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通讯电源用蓄电池在线诊断与维护支持系统解决方案 哈尔滨维泰斯能源技术有限公司前言 任何行业的发展都在追求经济效益和社会效益，但所有这些都是在安全的前提下实现的。在通讯电源中的蓄电池实际运行中，由于蓄电池故障带来的惨重后果比比皆是：2003年元月沈阳军区某中心站因通讯电源中蓄电池性能严重下降，造成通讯交换机停机45分钟。由于该通讯中心站是军区通讯系统的枢纽，所以这次事故在军事上、政治上带来的后果无法估计。为什么采用免维护蓄电池的场合会出现如此高比例故障？蓄电池不是免维护的吗？为什么在刚刚检修后就发生？为什么发生的蓄电池故障会带来非常严重的后果？之所以发生这些蓄电池故障，原因主要有二：其一，蓄电池是许多场合中动力电源提供的最后一道保障，是最后的保险（这是蓄电池的核心作用）。一旦后备蓄电池组发生故障，所有的工作将无法继续，整个系统将陷于瘫痪状态。所以这是最后的也是最薄弱的环节。其二，目前对于蓄电池的维护与检测，始终沿用传统的人工手段，缺乏必要的监测手段与方法，不但费事费力，也无法做到及时有效地发现蓄电池运行中的问题，而且蓄电池厂家所谓的“免维护”蓄电池宣传，造成用户的错误理解。因此缺乏科学、准确的管理手段，也导致后备蓄电池存在极大的隐患。 据现场测量以及不完全统计，目前国内后备蓄电池50%是在带着隐患工作，所以出现如此高比例的蓄电池问题是正常。对于决策者而言，安全性是极其重要的。而对于技术人员，提高设备的智能化、科学化管理水平，是需要迫切解决的问题。 提高蓄电池运行的安全可靠性，特别是许多无人值守的站点，是目前用户困扰的难题。如何提高无人值守或少人值守的站点的蓄电池在线诊断与维护支持手段和水平，降低或杜绝蓄电池事故发生率，提高通信电源安全运行的可靠性，无疑对于用户具有很高的价值。 结合十年的电池测试经验，以及实际的具体要求，特别是针对通信电源的特点，维泰斯能源提出了对于通信电源的蓄电池在线诊断与维护支持系统以实现智能化、网络化为核心的解决方案。公司概述 哈尔滨维泰斯能源技术有限公司，是一家集科、技、贸、系统集成、电源维护和工程安装为一体的高科技企业，公司地处哈尔滨市工程大学产学研基地。公司汇集了一批多年从事电化学测量、单片机开发、计算机网络、自动化控制工程、蓄电池维护、销售、安装等方面的技术精英。多年来以蓄电池智能化与网络化、蓄电池维护、销售安装、售后服务项目为支柱产业，以电子、控制、软件开发为先导，以国内市场需要为契机，以“客户为中心”的服务理念，引进、消化、吸收国内外先进设备和技术，成功应用于电力、金融、中国移动、中国国电等各行业的实际业务，使公司的事业稳步发展。哈尔滨维泰斯能源技术有限公司，主要承建电力系统各水力、火力发电厂和供变电系统的“蓄电池在线诊断与维护系统”，先后承建了吉林省电力公司的长春、白城、辽源、白山、四平等一次变的直流系统、通讯系统中“蓄电池在线诊断与维护支持”项目；四川德阳电信公司所辖220个通讯基站的网络化监测；四川华能太平驿发电厂、四川华能映秀湾发电总厂渔子溪水电站、四川芦山电力公司、四川天全电力有限责任公司的直流系统中蓄电池在线诊断系统；中石化大庆炼化公司、中石油哈尔滨分公司的十余个主控室的UPS蓄电池的在线诊断与维护支持系统；使这些单位在全国同行业中率先在电力系统自动化中增加了“蓄电池在线诊断”功能，提高了设备管理的科学化水平。哈尔滨维泰斯能源技术有限公司承接了国内包括电力系统、通讯行业、石化企业的蓄电池在线监测与诊断的几十家行业用户的工程工程，并根据客户实际需要，结合客户不同品牌、不同特征的蓄电池应用的技术特点，制定针对性的详细系统解决方案，确保整个系统的正常运行。哈尔滨维泰斯能源技术有限公司，本着效率、品质、信赖、承诺的服务理念，秉承客户为中心的坚实态度，与客户共同奔向未来。一、目前后备蓄电池运行中存在的隐患1） 蓄电池寿命无法达到设计要求 在实际应用中，蓄电池往往在使用一年后就开始出现劣化，使用超过5年的蓄电池劣化程度非常严重，几乎很少能够达到标称容量。