博亿与广州移动公司合作-基于多频点技术的蓄电池内阻在线检测及蓄电池内阻与蓄电池容量相关度研究项目技术报告

基于多频点技术的蓄电池内阻在线检测及蓄电池内阻与蓄电池容量相关度研究项目技术总结报告“基于多频点技术的蓄电池内阻在线检测及蓄电池内阻与蓄电池容量相关度研究项目”项目小组2012年12月目录TOC\o"1-4"\h\z\u1．引言 ．3历史数据查询及分析历史数据查询及分析模块可以可监测及显示控各路电池的电压、内阻、容量。可以根据需要选择电池编号排序、电压从大到小排序、电压从小到大排序、内阻从大到小排序、内阻从小到大排序。数据查询及分析模块可以：选择不同日期的定检数据、巡检数据、核容记录、及停电/均充记录进行查询。显示电池组总电流、总电压、正负极温度。显示单体电压最大、最小的电池编号及相应电压。显示单体内阻最大、最小的电池编号及相应内阻。显示各节电池的单体电压、单体内阻，分析各节电池容量及状况。对各节电池的数据即可按表格方式显示，也可按直方图方式显示。直方图方式显示时，当数值超过报警值时，相应直方柱显示为红色，以引起操作人员的注意。对各节电池可以按电池编号、电压大小及内阻大小进行排序。点击电池编号，可显示出各节电池电压、内阻、容量的历史趋势。历史趋势可以按表格方式显示，也可按趋势图方式显示。在趋势图上随着鼠标位置的移动，能方便地显示出各点电压、内阻、容量的具体数值及相应时间。图26单体电压、单体内阻历史趋势图10．4核容放电均充及停电放电/均充全过程记录核容放电、均充及停电放电/均充模块，在用户对蓄电池组进行核容放电均充及停电放电/均充过程中，以每1～2分钟一次的频率监测电池组总电流、总电压、正负极温度、各节电池的单体电压。10．4．1功能：快速检测核容过程中电池组总电流、总电压、正负极温度、各节电池的单体电压。对各节电池的单体电压即可按表格方式显示，也可按直方图方式显示。直方图方式显示时，当数值超过报警值时，相应直方柱显示为红色，以引起人员的注意。计算电池的放电安时数和充电安时数。显示放电过程中最低组电压、最高电极温度。显示放电结束时单体电压最低的5节电池的编号和相应的单体电压。显示总电压变化趋势图，总电流变化趋势图及单位电压直方图。在总电压、总电流趋势图上随着鼠标位置的移动，能方便的显示出趋势图上相应点的总电压、总电流的具体数值及相应时间。点击此点后，下面可以以直方图的形式及表格的形式显示相应此时刻各电池的单体电压的直方图，显示的数据可以按电池编号及单体电压大小进行排序。点击电池编号，可以显示出此节电池在充放电过程中单体电压的历史趋势，历史趋势可以以表格的形式显示，也可以以趋势图的形式的显示。在趋势图上随着鼠标位置的移动，能方便的显示出趋势图上相应点的单体电压的具体数值及相应时间。10．4．2指导意义每节蓄电池的特性是存在差异的，根据研究这些特性在浮充过程中并没有完全体现出来，而在蓄电池放电及随后的充电过程中这些特性得到了充分的体现。下面图27～图34反映的就是凌屋110kV变电站1#蓄电池组在核容放电及随后的恒流、恒压、涓流补充过程中蓄电池单体电压变化情况。从图中可以看出，在浮充时没有差异的蓄电池，在充放电时表现出了明显的差异。过去由于技术条件的限制，没有办法把蓄电池放电及随后的充电过程的数据完全记录下来。蓄电池在线监测管理系统，可以将电池放电及随后的充电过程的数据完全记录下来，大量数据的积累为今后蓄电池的研究提供了基础，以此基础建立数学模型，从而建立新的蓄电池维护管理体制。