中国南方电网责任有限公司蓄电池组在线监测装置技术参考规范.doc

中国南方电网责任有限公司蓄电池组在线监测装置技术参考规范

中国南方电网有限责任公司 发 布
××××.××××.×-2011

中国南方电网责任有限公司企业标准

中国南方电网蓄电池组在线监测
装置技术规范
Configuration Specification for Station-side Equipment of Battery Monitoring of China Southern Power Grid
（修改稿）

201X-XX-XX实施
201X-XX-XX发布

III

目 录
前言 II
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 使用条件 2
5 技术要求 3
6 包装、标志和储运要求 7
附录A（资料性附录）蓄电池在线监测装置比对试验 8
附件B（资料性附录）部分参数监测必要性说明 10
附件C（资料性附录）蓄电池在线监测系统I/O接口表 12
附录D（资料性附录）蓄电池内阻测试方法 14
附录E（资料性附录）装置检验要求 15

前言
蓄电池组在线监测装置（以下简称装置）主要解决蓄电池组目前运行及维护过程中存在的各种问题，通过监测关键的参数来自动分析蓄电池组存在的问题，并提出维护建议，是保证蓄电池组安全稳定运行的重要设备。
为规范设备的配置、功能及性能指标，统一建设标准，提高其安全性和可靠性，加强其可维护性和可管理性，特制定本规范。
本规范有5个附录，附录A～E均为资料性附录。
本规范由广东电网公司电力科学研究院负责起草。
本规范主要起草人：
审核：
审定：
批准：

