CN103064027B - 一种750kv无线智能蓄电池在线监测及维护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种750KV无线智能蓄电池在线监测及维护系统，包括：用于实时采集蓄电池组各项参数数据的无线控制、数据采集和功能模块，通过接入互联网与无线控制、数据采集和功能模块进行数据通信的服务器和客户端；所述无线控制、数据采集和功能模块与蓄电池组相连；无线控制、数据采集和功能模块依顺序连接服务器及客户端。该系统是在蓄电池内阻测试技术的基础上，将蓄电池组全在线放充电技术、蓄电池组在线除硫养护技术、蓄电池内阻测试技术合而为一，进一步通过无线远程自动控制及数据库管理分析功能，实现蓄电池组运行状态诊断，并对蓄电池寿命进行评估，对蓄电池进行在线维护。

Description

一种750KV无线智能蓄电池在线监测及维护系统

技术领域

本发明涉及一种基于无线物联网技术，综合了蓄电池组全在线充放电、蓄电池组在线内阻测试、蓄电池组在线除硫养护技术，进一步实现蓄电池组的运行状态在线监测及维护系统，具体涉及一种750KV无线智能蓄电池在线定位、测试、监控监测及维护保养系统。

背景技术

目前，阀控式铅酸蓄电池在电力操作电源、通信电源中广泛使用，由于阀控式铅酸蓄电池结构的特殊性，在运行中可靠地检测蓄电池的性能，并有针对性地对蓄电池进行维护变得困难但又很迫切。从电源系统运行的高可靠性要求，各类型电池监测系统也在广泛使用。但不同的测试模式对蓄电池的性能状况反映也不一样，多年的研究和运用表明，内阻检测是目前最为可靠的测试方式之一，而蓄电池的不同失效模式对内阻的反映情况也不一样，了解蓄电池的内阻和各种失效模式的关系，合理地分析阀控式铅酸蓄电池的内阻数据，有利于更好地对蓄电池进行检测和维护。

近年来，由于原材料的涨价，国内很多阀控式铅酸蓄电池厂家采用了很多新的生产工艺，由此而来对新工艺蓄电池内阻数据分析也发生了新的变化。合理地选择此类蓄电池内阻数据基准，对判断阀控式铅酸蓄电池性能有很大的帮助；合理地运用内阻数据维护蓄电池，对延长蓄电池的使用寿命有很大的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种750KV无线智能蓄电池在线监测及维护系统，该系统是在蓄电池内阻测试技术的基础上，将蓄电池组全在线放充电技术、蓄电池组在线除硫养护技术、蓄电池内阻测试技术合而为一，进一步通过无线远程自动控制及数据库管理分析功能，实现蓄电池组运行状态诊断，并对蓄电池寿命进行评估，对蓄电池进行在线维护，为蓄电池进行状态检修提供科学依据。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种750KV无线智能蓄电池在线监测及维护系统，包括：

无线控制、数据采集和功能模块，用于实时采集蓄电池组的各项参数数据，并将该数据实时传递至服务器；

服务器，通过接入互联网与无线控制、数据采集和功能模块进行数据通信，综合分析处理、自动显示各蓄电池组的运行参数，自动绘出放电数据曲线各种图表，自动分析和判断各蓄电池组的隐患并及时发出警报，同时备案存储；

客户端，用于接收服务器发出的各种图表和报警信息，以进行相关处理；

所述无线控制、数据采集和功能模块与蓄电池组相连；无线控制、数据采集和功能模块依顺序连接服务器及客户端。

进一步的，所述无线控制、数据采集和功能模块包括充放电单元、内阻测试单元和除硫养护单元，充放电单元、内阻测试单元和除硫养护单元分别连接数据采集和监测控制单元，数据采集和监测控制单元连接无线数据传输单元。

进一步的，所述充放电单元采用两块模块固定安装到系统的电池组上，对实际负载供电。

进一步的，所述充放电单元采用DC-DC实时升压模块，包括分别与蓄电池组相连的放电电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路，放电电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路分别与CPU相连；CPU通过DAC832单片机连接脉宽调制集成电路UC3842，脉宽调制集成电路UC3842通过充电电路与蓄电池组相连；通过提升被测电池组所在之路电压，让被测电池组对实际负载放电。

进一步的，所述内阻测试单元包括电源E1，及与电源E1相并联的电阻Rn-1和电阻Rbi，电阻Rn-1和电阻Rbi节点处接有相并接的电阻R1和电阻R2，电阻R1、电阻R2和电阻Rbi分别串接一开关K1、K2和电池Ei。进行在线二次放电。