图27蓄电池核容放电2小时单体电压及电池组电流电压曲线图图28蓄电池核容放电结束时单体电压及电池组电流电压曲线图图29核容放电后恒流充电6.5小时单体电压及电池组电流电压曲线图图30核容放电后恒流充电结束时单体电压及电池组电流电压曲线图图31核容放电后恒压充电结束时单体电压及电池组电流电压曲线图图3218#蓄电池核容放电及恒流、恒压、涓流补充过程中单体电压曲线图图3350#蓄电池核容放电及恒流、恒压、涓流补充过程中单体电压曲线图图3439#蓄电池核容放电及恒流、恒压、涓流补充过程中单体电压曲线图蓄电池在线监测管理系统对于蓄电池维护工作具有如下的指导意义：及时发现落后的蓄电池。蓄电池组在停电放电及核容放电过程中，蓄电池在线监测管理系统以1～2分钟/次的频率，全面测量蓄电池组的总电流、总电压、正负极温度、各节电池的单体电压，并计算电池的容量。通过直方图和历史趋势图，可以及时方便地发现落后的电池，以便维护管理人员及时更换，保证系统的安全。从图34可以看出，39#蓄电池核容放电时不到10分钟，电压就从1.8V跌落到1.576V。更加完善了核容放电规程，提高了安全性。过去核容放电后，随后充电过程中到底充进去了多少电量，是无法知道的。蓄电池在线监测管理系统可以自动算出放电电量和充电电量，使管理人员知道充电是否充够了，保障系统安全。大大减少了核容放电时人员的工作量和劳动强度。过去核容放电是非常辛苦的，人员要准备表格，现场接线，不停地测量，不停地记录，放电结束后，还要拆线，计算，出报表。工作量大，也不安全。现在一切都自动完成，并且不用现场接线，拆线。可以探索新的核容放电及充电体制。例如由放电电流由目前的单一I10变为I20+I10；随后的充电的恒流阶段由充电电流由单一的I10变为I20+I10，在保证准确性的情况下，减少放电和充电时间。10．5即时测量系统除定时测量外，还可随时响应具有相应权限的用户的即时测量命令。具有相应权限的用户可以向系统发出即时测量命令，系统可自动对全部数据进行测量，测量过程对用户的其他操作无任何影响，测量结果返回时系统会提示用户。即时测量的结果可以以表格形式显示，也可以以图形形式显示。测量结果可以按电池编号、电压大小和内阻大小排序。10．6自动报警及记录 若监测到异常情况，电池组的状态指示图标将由变为，并发出“嘟嘟…嘟嘟…”的报警声音，并且产生报警记录。10．7系统管理系统管理模块具有以下功能：设置及更改对用户信息及权限；添加/修改/删除局、站及电池组信息；设置电池组报警阀值；设置电池组标准电阻；设置系统的巡检周期；设置设备时间；修改密码。10．8报表系统可以自动生成月报，核容放电时可以自动生成核容报表。参阅附件。10．9查询统计查询统计模块具有以下功能按局、站、组进行查询统计：反映局、站、组蓄电池电池状态（优、良、中、差）、生产厂家，电池生产日期的综合信息。通过这些信息，反映蓄电池的维护工作的好坏。按电池生产厂家进行查询统计：反映各个电池厂家蓄电池的质量水平。按电池状态（优、良、中、差）进行查询统计：宏观上掌握蓄电池的状态，为今后的投资改造提供数据依据。按电池生产日期进行查询统计：宏观上掌握蓄电池的状况，为今后的投资改造提供数据依据。根据用户的需求，按其他方式进行查询统计。以上几种查询统计，既可以按单一条件进行查询统计，也可以按几种组合条件进行查询统计。图35查询统计报表11．总结蓄电池在线监测管理系统，采用先进的计算机检测技术、现代通信技术，采用交流放电法，在线检测变电站蓄电池内阻、电压、电流、温度等参数；软件采用基于B/S结构的模式，利用SQL-SERVER数据库，以图形、表格、文字等形式提供蓄电池的各种数据，使维护管理人员随时随地掌握蓄电池的状况。系统的投入使用，为供电系统的安全运行提供了技术保障，极大地提高了供电系统的安全性和可靠性，产生巨大的社会效益和经济效益。