铅酸蓄电池在线监测解决方案

        由于阀控铅酸电池性能稳定、自放电少、密封、经济等优点而迅速代替其他类型电池。阀控铅酸电池销售承诺至少十年使用寿命，然而很多用户惊讶的发现电池在使用了三到四年后就会出现故障，很少有电池使用寿命超过八年的，这主要是由于阀控蓄电池长期浮充运行后出现电池失水、负极板硫酸化、正极板腐蚀、热失控等，导致容量衰退。厂商大力宣传“免维护”电池和用户维护麻痹，使得不少用户得到惨痛的教训。在今天也很少有电池用户对自己的后备电源系统有信心。

        目前，大多数变电站蓄电池组的管理主要采用定期维护加在线电压监测（直流屏自带）的方式。一般定期人工对内阻测量，每一年或几年对电池组进行一次核对性放电。
这种维护方式主要存在下面的缺点：

        直流屏自带的电压巡检仪稳定性差，经常误告警

        维护工作量大，导致维护人员不堪重负

        仅根据电压无法即时掌握蓄电池组运行真实数据

        数据无法进行系统的分析

        维护风险较高

        为了能解决以上问题，采用网络化、自动化的方式实现集中在线监测。建立一个实时远程智能化的蓄电池监测网络化管理系统，以实现信息集中和远程控制，使运行检修人员、相关人员和管理决策层能够通过局域网内的任何一个终端用IE浏览的方式即可实时掌握各变电站蓄电池的运行情况及其性能变化趋势，为“设备状态检修”提供可靠依据，将“定期维护检修”转变为“状态检修”，从而实现对蓄电池组的科学化管理，系统的可靠运行。

        本方案实施后可以达到下面的效果：

        提前预警即将失效的蓄电池，排除潜在的隐患，确保UPS系统安全；

        无需进行定期的内阻、电压手工测量，节约人力物力；

        即时发现充电故障，延长蓄电池组寿命。

        通过对数据的系统分析，积累不同品牌型号直流设备及蓄电池的实际运行经验，作为选型参考。

        为达到以上目的，根据用户需求,我公司研发了HDGC3920蓄电池在线监测系统。HDGC3920为一体化设计，已将电压、内阻与控制功能设计在一个2U的机箱内，实现电压内阻及数据处理功能，通过电流互感器采集电池组充放电电流。HDGC3920模块上带LCD显示，可查询实时数据与告警记录，也可设置所有运行参数。HDGC3920模块带多种通信接口，支持MODBUS协议，第三方监测系统可通过发送命令读取实时与历史数据，可接入到直流屏监控主机中。

监测内容

        单体电压、单体内阻、组压、充放电电流、环境温度、容量等。

设备固定

        HDGC3920模块可以被安装在标准的19英寸网络柜内，也可安装在电池柜上。

设备与电池间接线

        电压采集线与内阻采集线已在工厂预制好，施工时需通过采集线将电池连接到采集单元与内阻单元上，每根采集线在电池端都带有短路保护装置。

显示

        HDGC3920模块上带LCD显示，可以查询所有实时数据、实时告警及告警记录，可以对运行参数进行设置。

        HDGC3920系统配置有专用的基于WINDOWS的监测软件，可以访问控制单元来读取所有监测数据。也可以接入到第三方监测系统中，在统一的监测平台上显示，或者接入到直接屏监控主机中显示。

