蓄电池组在线监测管理系统的可行性研究报告

蓄电池在线监控方案研究目录一、目的和意义 (3)二、蓄电池传统的测试法及缺陷 (3)2.1蓄电池维护现状 (3)2.2传统蓄电池检测维护手段存在的缺陷 (4)2.3研发课题引出 (4)二、蓄电池检测方法的比较研究 (5)三、课题的理论和实践依据 (7)四、课题研究内容 (7)五、预期目标和成果形式 (8)一、目的和意义随着社会的进步和信息化、自动化程度的不断提高，人们对电力行业的依赖程度进一步加深，对电网系统的可靠性提出了更高的要求。

无论在发电企业、供电系统中，蓄电池作为备用电源在系统中起着极其重要的作用。

不仅是发电机组正常启动的有力保证，也是通信网的安全运行的保证。

平时蓄电池处于浮充电备用状态，由交流市电经整流设备变换成直流向负荷供电，而在交流电失电或其它事故状态下，蓄电池是负荷的唯一能源供给者，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。

随着铅酸蓄电池技术的发展，原有的固定式隔酸防爆型铅酸电池逐渐淘汰，取而代之的是新型的全密封阀控式铅酸蓄电池（俗称“免维护”铅酸蓄电池）。

虽然阀控式铅酸蓄电池的有众多的优点（如：大电流特性好、自放电小、性能稳定、无冒酸、干净安全），然而，近几年来的使用情况表明阀控式铅酸蓄电池并没有实现真正的免维护，由于受其质量、性能或使用不当（缺乏正确的维护）等原因，造成电池早期失效现象常有发生，有些只用了2至3年就失效了，远远短于预期寿命，严重影响了系统的安全运行。

由于阀控式铅酸蓄电池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，阀控式铅酸蓄电池“免维护”的这一优点，成为电池运行管理中的缺点和难点。

原来采用的固定式隔酸防爆型铅酸电池运行维护方法（如看极板有无弯曲、腐蚀、脱落，测量硫酸密度，看液面高度，添加电解液等），已不适用阀控式铅酸蓄电池，所以在提高电池性能，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，尤其对无人值守站更显重要。

为了使通信网的安全运行以及整个电网的安全稳定运行，我们有必要对阀控式蓄电池进行有效的检测和活化维护，确保公司直流系统正常运行。

二、蓄电池传统的测试法及缺陷2.1蓄电池维护现状目前，蓄电池维护主要是定期检测每一节蓄电池电压和电池组端电压。

包括：第一、1个月对单节电池的电压和电池组的组端电压进行一次测量，检查有没有严重落后的蓄电池；第二、1个季度测试一次蓄电池的内阻，检查是否有内阻值严重偏大的蓄电池；第三、2年一次核对性放电测试电池组的实际容量。

2.2传统蓄电池检测维护手段存在的缺陷三种检测方法属于传统的蓄电池检测维护手段，存在众多的缺陷，如：人工测量精度差、易受人为因素影响、实时性（尤其是在放电过程中）和连续性差等。

通过测量电池的浮充电压检测电池状态，可测出电池开路、短路、严重损坏电池。

如：浮充电压严重偏高，可能是电解液干涸；栅板严重硫化，导致内阻增大引起；浮充电压严重偏低，可能是电池长期欠，充或正极板腐蚀等。

不能判断蓄电池的实际容量和当前的性能状态。

而内阻（或电导）法虽然快速简便，易于发现失效电池，对了解电池性能变化具有重要参考意义，但需建立新电池原始数据用于比对。

电池内阻的与电池容量之间无一一对应关系，且测试操作容易产生测试误差和容易受干扰。

因而，不能根据蓄电池的内阻或电导值去推断电池容量和使用寿命。

核对性放电测试虽然可以找出部分落后电池，但一般两年一次，无法在测试前发现落后电池，也无法保证测试后的两年内不出现故障，且工作量很大。

2.3项目课题引出通过对传统的检测维护手段的综合分析比较，发现传统的检测维护手段不但缺少信息的来源，更没有专业的综合分析手段，即无法及时发现已发生的故障和存在的隐患，给生产和安全带来严重威胁。

另外，没有在线的监测的情况下，必须依靠人工对电池进行电压和内阻的测试，不但工作量很大，而且容易产生误差，并可能因人为误操作带来风险，有些点的测试非常困难，数据的分析也会因人而异，无法做到准确的判断。

鉴于阀控式蓄电池的作用愈趋重要，是整个电网和通信网的安全运行的保证。

另外，相应的检测技术条件和网络技术条件愈趋成熟，对阀控电池的测试研究已经很多，如内阻、电压分析等，为实现在线监测提供了各种手段。

研究和数据统计表明：①蓄电池的早期损坏大部分是由于过充造成的，通过对蓄电池的原理的理解和充电过程的实时监测记录也可以得到证实，因此浮充充电、补充充电和均衡充电的数据对判断蓄电池的性能具有很高的参考价值，而这些单靠传统的检测维护手段是难以实现的；②蓄电池的失效具有一定的“隐蔽性”，如：极板腐蚀、连接条松动等很难在浮充运行或小电流的核对性放电测试过程中发现，而通过直流内阻测试的瞬间大电流的放电（类似于电磁合闸机构的合闸过程）就可以发现这些隐患。