进一步的，所述除硫养护单元包括分别与CPU相连的脉冲电流发生器、谐波共振发生器、多路维护工作模块和谐波抑制工作模块，脉冲电流发生器、谐波共振发生器、多路维护工作模块和谐波抑制工作模块分别连接蓄电池组。

除硫养护单元采用瞬脉冲电流谐波共振电路，并内置智能升压电路，工作电源直接取自系统直流电源，通过内部的升压电路，输出的脉冲电流达到30A～60A。

所述服务器与局域组成网络远程管理系统，采用机柜式或工控机，同时显示单体电压、单体内阻条形图、总电压曲线、电流曲线、容量柱状图、特性比较图和数据表格，自动生成EXCEL格式报表，便于测试数据发送或上传至客户端。

其优点和优异的效果在于：

第一，综合实现数字化、图形化监控与管理，可以清晰的显示当前电池组各单元的运行状态。

第二，不受地域、时间限制，可以充分利用中国电信、中国移动、中国联通3G网络，实现远程无线监测、控制。

第三，数据传输稳定、及时，实现了实时在线对蓄电池组的监测监控、维护保养。

第四，基于网络技术、物联网对接技术的蓄电池在线监测及维护系统可以处理多个前端信息采集传输设备及客户端的介入，具有良好的可扩展性。

第五，基于无线网络技术的蓄电池在线监测及维护系统实现了无人值守变电站的蓄电池组的监测监控、维护保养。可以大大提高直流系统的可靠性，避免蓄电池的烧坏和爆炸的风险，保证直流系统所需要的电能，可大大节约人工维护成本，提高劳动效率，同时对蓄电池及时到位的维护，延长蓄电池使用寿命，降低电池使用总量，也减少了报废电池对环境的破坏，带来巨大的带来节能环保效益、安全效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2是本发明前端无线控制、数据采集和功能模块设备结构框图。

图3是本发明充放电单元电路图。

图4是本发明在线二次放电内阻测试单元电路图。

图5是本发明除硫养护单元电路图。

其中：11-客户端；12-服务器；13-无线控制、数据采集和功能模块；14-蓄电池组；21-3G无线数据传输单元；22-数据采集和监测控制单元；23-充放电单元；24-内阻测试单元；25-除硫养护单元。

具体实施方式

以下结合具体实施案例对本方案进一步描述：

如图1所示，一种750KV无线智能蓄电池在线监测及维护系统，包括与蓄电池组14相连的无线控制、数据采集和功能模块13，无线控制、数据采集和功能模块13依顺序连接服务器12及客户端11。

所述服务器12接入互联网，与无线控制、数据采集和功能模块13进行数据通信，实时接收无线控制、数据采集和功能模块13发送的蓄电池各项参数。本系统在蓄电池维护站点安装无线控制、数据采集和功能模块13，与办公控制中心的终端服务器12通过局域网或无线传输方式，上下行传输控制指令或测试数据，可实现自动、智能、网络化、批量化实现蓄电池组在线监控及自动维护，经过专业化的蓄电池组数据分析管理服务器，完成对于上传的各个站点蓄电池组数据的综合分析处理，自动显示和分析各组蓄电池组的运行参数、自动绘出放电数据曲线等各种图表。自动分析和判断各个站点蓄电池组的隐患程度并及时发出警报信息，同时将报警事件备案存储，以备查询。

如图2所示，无线控制、数据采集和功能模块13包括充放电单元23、内阻测试单元24和除硫养护单元25，充放电单元23、内阻测试单元24和除硫养护单元25分别连接数据采集和监测控制单元22，数据采集和监测控制单元22连接无线数据传输单元21。

本发明蓄电池组全在线充放电单元是通过“无缝连接技术”将全在线充放电单元固定安装到系统的电池组上，可保证蓄电池组在测试过程中实时在线。市电中断，被测蓄电池组立即投入对实际负载供电，最大限度保证系统的后备供电时间，保障系统安全。

本发明蓄电池组全在线充放电单元采用“2选1”模块技术，可以让并联的两组电池中的一组以设定的恒定电流深度在线放电工作，而另一组电池始终保持浮充状态。

如图3所示，本发明蓄电池组全在线充放电单元23采用DC-DC实时升压模块，包括分别与蓄电池组相连的放电电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路，放电电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路分别与CPU相连；CPU通过DAC832单片机连接脉宽调制集成电路UC3842，脉宽调制集成电路UC3842通过充电电路与蓄电池组相连；通过提升被测电池组所在之路电压，让被测电池组对实际负载放电，整个放电过程中，放电电流完全被实际负载消耗掉，既达到深度放电效果，又没有能源浪费。

本发明蓄电池组全在线充放电单元当被测电池组在线放电到设定的截止电压后，全在线充放电模块会自动对被测电池组进行充电恢复，当被测电池的电压和系统电压一致时，即可回接系统，没有火花。

