阀控式铅酸蓄电池在线监测及应用研究.
蓄电池在线监测装置及系统探究
蓄电池在线监测装置及系统探究蓄电池可以为变电站提供低压直流电源，作为整个电网不可或缺的重要组成部分，对蓄电池的研究一直未停止，尤其是对蓄电池在线监测装置的研究对于变电站事故应急处置，确保电网稳定安全运行具有十分重要意义，本文着重就这一课题展开研究，希望能给相关专业人士以参考。
标签：蓄电池;在线监测;装置系统引言随着国家大数据战略的发展，对于电力系统技术的革新发展无疑是巨大的。
对于蓄电池在线监测的研究不仅仅可以实现蓄电池的的无人值守管理，还可以实现其集约化管理，基于大数据技术，电力系统开展了一系列的变电站蓄电池在线健康维护试点工作，为实现远程化和区域化蓄电池管理提供可借鉴的技术和经验，也大幅度降低了运行维护管理的成本，提升了安全运行的水平，增强了电网的可靠性。
一、变电站蓄电池简介从当前变电站蓄电池使用情况来看，阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称蓄电池）由于其优越的性能被大量广泛使用，被市场接受认可度较高，其主要作用为：当变电站电源失去电力时，蓄电池可以为断路器等内部设备提供断路动能。
所以蓄电池的性能直接关联着整个电网的安全稳定，必须引起高度重视。
但从实际运行维护情况来看，目前还存在很多不确定因素导致蓄电池寿命缩短和性能降低，必须针对问题症结，优化维护手段，提升蓄电池的可靠性。
本文所研究的对于蓄电池再现监测装置的研究就是其中较为有效的手段之一。
变电站内的蓄电池组是电力系统的最后防线，作为应急状态下供电的储能设备，在交流电供电常态下，其处于浮充电满容量状态，当直流负载瞬时超过充电机额定输出电流情况下，其即时提供无延时的负载电流，确保母线电压正常。
蓄电池作为故障状态下为站内一级、二级设备提供电源的重要设备，必须高度重视其自身质量的好坏，因为其应用价值远远高于其本身的价值。
从理论上分析，绝大多数蓄电池是免维护的，设计寿命已经达到了或接近于12年，但从工作实践来看，理论值难以达到，一般平均寿命为6至8年。
由于蓄电池发生故障导致电网事故的不胜枚举。
阀控铅酸蓄电池的性能检测和监控方案
第41卷第1期2020年2月80电力与能源D()I：10.11973/dlyny202001018阀控铅酸蓄电池的性能检测和监控方案张菲菲1,王俊霞1,杨勇1,徐光1,龚春彬1,许文寅吴晟昊俞佳敏I,汪胡根2,乔飞2,王俊生2(1.国网上海市电力公司长兴供电公司，上海201913；2,中国电建集团装备研究院有限公司，上海201306)摘要：阀控铅酸(VRLA)蓄电池作为不间断供电的重要电源，其性能检测和在线监控尤为重要。
分析了影响VRLA蓄电池性能的因素，介绍了VRLA蓄电池性能检测方法，针对现有蓄电池性能检测技术的不足，提出了包括性能监控系统和充放电自动控制系统的VRLA蓄电池的监控解决方案。
关键词：阀控铅酸(VRLA)蓄电池；性能检测；监控方案作者简介：张菲菲(1985—).女，工程师，从事电子设备运维管理工作。
中图分类号:TM912文献标志码：A文章编号：2095—1256(2020)01—0080—04Performance Testing and Monitoring Scheme for Valve-Regulated Lead-Acid Battery ZHANG Feifei1,WANG Junxia1,YANG Yong1,XU Guang1,GONG Chunbin1,XU Wenyin1, WU Shenghao1,YU Jiamin1,WANG Hugen2,QIAO Fei2,WANG J unsheng2(1.State Grid Changxing Electric Power Company,SMEPC,Shanghai201913,China；2.Electric Construction Group Equipment Research Institute,Shanghai201306»China)Abstract:As an important power source for continuous power supply,valve-regulated lead-acid(VRLA)battery performance testing and on-line monitoring are particularly important.This paper analyzes the factors that affect the performance