这其中存在两个方面的问题，其一，蓄电池厂家对于蓄电池的使用寿命年限是在较为理想的状态下预测的；其二，在使用中对于蓄电池的管理以及维护，没有有效的进行，造成蓄电池在劣化早期，没有及时发现落后电池，致使劣化积累、加剧，导致蓄电池过早报废。2） 对于蓄电池的运行情况不明由于没有良好的手段以及管理，蓄电池的使用者对于蓄电池的运行情况缺乏足够的了解，特别是对于蓄电池历史数据的整理以及分析。而这些数据的整理与分析需要较强的专业知识。3） 对于蓄电池的性能状况不明对于蓄电池性能状况，如蓄电池的阻抗、当前的剩余容量，无法清楚、及时地了解和判断。4） 缺乏温度补偿由于蓄电池的工作环境比较复杂，而环境温度对于蓄电池使用寿命影响较大。许多厂家都在产品的说明书上写明：根据环境温度，对于浮冲电压进行相应的补偿，补偿系数大约在3-5mv/。但在实际中用户能够作到温度补偿的很少，这也是许多蓄电池无法达到设计寿命的原因之一。5） 蓄电池的初检缺乏手段在大多数地方，新电池采购后，对于蓄电池的检验，仅仅根据电池厂家的说明，进行蓄电池的初检。缺乏一个权威的第三方进行验证。6） 蓄电池管理维护的理念需要改进目前在很多蓄电池的维护人员，受到误导，认为“免维护”就是不需维护。为此对于“免维护”铅酸蓄电池应该将以往的维护观念以及手段加以更新、提高，以适应新技术带来的管理监测水平的要求。二、蓄电池在线监测的智能化与网络化要求通过以上实际使用情况的分析，可以肯定：出现蓄电池故障是正常的，据我们的现场测量以及不完全统计，目前国内后备蓄电池50%以上是在带着隐患工作，所以出现如此高比例的蓄电池问题是正常。如何有效地解决蓄电池运行的隐患，提高蓄电池设备的安全性，防止蓄电池带病运行，这是一个迫切需要的技术问题。结合蓄电池的实际使用情况，对于蓄电池的在线诊断应该能够满足以下的基本要求：1） 由于目前蓄电池的检测手段，大多采用人工的定时或不定时的电压测量，或核对行放电的方式，而在实际中，发现这样的测量手段对于蓄电池的监测的及时性、准确性，欠缺很多，例如在实际测量中，蓄电池的电压始终在正常范围，但经过实际的放电测试，总有一些蓄电池的放电性能无法达到实际的要求。为此蓄电池的监测应该可以监测到蓄电池的性能，而不是仅仅监测蓄电池的电压、电流，应该在功能性方面可以做到全面、可靠、科学、准确、及时。2） 大量的人工测量，特别是核对行放电，费时费力，对于测量人员的人身安全不利，劳动效率较低，因此蓄电池监测应该做到提高人员劳动率。3） 目前后备电源的蓄电池许多使用场合，大多是无人值守的地方，如电信公司、移动公司、电力系统的无人值守站点等，为此要求对于蓄电池的在线监测适应这一情况，即可以实现数据的远程管理。4） 对于蓄电池作到实时监测，对于可能发生的问题，作到提前判断，而不是当出现问题后的被动处理。为此需要对于蓄电池的运行过程中进行24小时的全过程监测。5） 应该对蓄电池的性能健康状态进行即使诊断，以发现蓄电池劣化、失效的趋势，防止蓄电池引发重大事故（实际中此类事故较多）。这对于蓄电池在线诊断是非常关键，这也是目前困扰厂商以及用户的最大难题。6） 应该对于蓄电池的管理，做到蓄电池的充放电管理，防止蓄电池出现过充、过放等情况的出现。7） 所有的监测与管理方案都不应增加任何不安全的因素，不应增加蓄电池的动作，即保证不影响蓄电池原有的工作，因为任何增加蓄电池动作的测量对于动力的供应都是不利的，一旦在测量中出现问题，那将对于动力供应是极其危险的。通过以上情况的分析，对于通信电源蓄电池的特点，在蓄电池管理与监测方面，应该以实现智能化与网络化为目标。这样蓄电池的管理与监测可以实现：及时发现蓄电池运行异常，提前发现蓄电池性能落后，提前发现蓄电池寿命终止。对于无人值守的通信站点，通过网络实现蓄电池的充放电管理与监测，实现集中监测。三、蓄电池在线诊断与维护支持系统的具体方案我们采用一个以蓄电池阻抗检测为主，辅以蓄电池的电压、电流、温度等的充放电管理技术，实现蓄电池的在线诊断的智能化；同时通过网络的数据传输，借助计算机的监控软件，实现蓄电池的网络化管理。蓄电池在线诊断的智能化、网络化解决方案，主要依托BIS蓄电池在线诊断与维护支持系统，完成对于蓄电池运行参数、性能参数的全系列参数测量，同时通过门限的设置、声光报警的设置，实现对于蓄电池充放电管理以及对于蓄电池的在线诊断，分析各个蓄电池的一致性，发现电池组中每只蓄电池的性能变化，甄别落后电池。