本发明蓄电池组全在线充放电单元实现了远程控制蓄电池组逐组“在线”恒流放电，无需维护人员到现场操作。放电过程中，被测蓄电池组无需脱离系统，保持实时在线，最大限度地保证系统的备份电池组剩余容量，以达到安全放电容量测试的目的。放电结束后，系统能对蓄电池组进行在线充电恢复。可根据蓄电池组的容量和放电深度自动采用合适的充电电流进行充电，避免出现大电流充电和过充电等现象产生。整个放充电过程全部自动完成，放电过程中无需工作人员到现场操作，无需人员值守，大大节约人力成本，提高劳动效率。

如图4所示，内阻测试单元24包括电源E1，及与电源E1相并联的电阻Rn-1和电阻Rbi，电阻Rn-1和电阻Rbi节点处接有相并接的电阻R1和电阻R2，电阻R1、电阻R2和电阻Rbi分别串接一开关K1、K2和电池Ei。

本发明蓄电池组在线内阻测试技术通过安装蓄电池组在线内阻测试模块，让蓄电池组在线对内阻模块短时间放电（根据蓄电池组的标称容量自动选择一个合适的电流），通过放电前后的单体电压的电压差，与放电电流的大小，即可计算出单体电池的内阻值。

如图5所示，除硫养护单元25包括分别与CPU相连的脉冲电流发生器、谐波共振发生器、多路维护工作模块和谐波抑制工作模块，脉冲电流发生器、谐波共振发生器、多路维护工作模块和谐波抑制工作模块分别连接蓄电池组。

本发明蓄电池组在线除硫养护技术通过安装在电池组上的在线除硫养护单元采用瞬脉冲电流谐波共振技术，电池组所得到的脉冲能量与电池组中产生硫化的单体电池的硫酸盐晶体产生反复谐振效应，致使固化的硫酸盐晶体转化为溶解于电解液的自由离子充分参与电化学反应，以达到养护处理、提高或修复电池容量和延长电池使用寿命的目的。

本发明蓄电池组在线除硫养护技术的在线除硫养护单元内置智能升压电路，工作电源直接取自系统直流电源，通过内部的升压电路，输出的脉冲电流可达到30A～60A，可满足大容量电池的在线除硫养护。也并可根据蓄电池组的容量选择最适合的能量等级。

本发明蓄电池组在线除硫养护技术的在线除硫养护单元采用瞬脉冲波纹抑制技术，对变电站负荷没有干扰（小于40mv），电力行业要求(小于100mv)，不必在后级另外加装抑制波纹干扰的处理设备，从而降低了成本（与有源类同类产品相比）同时也减少了相应的故障率。

本发明蓄电池组在线除硫养护技术的在线除硫养护单元具有市电异常判断功能，在电池开始放电工作时（市电断电时），模块也停止工作，符合《阀控式密封铅酸蓄电池在线除硫标准》中的“自动退出功能”即：要求蓄电池组放电时，除硫设备应能自动停止工作。

本发明无线智能蓄电池在线监测及维护系统克服了传统的维护方式需要人工到现场维护，由于蓄电池数量众多，工作量大，因此每年都要投入大量的人力物力，但是收到的效果却不佳等诸多缺点。通过分布式系统、物联网技术、数字化监测等技术实现网络化，通过后台软件，能够远程监控蓄电池组的电压、电流、温度等参数，能远程控制系统自动测试蓄电池的内阻，能远程控制蓄电池组自动在线充放电维护。所有的数据能自动传送的后台软件进行存储和分析。设定告警门限，有告警信息及时传送的后台软件。

服务器12和局域组成的网络远程管理系统采用机柜式或工控机，能同时显示单体电压、单体内阻条形图、总电压曲线、电流曲线、容量柱状图、特性比较图、数据表格等，可自动生成EXCEL格式报表，便于测试数据发送或上传到客户端11。无线控制数据采集和功能模块13可以监控前变电站内蓄电池组14的运行状态，服务器12可以借助分析软件和专家系统，进一步实现蓄电池运行状态诊断，对对蓄电池寿命进行评估，对蓄电池进行在线维护，为蓄电池进行状态检修提供科学依据。