of VRLA battery and introduces the testing method of VRLA battery.In view of the shortcomings of current battery performance testing technology,a monitoring solution of VRLA battery is proposed,including performance monitoring system and automatic charge-discharge control system.Key words:valve-regulated lead-acid(VRLA)battery；阀控铅酸(VRLA)蓄电池具有使用方便、安装简便、安全可靠、节省投资等优点，由于VRLA 蓄电池是密封的，不易进行传统的维护工作，曾被误称为免维护电池由于不了解VRLA蓄电池维护测试的重要性及如何进行维护测试，因此一般都不关注VRLA蓄电池的性能状态，往往在故障后才知道蓄电池有问题。
在线监测诊断是VRLA蓄电池管理的必由之路
在线监测诊断是VRLA蓄电池管理的必由之路杭州高特电子设备有限公司版权所有，严禁转载或二次加工，谢谢！徐剑虹肖惠英杭州高特电子设备有限公司 310012 杭州摘要：对运行中阀控式铅酸蓄电池(VRLA)的监测和检测一直停留在对电池电压和内阻的测试上，还有就是定期的核对性放电测试，缺乏有效的分析诊断技术。
本文从浮充电压的离散度、内阻的变化和阀控电池容量及寿命的相关性角度，提出了基于阀控电池浮充电压和内阻分析的在线监测诊断方法。
关键词：失效机理测试方法诊断模型蓄电池监测模块BMM一. 概述铅酸蓄电池自从1859年普兰特发明以来已有一百多年的历史了，密封阀控铅酸电池的出现更以其密封环保、少维护、自放电小、性能稳定、使用方便等优点而迅速占领市场，广泛应用于通信机房和移动基站，作为电源系统停电时应急后备电源，蓄电池本身运行的可靠性和安全性也已经得到了越来越高的关注。
然而，从上世纪80年代使用阀控式铅酸蓄电池开始，20多年来人们一直被阀控电池的可靠性问题所困扰，往往是市电发生故障了，系统电源也跟着就没了，或者只能维持很短的时间[1]。
为此人们作了很多探索，提出了很多阀控电池的失效机理[2] [3] [4]，也对阀控电池的测试作了很多研究，从核对性放电到测量单体电压，再到测试电池内阻(或电导)[5] [6]，也有人提出了蓄电池的在线诊断技术[7]、测试数学模型[8]等等。
本文从阀控电池的不同失效机理和测试方法入手，讨论了蓄电池浮充电压的离散度、内阻的变化和阀控电池容量及寿命的相关性，提出了基于阀控电池浮充电压和内阻分析的在线监测诊断方法，其目的就是通过在线监测诊断技术，达到即时获知电池容量和电池性能预期，提高蓄电池维护水平，提高电源运行的安全性和可靠性。
二. 阀控式铅酸蓄电池的失效机理在讨论测试方法前，简要回顾一下阀控电池的失效机理，阀控式铅蓄电池是一个复杂的电化学体系，电池的性能和寿命取决于电池材料、工艺结构、及电池运行环境等等多方面的因素。
浅析蓄电池在线监测技术在变电站的应用
在变电站蓄电池作为备用电源在电力系统中起着极其重要的作用，在交流电失电或其它事故状态下蓄电池组一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪，造成设备停运及其它重大运行事故。
近年随着阀控式密封铅酸蓄电池(以下简称阀控蓄电池电池)在电力系统的广泛使用，由蓄电池故障而引发的事故时有发生，甚至造成着火、全站停电。
阀控蓄电池由于特殊的阀控式密封结构，使得我们无法准确掌握蓄电池的健康状况，其“免维护”的这一优点，已经成为电池运行管理中的缺点和难点。
在提高电池性能，减少维护工作量的同时，如何快捷有效地检测出早期失效电池并预测蓄电池性能变化趋势已成为电池运行管理的新课题。
目前除了核对性放电、测端电压等常规维护检测手段外，随着技术的发展一些新的检测手段孕育而生，蓄电池在线监测这一新检测技术开始逐步运用到电力系统。
蓄电池在线监测技术应用情况在电力系统变电站目前使用较多的蓄电池在线监测装置是由一个主控模块和数个采集模块组成，主模块接收监控器的命令，发送电池数据到直流设备的监控器;采集模块中每个模块采集10～20节电池的电压、电流和温度;通过直流充电设备的监控器可显示各单节电池电压，判断故障电池的编号且给出报警。
由于功能单一、不能测试容量、且测量精度差、容易误报，限制了它的广泛使用。
