引言
　　
　　直流系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站中十分重要的配套系統(tǒng)，其關(guān)鍵部分蓄電池組是在故障或無(wú)交流電情況下使用的。蓄電池組發(fā)生故障后，如果人工維護(hù)，由于蓄電池?cái)?shù)量多，情況各異，維護(hù)工作量大，許多因素?zé)o法判斷，將直接影響故障處理的準(zhǔn)確和及時(shí)。因此，平時(shí)對(duì)蓄電池組運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、故障診斷及其早期發(fā)現(xiàn)就顯得十分必要，如能實(shí)時(shí)地提供蓄電池組的各種數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)便能及時(shí)報(bào)警。
　　
　　1技術(shù)原理
　　
　　蓄電池運(yùn)行監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)蓄電池組基本參數(shù)（單個(gè)蓄電池電壓、充放電電流、工作溫度、總電壓）的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與報(bào)警。對(duì)蓄電池組剩余電荷量的估計(jì)、早期故障診斷和健康排序是其關(guān)鍵的創(chuàng)新技術(shù)。
　　
　　蓄電池的電化學(xué)過(guò)程比較復(fù)雜，其影響因素較多。100多年來(lái)，蓄電池電化學(xué)基本上是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性學(xué)科。因此，要準(zhǔn)確估計(jì)蓄電池組剩余電荷量和蓄電池故障診斷、健康排序都是相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，兩者之間又有密切關(guān)系。這就需要：對(duì)各種類型和廠家的蓄電池進(jìn)行試驗(yàn)，采集蓄電池所有外部基本參數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、排序、分析、比較；結(jié)合各種類型和廠家的蓄電池的物理化學(xué)特性及一致性的差異，蓄電池額定容量、輸出電壓及蓄電池內(nèi)部溫度、內(nèi)阻、環(huán)境溫度等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化率，蓄電池組在充放電時(shí)的電壓電流變化特性[1]，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和總結(jié)，提出蓄電池一些平均的特性規(guī)律；利用模糊統(tǒng)計(jì)理論、智能化技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)需要分別推算出一個(gè)剩余電荷量估計(jì)的數(shù)學(xué)模型以及對(duì)蓄電池健康狀況（SOR）和故障狀態(tài)進(jìn)行診斷排序的數(shù)學(xué)模型；再參照蓄電池專家、維護(hù)人員長(zhǎng)期使用蓄電池而總結(jié)出的一些實(shí)用規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)以及歷史檔案信息建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組剩余電荷量做出估計(jì)和故障診斷、健康排序。
　　
　　一般情況下，為了組合一組蓄電池，在其投入運(yùn)行前要進(jìn)行性能測(cè)試和分組優(yōu)選，盡量提高每一個(gè)蓄電池的電壓、容量、內(nèi)阻等出廠參數(shù)的一致性[2]，以保證電荷量估計(jì)、故障診斷、健康排序的準(zhǔn)確性。
　　
　　本系統(tǒng)首先根據(jù)蓄電池的zui長(zhǎng)使用壽命、已使用時(shí)間、類型、額定容量以及單個(gè)蓄電池的參數(shù)特性與蓄電池組的平均參數(shù)特性之間的差異，對(duì)初始電荷量進(jìn)行修正，再根據(jù)采集不同時(shí)間的溫度值、充放電電流值、單個(gè)蓄電池電壓值、蓄電池組總電壓值，記錄充放電時(shí)間，計(jì)算電池內(nèi)阻[3]，并定時(shí)采集長(zhǎng)期處在浮充電狀態(tài)下的以上參數(shù)值等，通過(guò)依據(jù)上述原理整合出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算和判斷，依據(jù)充放電過(guò)程的電荷量累計(jì)數(shù)值，從而對(duì)蓄電池組的電荷量進(jìn)行估計(jì)。
　　
　　蓄電池運(yùn)行的SOR和故障診斷是通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析計(jì)算，再結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的比較得到的。排序和診斷按SOR值進(jìn)行。SOR值越大，說(shuō)明蓄電池健康程度越高；反之，健康程度越差，說(shuō)明蓄電池有故障。
　　
　　深圳某變電站使用美國(guó)豹牌6V／200A·h鉛酸蓄電池，每組36只，zui長(zhǎng)使用壽命20年，已使用2年。通過(guò)實(shí)地考察和咨詢，這組蓄電池的基本特性較好，主要表現(xiàn)在各個(gè)蓄電池的電壓變化較為一致，充放電時(shí)各個(gè)蓄電池狀況也較為一致，沒(méi)有出現(xiàn)因負(fù)載的緩慢變化引起電壓、電流突變的現(xiàn)象。由于蓄電池安裝環(huán)境較好，溫度變化不大，平時(shí)基本上都處在浮充狀態(tài)，但也會(huì)有不定期的合閘或拉閘作業(yè)，有瞬間放電過(guò)程。利用該系統(tǒng)對(duì)該組蓄電池進(jìn)行連續(xù)10h核對(duì)性充放電實(shí)驗(yàn)和不定期瞬間放電實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