分布式的无线蓄电池综合在线监测器，包括无线数据传输单元21、数据采集和监测控制单元22、在线充放电单元23、内阻监控单元24、在线除硫养护单元25，可以根据现场需要选择不同的功能，采用蓝牙无线单体监测模块：兼容2V/6V/12V单体电压监测。无线蓄电池综合在线监测器可同时监测4个蓄电池单体：相比每个模块监测一只单体电压方法，需要配置的模块数量只是其1/4（48V只需6个监测模块），让无线模块接线操作更加简便。支持多组（最多4组）蓄电池组离线或在线放电测试：能同时测试到每一组蓄电池组的实际放电电流。在线放电时，主机显示电流=电池组放电电流=主机内部假负载电流+实际负载电流，由于在线放电时实际负载电流会随着在线电压的变化而变化，主机内部假负载电池也会自动进行调整，以保证蓄电池组一直以真正的恒流方式放电。单体电压停机门限可设置多节：如此可在一次连续不中断的放电测试中发现多节落后单体电池。可并接多台小巧的恒流扩展模块，满足更大放电电流的需要，主机可控制恒流模块同时启动和同时停止。功耗部分采用航空合金电热元件，电热转换效率高，安全系数高，体积小、重量轻；放电电流具有自动计算功能，内置各小时率放电系数，可放电根据被测电池的标称容量和需要的放电率来自动计算需要设置的放电电流。测试过程中，各单体电压实时检测和显示，并在主机屏幕上呈现出各单体电压柱状图的变化轨迹，还能自动实时呈现出电压最高与最低的单体，帮助快速分析单体变化的趋势。允许预先内置多达8种常用的放电参数设置，很多情况下无须重新设置放电参数，方便使用者放电操作,加快测试速度。使用者也可以对内置的预放参数进行修改。让仪表能自动判断单体监测是夹子脱落还是真正达到门限，避免人为中断放电过程，让测试过程更加顺畅。可存储多组放电数据，通过主机就能实现对历史放电数据进行调阅查看、分析、删除等管理动作。

上述750KV无线智能蓄电池在线监测及维护系统，其中后台服务器中主流的远程监控系统软件。

上述750KV无线智能蓄电池在线监测及维护系统，其中分布式的无线蓄电池综合在线监测器中驻留的监控软件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许更改或修饰为等同变化的等效实施案例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据办实用新型的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于办实用新型技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种750V无线智能蓄电池在线监测及维护系统，其特征在于，包括：

无线控制、数据采集和功能模块，用于实时采集蓄电池组的各项参数数据，并将该数据实时传递至服务器；

服务器，通过接入互联网与无线控制、数据采集和功能模块进行数据通信，实时接收无线控制、数据采集和功能模块发送的蓄电池各项参数；

本系统在蓄电池维护站点安装无线控制、数据采集和功能模块，与办公控制中心的终端服务器通过局域网或无线传输方式，上下行传输控制指令或测试数据，实现自动、智能、网络化、批量化实现蓄电池组在线监控及自动维护，经过蓄电池组数据分析管理服务器，完成对于上传的各个站点蓄电池组数据的综合分析处理、自动显示各蓄电池组的运行参数，自动绘出放电数据曲线各种图表，自动分析和判断各站点蓄电池组的隐患并及时发出警报，同时将报警事件备案存储；

客户端，用于接收服务器发出的各种图表和报警信息，以进行相关处理；

所述无线控制、数据采集和功能模块与蓄电池组相连；无线控制、数据采集和功能模块依顺序连接服务器及客户端；

所述无线控制、数据采集和功能模块包括充放电单元、内阻测试单元和除硫养护单元，充放电单元、内阻测试单元和除硫养护单元分别连接数据采集和监测控制单元，数据采集和监测控制单元连接无线数据传输单元；

所述充放电单元采用两块模块固定安装到系统的电池组上，对实际负载供电；

所述充放电单元采用DC-DC实时升压模块，包括分别与蓄电池组相连的放电电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路，放电电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路分别与CPU相连；CPU通过DAC832单片机连接脉宽调制集成电路UC3842，脉宽调制集成电路UC3842通过充电电路与蓄电池组相连；通过提升被测电池组所在之路电压，让被测电池组对实际负载放电；

所述内阻测试单元包括电源E1，及与电源E1相并联的电阻Rn-1和电阻Rbi，电阻Rn-1和电阻Rbi节点处接有相并接的电阻R1和电阻R2，电阻R1、电阻R2和电阻Rbi分别串接一开关K1、K2和电池Ei；

所述除硫养护单元包括分别与CPU相连的脉冲电流发生器、谐波共振发生器、多路维护工作模块和谐波抑制工作模块，脉冲电流发生器、谐波共振发生器、多路维护工作模块和谐波抑制工作模块分别连接蓄电池组；采用瞬脉冲电流谐波共振电路，并内置智能升压电路，工作电源直接取自系统直流电源，通过内部的升压电路，输出的脉冲电流达到30A～60A；

所述服务器与局域组成网络远程管理系统，采用机柜式或工控机，同时显示单体电压、单体内阻条形图、总电压曲线、电流曲线、容量柱状图、特性比较图和数据表格，自动生成EXCEL格式报表，便于测试数据发送或上传至客户端。