随着人们对阀控式密封铅酸电池研究的深入，蓄电池内阻已经成为衡量电池好坏的一个重要指标，内阻检测成为电池维护一个重要手段。
内阻跟蓄电池容量之间没有严格的数学关系，无法根据单个电池的内阻值去预测蓄电池的寿命和容量，蓄电池内阻突然增大，蓄电池的容量将发生变化，通过对内阻测试数据不断累积和定量分析，可以推断出电池容量变化趋势和寿命情况。
人工进行内阻测试耗时，测试数据少，一般要求一年一次，测试数据不能及时存储和多年保留，分析功能较差。
因此在电池巡检的基础上，增加了内阻在线检测，并采用现代的通讯和计算机等技术，建立了蓄电池在线智能监控系统。
系统主要由数据采集模块、放电模块、监控单元三部分组成，具有实时监测电池的运行参数(电压、电流、温度)、定时自动测试电池内阻、静态放电测量电池容量、综合测量判断电池性能及变化趋势以及显示报警功能，系统还可实现网络化、智能管理。
动力用阀控式铅酸蓄电池的研究进展
动力用阀控 式铅酸蓄 电池 的研 究进展
张 琳 ，高 颖 王振 波 ，余 建 中 ， ，臧 宁
（． １哈尔滨 师范 大学化 学化工 学 院 ，黑龙 江 哈尔滨 １０ ２ ；２哈 尔滨工业 大学 化工 学 院 ， ５０ ５ ． 黑龙 江 哈尔滨 １００ ；３浙 江长 兴绿色 动力 能源科 技有 限公 司 ，浙 江 长兴 ３３０ ） ５０ １ ． １１０
阻 ，阻止 阳极腐 蚀层 的生 长 。Ｔｎａ 将 Ｎ 添 加 到 ａｇｔ ” ａ 铅 中 合 成 一 系 列 的 Ｐ — ａ合 金 。实 验 结 果 表 明 ， ｂＮ 钠 的添加 加 速氢 气 的析 出 ，但 阻 止 了氧 气 的生 成 ， 这 对 阻止 水 的损 失 和 自放 电 的发 生是 很 有 帮助 的 。 铅 一钠 合 金具 有 较好 的循 环 性 能 和 耐腐 蚀 性 。该
是 销售 额 ，铅 酸 蓄 电池 均 占所 有 化 学 电 源 总 和 的
随着铅酸蓄电池的使用 ，我们也听到了许多对 它 的不 满与抱 怨 ，尤其 是动 力用铅 酸 蓄 电池 。 只要 是铅酸蓄电池 ， 在使用的过程中都会硫酸盐化 ， 但
其 他领 域 的铅酸 蓄 电池 却 比动力用 的铅 酸蓄 电池 有 着 更长 的寿命 ，这 是 因为动 力用铅 酸 蓄 电池 有着 一 个 更容 易硫 酸盐化 的工作环 境 ，如深 度放 电 、大 电 流放 电 、充 ／ 电频 率高 、短时充 电 、放 电后 不 能 放 及 时充 电等 。为了改进 动力 用铅 酸蓄 电池 的使用 寿
损 ，含 量 不易 控 制 ，钙会 造 成板 栅 水 平方 向长 大 ， 板 栅 易膨 胀 ；③ 深循 环性 能 差 。Ｒ ｎ 【 为 合金 的 ａｄ 微 观结 构是影 响板 栅 的机械强 度 、耐腐性 能 和抗蠕
阀控式铅酸蓄电池参数在线监测系统设计
Telecom Power Technology设计应用阀控式铅酸蓄电池参数在线监测系统设计宋春然，王璐瑶，吴立霞，张若朋，薛守洪（内蒙古电力科学研究院，内蒙古呼和浩特在现代化的生产和生活中，各类电力和通信等重要的系统都需要稳定的电源给予保障。
蓄电池作为断电时的应急设备，发挥了重要作用。
因此，介绍VRLA蓄电池的工作原理，论述电压、电流、温度以及内阻等需要监测的参数，给出在线监测蓄电池参数的系统设计方案。
通过对蓄电池参数的远程在线监测，以更好地保障其工作的铅酸蓄电池；工作参数；监测系统；方案设计Design of On-line Parameter Monitoring System for Valve-controlled Lead-acid BatteryWANG Lu-yao，WU Li-xia，ZHANG Ruo-pengInner Mongolia Electric Power Research Institute，all kinds of power，communication and other important systems need and battery plays an important role as emergency equipment when power is cut off.This paper introduced the working principle of VRLA battery，the battery parameters such as voltage 2020年6月10日第37卷第11期· ５７ ·Telecom Power TechnologyＪｕｎ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １１ 宋春然，等：阀控式铅酸蓄电池参数 在线监测系统设计在正负极上加电压，PbSO 4发生电解，负极板上累积析出金属铅，正极板上则累积PbO 2。