【监测对象】 铅酸蓄电池，包括阀控免维护蓄电池、胶体蓄电池。【监测范围】 通讯电源中蓄电池组，每组24只蓄电池。【监测装置】 BIS1000系列蓄电池在线诊断与维护支持系统，检测电池的运行参数，检查充电机制的合理性，蓄电池运行状况异常情况，电流是否在正常范围内。单电池电压是否正常，是否对于充电进行温度补偿。无须放电，在线测量单电池的阻抗，对于蓄电池性能状况进行诊断，发现落后电池。大屏幕液晶显示，监测的各类参数异常参数的声光报警以及报警输出节点。提供开放的通讯协议，以及RS323串口产品型号系统配制监测对象产品分类容量要求BIS1000A控制器1采集模块1辅助模块1其他附件一组 2V蓄电池 每组24只BIS1000A-L500Ah以下BIS1000A-M5001000AhBIS1000A-H1000Ah以上BIS1000B控制器1采集模块2辅助模块2其他附件二组 2V蓄电池 每组24只BIS1000B-L500Ah以下BIS1000B-M5001000AhBIS1000B-H1000Ah以上【测量指标】监测项目测量范围测量精度电池组充放电电流500A500A（可选传感器）2%电池组电压0100V0.2%单电池电压03V0.2%单电池阻抗020m0.001 m蓄电池工作温度45501外形尺寸CM1000-483133115mmPM1000-48313345mmAM1000-48313375mm报警类型电池组浮充电压高报警，电池组浮充电压低报警，电池组充电电流过大报警，电池组放电电流过大报警，电池组过度放电报警，单电池浮充电压高报警，单电池浮充电压低报警，单电池过放报警，单电池阻抗异常报警，单电池过充报警，单电池短路报警【分析管理参数】蓄电池运行参数蓄电池性能参数蓄电池组过充声光报警2精度单电池阻抗声光报警5精度蓄电池组欠充声光报警2精度蓄电池组过放声光报警2精度单电池一致性声光报警5精度单电池过充声光报警0.2精度单电池欠充声光报警0.2精度单电池性能声光报警5精度单电池过放声光报警0.2精度运行环境温度过高声光报警0.5运行环境温度过低声光报警0.5【连接示意图】BIS1000A:2V，共24只的蓄电池组PM1000-048上传数据AM1000-048CM1000-048BIS1000B:2V，共24只的蓄电池组2PM1000-048AM1000-048122V，共24只的蓄电池组1PM1000-048AM1000-048上传数据CM1000-048【远程管理】通过BIS蓄电池在线诊断与维护支持装置，实时采集的各个不同站点的蓄电池数据（包括蓄电池运行参数、性能参数），通过数据网络通道，传输指定的计算机。通过专业化的蓄电池管理软件，完成对于上传的各个站点蓄电池数据的再处理。该方案的技术核心是建立在蓄电池阻抗的在线测量以及计算机网络技术，数据传输到中心监控中心站，在集中管理计算机，利用后台的蓄电池管理软件，对数据进行综合分析处理，绘出各个站点的各组蓄电池的运行参数以及性能参数的历史曲线，对于蓄电池运行中出现的微小变化，管理软件通过门限的分析，当出现超过门限的情况下，及时给出报警，同时将报警事件的类别、起始时间、结束时间，一并存储，以备运维人员的查询。同时将根据采集上传的数据，专业化的蓄电池管理软件，进行容量的预估与测算，由于管理软件内置容量分析管理模型，借助各个站点的蓄电池数据（电压、电流），自动建立各个站点中每只蓄电池的容量分析平台，构筑蓄电池容量的管理系统；这为运维人员提供更加直观的数据。分析管理电压、电流、内阻、温度蓄电池监控器异常工况超限报警报警、存储异常性能超限报警方案中数据处理流程测量各参数传输网络数据库服务器数据分析及存储报警以及报告生成查 询智能化的软件，大大减少蓄电池监测与维护对于运维人员的专业化知识的要求，提高蓄电池管理的科学化。【网络传输的要求】通讯线路及中继视用户现有方式选择。