　　
　　具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：首先，進(jìn)行初始參數(shù)的設(shè)定，主要有蓄電池額定容量、使用壽命、已使用年數(shù)等；然后，在放電過(guò)程中，不定時(shí)采集一組蓄電池組總電壓、放電電流、溫度和單個(gè)蓄電池電壓的數(shù)據(jù)，記錄5h放電的整個(gè)過(guò)程并形成必要的變化曲線。
　　
　　表1為某蓄電池組放電過(guò)程中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。用同樣方法，記錄5h充電的整個(gè)過(guò)程并形成必要的變化曲線。表2為該蓄電池組在充電過(guò)程中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。　　
　　通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)這些參數(shù)和曲線的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析、判斷，再與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容比較，對(duì)整個(gè)蓄電池組的剩余電荷量做出估計(jì)，并且根據(jù)充放電過(guò)程實(shí)時(shí)增加或減少。對(duì)每個(gè)蓄電池進(jìn)行健康排序和故障診斷，以SOR值告知。該系統(tǒng)中SOR值分為1，2，3，4，5，共5個(gè)。其中：1，2為有故障的蓄電池，可報(bào)警；3為故障早期狀態(tài)蓄電池；4，5為健康蓄電池。健康排序則按SOR值的大小順序顯示在屏幕上。
　　
　　2軟硬件設(shè)計(jì)
　　
　　根據(jù)發(fā)電廠、變電站的實(shí)際情況和所使用蓄電池的種類及其容量，采用并聯(lián)非直接連接法對(duì)蓄電池組的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，也就是利用傳感技術(shù)和光電耦合技術(shù)采集各種數(shù)據(jù)，以保證用戶系統(tǒng)的安全，同時(shí)也是為了保證在安裝過(guò)程中不影響用戶系統(tǒng)的正常工作。系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。
　　　　該系統(tǒng)主要由單片機(jī)87C552及其時(shí)鐘復(fù)位電路、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、RS-232接口電路、12C總線驅(qū)動(dòng)的顯示鍵盤(pán)和時(shí)間存儲(chǔ)器電路、采集電路等組成。
　　
　　硬件的系統(tǒng)部分基本上是常用的5l系列單片機(jī)的系統(tǒng)電路，這些電路構(gòu)成了一個(gè)基本的軟件運(yùn)行環(huán)境。由于87C552帶有A／D轉(zhuǎn)換，因此對(duì)蓄電池模擬量的采集電路就比較簡(jiǎn)單。
　　
　　蓄電池組總電壓和充放電電流的采集均使用霍爾元件，經(jīng)運(yùn)算放大器電路，送入87C552的A／D端口。
　　
　　單元蓄電池電壓的采集由光電耦合電路進(jìn)行線性耦合輸出，經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)的選擇后，進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。
　　
　　溫度信號(hào)的采集使用溫度傳感eSAD590，經(jīng)運(yùn)算放大器電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
　　
　　2.2軟件設(shè)計(jì)
　　
　　主控制程序如圖3所示。　　
　　主控程序一個(gè)循環(huán)程序，首*行硬件初始化，隨即進(jìn)入對(duì)狀態(tài)的搜索，根據(jù)不同的程序狀態(tài)（變量），以中斷形式進(jìn)入相應(yīng)程序模塊處理。
　　
　　整個(gè)系統(tǒng)軟件程序全部采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，按不同功能模塊化分成不同的程序模塊，這種編程方法使得功能明確，程序清晰，便于維護(hù)和增加功能。
　　
　　3結(jié)語(yǔ)
　　
　　本文從蓄電池的特性出發(fā)，根據(jù)使用環(huán)境的變化，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)原理對(duì)蓄電池運(yùn)行監(jiān)控和診斷系統(tǒng)進(jìn)行了分析與論述。尤其是剩余電荷量估計(jì)和故障診斷系統(tǒng)，技術(shù)，并有創(chuàng)新，倍受用戶青睞。該系統(tǒng)已由北京承天冀科技有限公司投入批量生產(chǎn)，并在東北、河北、河南等地的發(fā)電廠、變電站使用。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)的運(yùn)行是可靠、穩(wěn)定的，對(duì)蓄電池組的監(jiān)測(cè)與診斷也是有效的，因而具有廣闊的發(fā)展前景。