阀控密封铅蓄电池在线检测技术评述
以用测得 的电导值去推测电池的剩余容量。
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图 １ ３ ６只 １０ ｌ电池 的容 量 和 电导 ３ ０ ０Ａ ｌ
表面上看来这样做是有一定 道理 的。但应 当看 到， 上述 结果 是 将 放 电 时 间 接 近 于 ０至 Ｉ０９ 的全 部 Ｏ ／ ５ 铅蓄电池都统计进去得到 的， 可是我 国标准 中规定通 信用 Ｖ Ｉ 的容量必须保证在 ８ 以上方 可在线使 Ｒ Ａ ０ 用， 低于８ 就是失效电池， ０ 应该更换 。也就是说 ， 若 用在线使用的 电池测得 的 电导值去推测它 的剩余 容 量， 必须 观察 电池容 量在８ 以上 时 电池 的电 导跟 容 ０ 量 之 间是 否存在 线性 相关 关 系 。 按 照 ＶＲＩ 一般放 电性 能 推算 ， ）ｏＡｈ的电池 Ａ １（ ｏ
有人试图根据 电导测试结果去预测 电池的使用寿命 ， 随后在国 内邮 电通信部 门也 呼声很 高。然而实践证 明， 电导值并不能正确反 映在线使用的铅 蓄电池组的 容量 ， 更无法推断蓄电池组 的使用寿命Ⅲ。 １ Ｊ
２ ２ 深入 分析 国外 的统计 结 果 ．
阀控式铅酸电池漏液自动检测技术及应用
Telecom Power Technology运行维护管理阀控式铅酸电池漏液自动检测技术及应用梁润康（中国电信股份有限公司佛山分公司网络运营部，广东近年通信电源设备电池组因漏液导致火灾事故时有发生，文中通过在铅酸蓄电池电池头外围加装检测导电环，并在导电环与保护地、电池架与保护地之间设置保护熔丝，当电池漏液时保护熔丝动作，熔丝辅助触点闭合，检测模块将漏液告警信息上传到监控系统，及时发现电池漏液问题，避免因电池漏液而导致电池的火灾隐患。
电池漏液监测系统经过测试，能起到电池漏液告警功能，降低电池火灾安全隐患。
铅酸电池；漏液；自动检测；安全Automatic Detection Technology and Application of Valve-RegulatedLead-Acid Battery LeakageLIANG Run-kangFoshan Branch，China Telecom Corporation Limitedbeen fire accidents causedcommunication power supply equipment. This article proposes that the fuse element should be installed on the periphery 2020年9月第37卷增刊1Telecom Power TechnologyＳｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１ 梁润康：阀控式铅酸电池漏液自动检测技术及应用个小时，巡检工作量大，部份机房由于空间较小，采用多排电池安装方式，检查时间会更长。
若在巡检间隔期内出现漏液情况，也不能及时发现，根据此问题，所以现在采用的预防措施是在电池单体下面铺垫一层绝缘垫片，在电池漏液时使电池与电池架隔离，让维护人员巡检时发现漏液更换电池或处理。
而对于无人值守机房或众多的无线基站，及时发现电池漏液就至关重要。
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（请只在上述一个括号内打“４”）），在——年解密后适用本授权书。
学位论文作者签名：球牵搿签字日期：１尸尹年ｌＪ月ｆＦｔ导师签名：签字口期：≯嘶，，月沥砒１／日兰州西固热电厂阀控式铅酸蓄电池在线监测及应用研究作者：学位授予单位：张荣魁重庆大学参考文献(33条 1.张乃国.何春华.王其英 UPS供电系统应用手册 2001 2.张端.杨颂华.徐武义实用电子电路手册(模拟电路分册 1992 3.陈体衔密封铅酸蓄电池等效电路 1994(06 4.张晓东国内外蓄电池监测系统的现状及发展趋势2001(03 5.Alber公司蓄电池维护全面解决方案 2001 6.张五一.陈旭备用电源系统的蓄电池在线监测仪[期刊论文]-郑州纺织工学院学报 2001(2 7.黄刚.李祖雄工频交流电参数数字式多用表的研制 2001 8.李立伟.邹积岩基于交流测量法的蓄电池内阻测量装置的研究[期刊论文]-计量技术 2002(12 9.