常用的通讯资源：l PSTN MODEM PSTN方式64K通道l DDN ISDNl ATM PSPDNl 2M及2M时隙插入 专线/共线【网络通讯框图】SCSSSU1SMBBISSU2SMBBISSUnSMBBISSS一级传输二级传输现场站点网管中心网络通讯示意图【软件要求】PC机软件由运行监测管理模块及电池性能分析模块两大部分组成，运行环境为WIN98，WIN2000。四、价格整体方案的价格，需要经过实地考察，确定现场的实际蓄电池数量、安装情况、通讯资源，最后确定整体方案的价格。五、方案实施的风险 该方案的实施风险主要集中在系统运行中的安全特性。BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统在设计上充分考虑了各类使用场合及各类意外事故对系统本身及同系统配套使用的各类设备冲击，采用了多种抗冲击、高容错的手段，完全采用高性能的元器件，使得系统具有很高的安全特性。BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统具有自检功能。BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统具有很好的独立运行能力，不受用户系统的工作状况影响，也不影响用户系统的工作状态。1系统容错性辅助模块的激励电流最大峰值电流为0.5A，最大工作频率小于等于10Hz以内，对蓄电池性能无任何不良影响，对充电系统和工作回路也无任何干扰，辅助模块同蓄电池的连接部分均有防过流保险（3.15A），避免连接导线自身短路，或模块的故障对蓄电池的造成伤害。采集模块各检测通道均采用高阻抗输入方式，采集回路的电流小于微安级，对蓄电池无任何不良影响。采集模块同蓄电池的连接采用两线连接方式，连接端都安装过电流保险（0.5A），避免连接导线自身短路或模块的故障对蓄电池的造成伤害。BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统采用小功率元器件设计，系统工作功耗低，对用户供电系统要求不高，不影响用户供电线路。系统完全独立于用户设备工作。2防过压过流特性BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统采用先进的电源变换技术，工作电压范围宽，防过流过压能力强。同时系统在设计上备有防浪涌电路。3电磁兼容性 BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统在电路设计及结构设计上充分考虑电磁兼容的特性，电磁辐射量小于国家标准。系统采用金属外壳，具有很好的屏蔽效果。系统本身对外界无任何电磁干扰。4在线维护特性 BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统采用模块化设计，模块独立性良好，在线维护性强，在线维护不影响用户系统的正常工作。5阻燃性BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统采用阻燃特性良好的元器件，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。6防爆性BIS系列蓄电池在线诊断与维护支持系统采用电子式继电器，无通道切换火花，无产生明火接触连接器件，可用于高防爆要求的石油化工等行业。六、方案实施的意义及效益分析安全效益电力行业中通讯系统的安全生产直接影响到电力供应的生产调度，一旦通讯系统出现故障，将为电力的供应、调度带来严重的后果。由于蓄电池是通讯系统的最后保障，因此一旦蓄电池出现故障而影响通讯系统的正常工作，将引起通讯系统的瘫痪。及时、安全、可靠地监测蓄电池的各项运行参数、蓄电池的性能状况，发现蓄电池运行中的各项安全隐患，保障蓄电池稳定、可靠的运行，其意义和效益是不可估量的。因此安全效益是该方案的核心意义。蓄电池在线监测系统完全替代了被动的人工检测，减少人工检测的诸多弊端：费时、耗力、人员的专业素质影响检测的结果、人工检测中对于整个系统的影响、无法及时有效地发现蓄电池运行中安全隐患、人工检测过程中对于检测人员可能造成的人身伤害等等。经济效益阀控铅酸蓄电池（VRLAB）价格较高，其设计原理及工作方式，阀控铅酸蓄电