通过“蓄电池在线监测管理系统”在凌屋变电站的安装和应用，其意义体现在如下几个方面：为长期困扰东莞局的蓄电池组现场维护制度和方法提供了一种解决方案。通过“蓄电池组在线监测管理系统”的安装，为蓄电池维护人员提供了一个能够随时获取蓄电池组的运行状态和信息的强大工具，研究、分析和试验的平台。以往只能通过看、听、摸或万用表逐个测量电压的手段，来对蓄电池状况进行感观判断，现在则可以随时查阅电池的电压、电流、内阻、温度等，有效地了解蓄电池运行状况。在现场进行核对性容量试验，通过“蓄电池组在线监测管理系统”，可直接记录全过程的相关电池的电压、电流、温度、容量数据和曲线（含均充转浮充），这就解决了三个问题：a、省略了以往核对性容量试验时繁琐的接线工作量。b、解决了以往核容试验后不能准确知道均充电（即恒流、恒压到转浮充）全过程的参数和容量。c、大大降低了工作人员的劳动强度。12.未来的展望12．1建立分析诊断数学模型随着数据的积累，结合国内外研究成果，逐步建立起数学模型，并对各项参数进行优化，在此基础上诊断分析软件的精度也会不断提高，对蓄电池状态的诊断也会越来越准确。模型建立的依据是：伴随着电池性能的劣化，该电池相对于自身的内阻值将很快变大的拐点；伴随着电池性能的劣化，该电池的充放电曲线电流、电压、容量等参数之差值将逐步变大；3、变电站直流电源系统运行中的异常情况如交流失电、过充、欠充、温度等；采集上述数据后，通过一种非线性处理方式及特殊的拓扑结构，对各项数据进行关联，得出判断结论。12．2建立全面的综合的蓄电池管理平台蓄电池的管理是一个系统工程，涉及的人员、部门、环节很多。除了蓄电池在线监测管理系统的数据以外，还可以将平时采集到的信息（单体电压变化、内阻变化、容量变化和运行数据等）纳入到蓄电池在线监测管理系统，利用这个系统，各个部门，各级相关人员可以得到自己希望的数据，为各自的工作提供服务。12．3蓄电池过程在线维护建蓄电池在线监测和管理系统的建立，使我们可实时掌握蓄电池、接头及连接线、充电机等直流系统关键环节的准确状态，出现安全隐患可以及时报警，使直流系统的安全性和可靠性得以提高。问题是，是否可以在直流系统现出异常或安全隐患时，可不可以做到自动处理这此问题，从而实现远程在线维护呢？这就是本课题组下一步需要解决的问题。这一问题一旦得到解决，将产生革命性突破，直流系统关键环节的寿命、安全性、可靠性将得到极大地提高，也将产生巨大的经济效益和社会效益。12．3．1电池的均衡变电站蓄电池组是串联工作的，充电时由充电机向蓄电池整组进行充电，放电时蓄电池组整组放电向负荷放电。由于蓄电池本身在制造、使用过程中存在着差异，即使差异极其细微，随着时间的积累，电池特性的差异将会越来越大，具体将表现在电池电压、内阻、容量上的不同，导致电池的不均衡。在电池组整组充放电的使用条件下，电池不均衡的存在，将导致电池由于过充而失水，由于欠充而硫酸盐化，从而使整组电池迅速衰退，显著减小电池使用寿命，造成巨大的经济损失。蓄电池在线监测设备增加均衡功能后，将实时检测电池的电压、内阻、容量的差异，对过充的蓄电池以安全电流放电，对欠充的电池以安全电流充电，使出现不均衡的串联蓄电池组逐渐达到均衡状态，从而极大地提高蓄电池的使用寿命。12．3．2电池除硫铅酸蓄电池在放电过程中产生硫酸盐，充电结束时仍会有少量硫酸盐保留下来，另外电池由内部的杂质等原因，也会产生硫酸盐，并且硫酸盐晶体硫酸溶液中有不断长大的趋势。粗大的硫酸盐晶粒在充电时难以溶解而失去活性。电池的硫酸盐化将减少活性物质的含量，阻塞微孔，使电池容量减小。蓄电池在线监测设备增加除硫功能后，将实时检测蓄电池的硫化状态，发现硫化的蓄电池，将通过高频放电和高频充电，使粗大的硫酸盐晶粒溶解，增加电池活性物质的