蓄电池在线养护全自动运维系统设计示意图

通过蓄电池养护感知模块收集蓄电池内、外部工作信息，并将这些信息上传到在线养护主控模块，最终传入云平台进行综合处理与分析，实现对通信蓄电池工作环境及工作状态的有效监控。系统能够根据配置的设备数据库和历史信息进行综合分析，协调通信电源直、交流系统、UPS 系统、环境在线监测系统等各个模块，实现对电源系统整体统一的有效管理，如图7、图8 所示。

图7 蓄电池在线养护全自动运维网管界面示意图1

图8 蓄电池在线养护全自动运维网管界面示意图2

3   结束语

本文所设计的蓄电池在线养护全自动运维系统实现了对通信蓄电池组的实时监测，当蓄电池内阻增大时，系统会自动有针对性地自修复，减少维护人员对容量下降的蓄电池的更换频率，保证通信蓄电池组运行在良好状态，避免停电后造成后备电源系统瘫痪，从而提高数据通信设备运行的安全性和可靠性。随着我国现代化进程的加快，电力通信站点的整体数量也在不断扩充。在这种大趋势下，传统人工模式下的充放电管理已经很难满足实际需求，必须要侧重发展远程在线充放电系统体系。

参考文献：

[1] 蔡敏.通信蓄电池远程在线充放电系统的应用探析[J].通讯世界,2019,26(6):148-149.

[2] 邹育鹏.蓄电池在线监测系统的实践应用和效果[J].通信电源技术,2019,36(12):89-91.

[3] 文波,刘贵富.电力系统信息通信机房UPS蓄电池在线监测及远程充放电智能管理技术探讨[J].低碳世界,2016(30):49-50.

[4] 黄海,王昊.通信蓄电池远程在线充放电系统的应用分析[J].中国新通信,2017,19(23):10.

[5] 李含霜,何宏华,马云飞,等.通讯电源中的蓄电池在线监测技术及系统维护的研究与设计[J].电子测试,2014(增刊2):15-17,7.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年12月期）