直流系统是变电站最后一道供电保障。保护装置、通信设备、自动化装置、事故照明等设备皆由直流系统蓄电池应急供电，关系着整个变电站的安全运行，如直流系统故障不能正常供电，将导致变电站瘫痪，损失惨重。蓄电池是化学能与电能的转换装置，属危险品，使用维护不当易发生火灾和爆炸等安全事故。供电公司运维检修班组对其日常检修维护和保养工作量很大，由于蓄电池的寿命特殊性，如不能实时监测维护，仍会发生蓄电池故障。目前蓄电池组的检测和维护仍然依靠运检人员定期检测和维护，准确性和及时性都得不到保证。 目前直流系统蓄电池在线监测免维护产品少、普及率不高，变电站大多应用蓄电池巡检装置。
一、直流监测与免维护系统设计原理的优越性比较
国内外很多学者和技术人员都针对蓄电池状态监测 、直流巡检、充电管理、提高充电效率和延长电池的寿命进行了大量的研究工作。 但这些研究都是单一实现。没有一种装置或系统来统一实现这些必要的功能。 无法满足供电公司降低检修维护工作量、实现智能状态监测维护的需求。而国外科学家针对本国变电站分布情况，大量的研究都是基于蓄电池化学性能，来提高蓄电池使用寿命。
1.传统的直流电源系统存在的问题：①基于整组电池的监测、统一由充电柜充电。每组电池数量大，不能监测到单节电池状态。②单节电池失效会引起整组电池失效，需整组更换电池，新旧电池不能共用。③长期運行导致电池间参数差异加大、长期浮充缩短蓄电池使用寿命。④分项配置直流巡检装置，不能在一套系统软件上显示直流系统所有参数。⑤国家电网18项重大技术反措要求直流系统需对交流窜入直流参数监测。目前直流巡检和蓄电池监测都不具备这项功能，需另配装置。⑥运维班组定期进行维护性活化放电、内阻检测、容量核对，投入人力多，时间长。
2.直流蓄电池最新的监测维护技术方式。①监控直流充电机运行状态、电池的单体电压、内阻、温度、控制母线电压、合闸母线电压、控制母线接地、空开跳闸检测等重要电源特性参数，通过声光报警的方式响应变电站直流电源状态的异常，通过以太网将变电站直流电源异常状态上报到监控中心。②监测各单体蓄电池的电压、总电压及温度信息；对蓄电池故障预测。③蓄电池组在线均衡系统能在线均衡每节电池，使他们工作在相同的电压、内阻、容量状态，防止因蓄电池过充或欠充而导致蓄电池组快速老化。可自动对单节电池进行均衡调整，使各节电池的性能均衡一致，延长电池组使用寿命。④对电力系统直流电源中出现的交流电窜入直流的故障原因进行汇总和分析，并对交流电窜入直流的检测技术和定位技术进行归纳，利用这些方法检测到交流电窜入直流的故障，并能准确选出故障支路，满足《国家电网十八项电网重大反事故措施》关于直流绝缘监测装置的功能要求。⑤基于单体电池的直流系统全参数采集监测与免维护系统，是直流监测及蓄电池均衡维护技术的创新整合。改变依靠人工巡检与维护的繁琐工作方式；改变监测与维护单独分项进行的现状。不仅实现直流系统全参数采集，直流状态在线监测、还实现了蓄电池在线智能维护。综合智能采集维护模块综合了直流绝缘监察、交流窜入直流监测、单体电池状态监测、在线更换、在线核容、蓄电池在线均衡维护活化功能。系统可实现远程传输、远程多种方式预警。
通过上面的介绍和比较可见，基于单体电池的直流系统全参数采集监测与免维护系统功能全面，涵盖直流监测的各项内容，节约多项设备购置成本；在线退出劣化失效电池，更换新电池，免去整组更换的巨大浪费；代替人工巡检、核容，以及相应的维护，节省人财物力； 对蓄电池组在线均衡调整活化，延长蓄电池组使用寿命。降低采购成本。此系统切合供电局运维实际需求，值得在此技术总线上深度开发与技术推广。
二、基于单体电池的全参数采集监测与免维护直流系统
针对传统直流电源系统存在的问题开展研究，对比已有的直流监测及充放电技术的优缺点，利用最新的电力电子技术及嵌入式技术，设计一种基于单体电池的全参数采集监测与免维护直流系统：包含直流巡检、交流窜入直流监测内容，开发一种在线采集、充电、放电、活化一体化分布式智能综合维护模块单元，组建直流全参数采集监测与免维护直流电源系统，替代人工实现对在线运行的直流蓄电池进行不间断、全方位的监测和在线维护。通过实时监测单体蓄电池的运行状态及直流各项运行参数，对单体电池进行自我诊断并自动进行相应的维护，利用网络实现远程遥信、遥测、遥控，数据传输至电力公司各级监控中心，通过GPRS将预警信息发送到运维人员手机。