郑霞明谈蓄电池在线检测及放电活化2001 10.张殿科.赵树海蓄电池在线监测仪的研究与应用 2001 11.阎凤才接触电阻对蓄电池检测电压的影响 1995 12.张德忠.王武军.于帅 UPS蓄电池维护现状和放电容量测试[期刊论文]-山东气象 2002(4 13.赵文麒镉镍蓄电池直流屏控制系统的可靠性研究 1997(02 14.明正峰.钟彦儒.周文云一种适用于蓄电池组供电的谐振极零电压过渡PMW逆变器 2001(06 15.李立伟.邹积岩蓄电池在线监测系统的设计与实现[期刊论文]-电工技术杂志 2002(11 16.张兴蓄电池充、放电装置中的PWM AC/DC变流器设计[期刊论文]-电工电能新技术 2002(1 17.孔令彬.叶敦范.付闯微机控制蓄电池监测系统[期刊论文]-微电子技术 2001(6 18.范兵良免维护铅酸蓄电池在水电站中的使用与维护[期刊论文]-农村电气化 2001(6 19.Kiyoshi Taigawa.Hiromu Kobayashi A development of effective test method on storage batteries for PV application 199620.Robert D Soileau A diagnostic testing program for large lead acid storage battery banks 1994(01 21.Gui-Jia Su.Tetuhiko Ohno A new topology for single phase UPS systems,a 1997 22.Shinoji Wakao.Hiromitsu Takano.Takeshi Motegi Computational simulation of peak cut system composed of PV power generation and storage battery 2001 23.T Suntio.P Waltari.I Gadoura Condition monitoring of storage batteries crisp vs soft omoputing methodology in telecom power systems 1999 24.Satsuya Hirachi.Makoto Sakane.Tomoki Matsui Cost-effective practical development of highperformance and multi-functional UPS with newsystem configurations and their specific control implementations 1995 25.S Sasabe.KSato Y Matsuyama Development of a Long-Life VRLA Battery for Communications 1997 26.Hitachi Katsuya.Sakane Makoto.NiwaSin.Matsui Tomoki Development of UPS using new type of circuits 1994 27.K K Berju.E L Daniels.E M Strohlein Engineering the storage battery as an underwater power supply,exide power systems division - ESB incorporated phimdelphia 28.Katsuya Hirachi.Masao Yamanaka.Tomoaki Takada Feasible development of utility-interactive multifunctional bidirectional converter for solar photovoltaic generating system incorporating storge battery 1995 29.Isao Suzuki.Takahiro Shizuki.Koichi Nishiyama High power and long Life lithium-ion battery forbackup power sources 2001 30.IEEE recommended practice for installation design and installation of