告警

        当监测到蓄电池某个参数超，HDGC3920模块LCD上会显示告警内容，峰鸣器响，对应干接点闭合。

        如果安装了基于WINDOWS的监测软件，软件会自动弹出告警界面。

        可将干接点接到第三方监测系统上，实现统一平台告警。

        下图为系统解决方案拓扑图：

后台软件

        本方案将采用网络版软件，此软件是基于B/S构架，采用SQL-SERVER数据库，用户通过IE浏览器即可查看数据。

系统优势

a.高稳定性

        产品的稳定性设计需要实际应用经验的积累，所以应用时间不长或应用不广的产品往往会不稳定。恒电高测拥有近十年数以万套设备的实际应用经验，我们把这些经验与技术应用到产品中，从设计上确保了产品的高稳定性。

b.高安全性

        (1)系统对充电系统和工作回路无任何干扰,电压采集线不与被监测电池直接连接，中间由欧姆电阻连接，杜绝了测量电缆自身短路或模块的故障带来的电池自放电、现场出现火花、人员触电、蓄电池的伤害等危险；采集单元各检测通道应采用高阻抗输入方式,检测回路的电流小于微安级,对蓄电池无不良影响。

        (2)系统能完全独立于被监测设备而正常工作，功耗低,对供电系统要求不高,不影响用户正常供电线路。

        (3)具有防过压、过流、高频磁场干扰特性，要求系统工作电压范围宽,防过流、过压能力强,系统设计有防浪涌电路,可在高频强磁场工作环境下正常运行。

        (4)系统采用模块化设计,模块间的独立性良好,在线可维护性强,在线维护时不影响被监测设备的正常工作。

        (5)系统应采用阻燃特性良好的元器件,使得系统本身的短路过流等原因造成的故障不会引起明火燃烧。

c.干扰性强

        目前大型UPS及高频UPS应用越来越普遍，在电池上出现很强的纹波干扰非常常见。在一个UPS系统中，逆变器在逆变过程中会产生2次、4次与6次等纹波电流，这种纹波电流会倒灌到蓄电池上，干扰蓄电池监测设备的正常工作。

        我们专为此种应用设计了一个特殊的滤波电路，采用DSP+自动塌陷电路，这种电路能够阻档UPS产生的2次、4次与6次等纹波，而几乎不影响有用的信号。这种产品已经在Emerson、Schneider与Eaton等品牌的大型ups系统上有数以千计的应用。

d.在线自动内阻测试技术

        拥有多循环在线内阻测试技术，此种技术可以实现完全自动在线测试内阻。

        其工作原理是将一组电池组分成多个循环，每次测量内阻时先对第一个循环进行放电，结束后再对第二个循环进行放电，直至后一个循环。在放电的同时，系统高速采集每节电池（或每单小组）的放电曲线，取得压降后测出每节电池的内阻。放电负载采用了恒流负载，确保电压变化时每次放电的电流不变。

        系统可以被设成间隔一定时间自动测量一次内阻，无需人工干预。

        所以此种测量方法的优势是：

        ◆ 自动测量，无须人工干预；

        ◆ 准确快捷；

a.高精度电压采集技术

        电压检测采用16位并行A/D转换技术，无开关或继电器切换，实现了高速及高稳定采集，精度可高达0.1%。采集单元前后级采用了光电隔离，避免前端对后端电路的干扰，系统安全可靠。

b.监测设备内置智能分析功能

        大部分的蓄电池监测产品都通过后台软件来分析数据，这种方式的好处是实现起来比较容易，但存在下面的缺点：

        与监测设备通信中断或软件死机不能正常接收数据时，分析的基础数据会丢失，无法进行分析，造成整个系统瘫痪。

        如要将监测设备直接接入第三方监控系统时，就没有分析功能或实现起来非常复杂。

        为了解决这个问题，恒电高测将分析功能内置到监测设备内，设备每月自动会对每节电池的电压、内阻等进行分析，自动生成报告找出需要更换的电池并提出维护建议。使分析功能完全独立于台软件，分析结果可以直接上传给第三方监测系统。

c.大容量数据存储空间

        监测设备可以对保存电压、内阻、报警记录及分析报告等，一旦后台服务器出故障，也可确保关键数据不会丢失。

d.接入性好

        监测设备可以完全独立运行，无需后台软件支持，并能直接对数据进行分析生成分析报告，这些数据通过通讯口可以直接上传给第三方监测系统，并提供RS232、RS485及网络口同时支持严格的MODBUS规约，使系统接入变得极为简单。