因此，如何从繁重的劳动中解脱出来，并且通过对蓄电池的多种检测手段的综合运用并通过专业的统计分析方法，真正掌握蓄电池的性能就成了亟待解决的问题。

三、蓄电池在线监测系统的理论和实践依据根据目前我公司蓄电池维护的现状和对蓄电池测试技术的调研，真对公司蓄电池维护与管理可以建立课题——蓄电池在线监测系统。

通过该课题的应用可以实现对现场各蓄电池组的远程集中监测管理，提高运行维护的实时性和有效性，可对蓄电池进行直流内阻测量和核对性放电测试，符合国电标准；通过为蓄电池建立一个专家数学模型，分析、判断、预测蓄电池性能变化趋势，将“定期检修”转变为“状态检修”；通过多种检测手段的综合运用，全面掌握蓄电池的运行状态，最大限度的保证蓄电池的可靠性，为直流系统的安全、可靠、稳定运行提供有效保障；该系统要求满足监控过程自动运行，监测数据自动保存；在内阻测量和核对性放电测试过程中要求满足操作安全、简单方便。

在提供了专业运行维护手段的同时也要大大减轻了劳动力，具备较好的经济效益和社会效益。

四、课题研究内容（1）远程在线监测功能：系统通过现场设备实现对电池电压、电流、温度、内阻等各项数据的采集、显示、超标报警、存贮及后台通讯。

实现在线自动监测每节电池电压，电池组端电压、充放电电流、温度等各项参数,实时显示数据并存贮。

取代了目前公司没有一次的电池电压测量和电池组端电压测量，实现电压监测的实时（2）蓄电池内阻测试功能系统通过现场配置的专用放电模块，对电池组进行短时间大电流放电，再通过继承在主机的蓄电池内阻计算软件，计算出每节电池的内阻。

该功能同时还可以测试电池组的负载能力，瞬间判断电池特性。

（3）蓄电池组容量测试功能本系统通过现场配置的专用放电模块，采用行业标准，对蓄电池进行0.1C10核对性放电，测试电池组的实际容量。

在用集成的设备实现对电池电压动态放电测量每节电池内阻及负载能力，瞬间判断电池特性。

（4）蓄电池失效判断数学模型判断电池性能变化趋势大量的电池运行数据统计表明，电池电压的变化与电池性能变化有相关性。

随着电池使用时间的增加，电池性能不断劣化，电池容量不断下降，而此时电池电压的离散性也会变得愈来愈大。

这是不容置疑的，也是有理论依据的。

找出其中规律，并以一种可用的数学模型表达，即可成为可用的电池测试分析手段。

基于以上，我们对大量的电池组运行数据进行了长时间的跟踪分析，证明了这一规律的存在，并在此基础上我们建立了分析的数学模型。

电池失效数学模型的判定依据有以下几点：●伴随着电池性能的劣化，该电池相对于自身的电池电压离散度将逐步变大；●伴随着电池性能的劣化，该电池相对于整组电池的电池电压离散度将逐步变大；●伴随着电池性能的劣化，该电池相对于自身的内阻值将逐步变大；●伴随着电池性能的劣化，该电池的充放电曲线电压之差相对于电池组其它电池的值将逐步变大。

显然，面对不断采集到的大量电池电压数据，要快速分析这些数据，理出有用的信息是非常复杂的，并非可以通过简单的函数关系计算所能得到。

在电池失效分析数学模型中，我们采用了模糊数学和人工神经网络的诊断原理，以一种非线性处理方式及某种拓扑结构对各种数据进行关联，并得出判断结论。

其最大特点就是它的自适应功能，网络权值可以通过学习算法不断地调整，从而不断提高判断的精度。

一般通过3-6个月的数据积累，模型即可给出分析结果，随着时间增加和测试结果的反馈，模型将不断学习改进，分析精度也会得到提高。

在DJX系统软件中，集成了电池失效分析数学模型，因而为电池的失效预测和电池容量估算提供了有效手段。

较之现在单一的测试内阻或测试电压，而相互数据没有关联，模型提供的分析更完善，更有效，更准确。

（5）完善的软件功能信息中心服务器及管理分析软件：在服务器中安装数据库和管理分析软件，接收各变电站现场蓄电池检测设备实时上送的数据（各变电站蓄电池检测设备与局中心服务器采用C/S构架），并存储在数据库中，通过管理分析软件对数据进行分析处理，通过先进的数学模型（“专家诊断模型”）预测蓄电池性能变化趋势，并提供有好的人机交互管理界面（如各种数据、曲线图、柱状图、报表生成和故障报警等），并采用B/S构架进行WEB发布，使运维人员能够通过局域网内的任何一个终端用IE浏览的方式即可查看各变电站蓄电池的实时运行情况及其性能变化趋势，使蓄电池得到及时的维护，真正实现“状态检修”，提高直流系统的安全性和可靠性。

（6）多种故障报警功能电压超限、温度超限、电压均差值超限等，报警阀值自由设定；系统支持声光报警，故障报警可采用短信息提示提示用户等功能。

五、预期目标和成果形式通过课题“蓄电池在线监测系统”的研究实施，可实现对蓄电池的运行监测（实时监测电池组电压、各单体电池电压、充放电电流和温度）、核对性放电测试、内阻检测、活化及电压超限告警等，并自动保存监测数据供现场查询，同时通过电力局的局域网（以太网）将数据实时传送给服务器（各变电站与局中心服务器构成C/S 构架）进行存储、分析处理、实时显示和故障报警，并采用先进的数学模型（专家诊断系统）对数据进行分析，预测蓄电池性能变化趋势，为“状态检修”提供可靠依据，将“定期检修”转变为“状态检修”，从而实现对蓄电池的科学化管理，保证系统的可靠、安全运行。

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