large lead storage batteries for generating stations and substations,ANSI/IEEE Std 484-1987 31.IEEE Standard for Qualification of Class 1E Lead Storage Batteries for Nuclear Power Generating Stations,ANSI/IEEE Std 535-1986 32.Naommi Miyanaga.Takefumi Inoue.Hiroaki Yoshida.Kanemi Komada Large scale lithium-Ion battery cells for space use 2001 33.Fumihiko Umeda.Masato H Ohsato.Gunji Kimura New control method of resonant DC-DC converter in small scaled photovoltaic system 1992 相似文献(10条 1.期刊论文夏勇基于以太网的蓄电池监测装置 -电工技术2004(5 提出了一种基于以太网的蓄电池组监测装置,通过实时测量蓄电池组的单体电压,温度、内阻及充放电电流,实现了蓄电池组运行参数的实时监测,并通过以太网实现了蓄电池的远程监测,详述了装置的设计原理及部分程序流程. 2.学位论文王斌一种新型的风光互补发电系统优化设计 2008 太阳能及风能均具有能量密度低、随机性强的特点，所以单独的光伏或风电系统难以提供稳定的电能输出，加入蓄能装置有助于改善这一缺陷，但又大大加大了系统的投资。
如何使得光伏电池及风力发电机发挥最大的潜能，又避免过多的投资浪费是急需要解决的问题。
如何合理的匹配设计是充分发挥风光互补发电优越性的关键。
目前，国内设计风光互补系统配置一般采用经验来估算，这往往会造成系统装机容量严重不足或者过剩现象。
风光互补独立供电系统的优化配置可看作一个多目标优化问题，两个冲突的目标是极大化供电可靠性和极小化成本。
本文中，供电可靠性采用计算机软件模拟蓄电池组一年的每日的荷电状态值(SOC来验算保证：成本的优化采用遗传基因算法动态搜索模式，搜索计算出最小化系统配置花费。
本文在设计风光互补独立供电系统时，系统中需要优化的不仅有光伏电池和蓄电池的容量，还应该有风力发电机种类和容量以及光伏电池的倾角[7]。
优化目标为系统安装成本，约束条件为供电可靠性。
在成本(目标函数的最小化计算中，用改进的适应性微观策略的遗传算法优化，随机搜索并采用选择、交叉、变异三种基本算子在全部组合中搜索最优化的配置。
计算和验证表明本文采用的算法收敛，能同时优化风力发电机类型和容量、光伏电池的容量和倾角以及蓄电池的容量，并且计算效率高。
本文首先按光伏方阵、风力发电机、蓄电池、负载、优化指标的顺序建立了风光互补发电系统的数学模型。
其中光伏方阵模型包括了太阳辐射模型及光伏模板的电流电压模型。
风力发电机的模型由一分段能量函数表示，以便于仿真[5]。
储能单元中蓄电池模型直接采用了前人的工作成果。
等效数学模型分析表明，超级电容器能够提升储能系统的峰值功率，优化蓄电池的充放电电流，使其工作在良好环境中[15]。
本文提出了一种无源式超级电容器和蓄电池混合储能结构，并应用于独立风光系统中，建立了相应的控制系统。
仿真和实验结果表明，由于超级电容器的滤波作用，在光伏系统的输出功率和负载功率大幅波动时，蓄电池的充放电电流能够保持在较平滑的水平，避免了因充放电电流过大而引起的容量损失和过早失效。
这在本文的设计中是一个创新。
本文最后还设计了以PIC16F877单片机为核心的控制系统的硬件电路和相关软件，可以实现在风光系统运行过程中相关参数的测量、显示、计算和通信等功能。
3.期刊论文张卫钢.蹇小平.边耀璋电动汽车蓄电池充放电电流数字式检测方法 -传感器技术2003,22(9 在很多工业场合,需要对直流电流进行两个方向的检测,尤其是为适合计算机的管理与控制,还必须将检测结果转换为数字信号送人计算机.结合对电动汽车蓄电池充放电电流的检测实践,通过传感器选型、抗干扰措施、检测系统的构成和检测程序流程等内容,给出了一种对双向不等值直流电流的数字式检测方法. 4.学位论文冯婧基于PWM整流器的可逆充电技术的研究 2009 针对传统采用晶闸管整流的充电机的缺点（网侧功率因数低，造成网侧电流畸变，从而污染电网；频率低，这使得充电机体积大；能量只能单向传递），本文设计了一个高效、高功率因数、节能的蓄电池智能充放电系统。