1. 功能概述。适用于新建站与老站应用，现运行变电站可保持原直流电源系统的架构不变，加装基于单体电池的直流全参数采集监测与免维护系统，由分布式智能综合维护模块、主机、跨接装置、智能维护综合装置组成。采用模块化结构设计，方便安装更换及系统拓展。实时监测每组蓄电池的总电压、电流、环境温度、各节电池电压、各节电池内阻、容量。通过设置告警门限和越限告警，实现蓄电池故障的前期预警。实现在线均衡维护和脉冲活化维护。系统自动判断劣化电池，在线退出更换电池，进行单体核容试验。
2.主要特点。①在线实时监测和异常告警功能： 实时监测蓄电池组运行状态，组端电压、充放电电流、单体电压、单体内阻、电池负极温度、电压均衡度、电池组剩余容量、放电可持续时间。并可设定门限进行超限告警。②在线自动均衡维护功能：小电流的对整组电池进行电压均衡调节。确保自动实现单体电池的电压均衡调整，使电池单体电压保持均衡状态，有效防止个别电池因长期欠充而硫化或长期过充而失水的现象出现，同时能消除劣化电池引起的各种安全隐患。③单体蓄电池在线跨接退出功能：发现电池组中存在个别劣化电池，并无法修复需要更换时，采用跨接装置跨接在落后电池两端，将劣化电池从电池组回路中旁路出来，防止劣化电池影响其他电池，并可实现在线更换新电池。④对劣化单体蓄电池在线核容试验：整组电池容量是由电池组中容量最低的电池（劣化电池）决定的。所以只要能确定电池组中最差容量的单体电池，并对其进行单体容量试验，就能了解整组电池容量。无需离线。 通过在线监测系统自动判断出劣化电池，再进行单体恒流放电核对容量。⑤单体蓄电池在线活化养护： 蓄电池在线脉冲活化功能是系统在浮充状态下自动对性能劣化的单节电池提供正负脉冲电流进行在线活化，激活蓄电池内部电极板的结晶和硫酸的沉淀，防止蓄电池因长期浮充而导致的硫酸盐化，消除由内部引起的安全隐患。
3.工作原理。整体系统包括五部分：①数据采集维护单元：由分布式智能综合采集维护模块组成，每个采集维护模块最多可采集12节电池的电压、内阻、电流和温度，能定期进行内阻测试、能自动进行均衡维护和脉冲活化维护。②现场监控主机单元：现场监控主机主要负责全参数采集监测与免维护直流系统的现场监测显示，告警及告警门限设置、交流窜入直流监测告警、内阻手动测试、核对性放电操作、容量试验操作、容量计算、数据分析判断劣化电池、现场告警记录查询、数据现场存储、数据传输等。配置2个RS485通讯接口和1个以太網、1个GPRS通讯接口，下行接口负责接收各综合采集维护模块采集的电池数据，上行接口负责将电池参数传送到后台监控中心及运维人员手机。③数据监控中心后台：负责数据集中显示、告警、存储、分析、报表，由服务器、数据库和上位机监控分析软件组成。能进行系统设置，实时显示系统各项参数，实现故障告警和越限告警功能，能进行数据分析，绘制总电压、单体电压、充放电电流曲线图，容量柱状图、内阻趋势图、电压平衡度△V趋势图等，对交流窜入直流分析，对蓄电池组健康性能和放电能力进行分析、甄别劣化电池，对蓄电池充电状态数据进行分析、计算稳流稳压精度和纹波系数，为充电机性能分析和维护提供依据。可手动或自动生成各类符合客户要求数据报表。④蓄电池在线跨接装置：在线将劣化电池进行旁路脱离电池组，防止劣化电池影响其他电池。⑤蓄电池智能维护综合装置（单体容量试验装置）：对额定电压2V的蓄电池进行10小时率恒流放电，终止电压1.8V。进而核容试验。
三、 结语
论述结果表明基于单体电池分布式直流监测与免维护系统采用了最新的在线监测技术、交流窜入直流的检测定位技术、在线内阻测量技术、在线自动均衡维护技术、在线脉冲活化技术，在线对直流系统进行不间断、全方位的监测和维护，准确掌握蓄电池的运行状态，及时发现隐患，改变蓄电池管理工作中定期检测内阻管理方式；智能综合采集维护模块的在线均衡维护、在线活化功能不但提高了电池的使用寿命，节约采购资金，更取代了人工繁琐的维护项目，改变蓄电池人工维护方式；不停电在线跨接更换电池功能、对单体电池核容功能杜绝了因停电而造成的损失，改变人工定期核容蓄电池管理方式；系统主机可实现直流巡检的所有项目检测功能和国家电网近来要求的交流窜入直流监测功能。此系统已在铜川供电局110KV变电站成功应用，改变了人工定期检测、事故检修的方式，实现了蓄电池状态检修。使变电站直流系统的运维管理工作更加规范、智能、简化、实效，并产生一定的经济价值和社会价值。
（作者单位：陕西铜川供电局）
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