II

中国南方电网蓄电池组在线监测装置技术规范
1 范围
1.1 本规范规定了变电站蓄电池组在线监测装置的配置、功能、性能等方面的技术要求。
1.2 本规范适用于南方电网公司所属的新建、扩建及技改的各电压等级变电站用蓄电池组在线监测装置。
1.3 本规范所指蓄电池组为阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池组。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
IEC 60255-21-1(1993) 电气继电器 第21部分：量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验
IEC 60870-5-103(1997) 远动设备及系统 第5部分：传输规约 第103篇：继电保护设备信息接口配套标准
IEC 61850(2003) 变电站通信网络和系统
GB/T 17626.4-1998 电磁兼容试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T 17626.12-1998 电磁兼容试验和测量技术 振荡波抗扰度试验
GB/T 17626.2-1998 电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗扰度试验
GB/T 17626.3-1998 电磁兼容试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T 17626.5-1999 电磁兼容试验和测量技术第8章 浪涌（冲击）抗扰度试验
GB/T 17626.6-1998 电磁兼容试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验
GB/T 17626.8-1998 电磁兼容试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验
GB/T 17626.10-1998 电磁兼容试验和测量技术 阻尼振荡磁场抗扰度试验
GB/T 17626.1-1998 电磁兼容 试验和测量技术抗扰度试验总论
GB/T 2423.2-2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温
GB/T 2423.1-2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温
GB-T 14537-1993 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验
GB 191-2000 包装储运图示标志
GB/T 13384-2008 机电产品包装通用技术条件
GB 4208-2008 外壳防护等级（IP代码）
3 术语和定义
3.1 阀控式密封铅酸蓄电池
在通常情况下，该电池是密闭的，如果电池内压超过设定值，气体自行排出。电池通常不需要补加电解质。
3.2 蓄电池在线监测技术
在蓄电池组不退出电源系统的正常运行条件下，使用仪器或装置对蓄电池性能参数进行测试，并采用一定的计算方法或数学模型，对数据进行分析，得出蓄电池容量和状态的一种方法。
3.3 蓄电池容量
在规定的条件下，完全充电的蓄电池能够提供的电量，通常用安时（A.h）表示。
3.4 电池单元
直接把化学能转变为电能的一种电源，是由电极、电解质、容器、极柱，通常还有隔离层组成的基本功能单元。
3.5 单体电池
由一个或多个电池单元组装在一个或多个间隔壳体内的电池。
3.6 蓄电池内阻
电流流过蓄电池时，蓄电池二端的电压变化所反应出来的欧姆电阻，用Ri表示。
3.7 直流内阻测量方法
通过蓄电池瞬间对负载放电，测出蓄电池极柱上电压的瞬间变化，计算出相应的内阻Ri。
3.8 交流内阻测量方法
通过对蓄电池附加一个恒定的交流电流激励信号IS（其交流信号频率变化范围为0.05Hz～10kHz），测量出蓄电池两端的电压响应信号Vo，以及两者的相位差θ，由阻抗公式来确定蓄电池的内阻Ri。
4 使用条件
4.1 环境温度：-10℃ ～ +40℃
4.2 相对湿度：< 95%
4.3 环境磁场：< 400A/m
4.4 大气压力：(80～110)kPa（海拔1000米及以下）
4.5 使用地点无强烈振动和冲击，无强烈电磁干扰，空气中无易燃、易爆、易腐蚀气体
5 技术要求
5.1 设备构成及配置要求
5.1.1 蓄电池组在线监测装置由采集单元、内阻测试单元、监控单元构成。
5.1.2 采集单元用于采集蓄电池参数，包括电压、电流和环境温度等。
5.1.3 内阻测试单元用于定期测量蓄电池的内阻和连接电阻。
5.1.4 监控单元用于对数据采集、内阻测量的控制；应配置显示器，能显示所有监控内容、并可查询；应配置外部通信接口等。
5.1.5 装置宜配置一个监控单元，实现对至少两组蓄电池的监控。
5.1.6 装置电源应采用直流电源供电，直流电源应取自直流馈线屏，不得取自蓄电池组。
5.1.7 电池电压采样宜采用双线制接线方法，即每节电池正极与负极各接一根采样线，避免在放电时连接条上的压降影响电压测量精度。
5.2 内阻测量要求
5.2.1 内阻测量应在线进行，不应将蓄电池从回路断开，不应关闭充电设备。
5.2.2 蓄电池在均充、事故放电过程中，不进行内阻测量；内阻测量只在蓄电池浮充状态下进行。
5.2.3 内阻测量过程中，当充电设备故障、交流电源故障，蓄电池应能供电。
5.2.4 不得因测量内阻造成直流母线电压跌落超过直流母线标称电压的5%，直流母线的纹波系数和稳压精度应满足直流系统技术规范要求。直流法放电电流不宜大于40A。
5.2.5 内阻测试单元应具有自检功能，异常时停止工作并报警；应具有过温、过流、放电超时保护功能。
5.2.6 内阻测量应能实现在线自动定期测试，测量周期可人工设置；测量过程应完全自动完成，无需人工干预。
5.2.7 具备手动测量内阻功能。
5.2.8 内阻测量应满足可重复性、一致性要求。
5.2.9 整组电池内阻的测量时间要求小于8分钟（54节），16分钟（108节）。
5.3 安全性要求
5.3.1 装置必须满足在装置自身发生任何故障时都不应影响直流系统的安全运行。
5.3.2 装置应具有程序运行死循环自恢复功能，发生自动复位时应上送复位报文。
5.3.3 内阻测试单元不应在蓄电池组主回路上额外串接开关、二极管或其它装置。
5.3.4 测量内阻时对电池不应有破坏性。
5.3.5 电压采样线距蓄电池接线柱3～5厘米内必须有短路保护措施，采用放电法测量内阻时放电线必须有短路保护措施。
5.3.6 电压采样端的输入阻抗应大于20K。
5.3.7 装置参数的修改必须有密码保护。
5.3.8 装置的输出端必须有光电隔离措施。
5.3.9 装置抗干扰能力应满足5.4.11要求。
5.4 功能要求
5.4.1 设置功能：装置应能设置电池参数、报警参数等，并依据设置数据分析蓄电池的工作状况，产生事件报警并记录异常情况。
5.4.2 自检功能：当装置出现故障时，应给出故障信号报警提示，且不影响直流系统的正常运行，保证装置的可靠性。
5.4.3 监测功能
5.4.3.1 装置应能自动识别浮充、均充、放电三种工况。
5.4.3.2 能记录蓄电池放电安时数。
5.4.3.3 单体内阻和连接电阻在线监测
应实现单体内阻和连接电阻的在线自动定期测试，最短测试周期为一周，可设置。测试过程应完全自动完成。
5.4.3.4 蓄电池温度在线监测
可在线监测每组不少于3个蓄电池的环境温度，温度传感器安装在蓄电池组首、尾、中负极柱。
5.4.3.5 充放电电流监测
可监测每组蓄电池组的充放电电流。
5.4.4 智能分析功能
每月能自动对各个采集的蓄电池参数进行分析，所有分析功能由装置完成，无需后台软件支持。
能对下面内容进行分析并得出结果：
l 分析单体内阻，提示失效或需活化的电池；
l 分析连接电阻，提示需要维护的连接条；
l 分析环境温度，提示温度异常；
5.4.5 显示功能
现场应配置显示器，面板具有中文显示功能，能显示所有的监测内容，包括遥测、遥信、告警信息和定值设置。
5.4.6 报警功能
5.4.6.1 报警内容
软报文报警内容应至少包括：单体内阻异常、单体电压过高、单体电压过低、连接电阻过高、蓄电池壳体温度过高（可选）、环境温度过高、环境温度过低、组压过高、组压过低、浮充电流过大（可选）、放电电流过大、电池组过放电。
硬节点报警内容应至少包括：装置故障（常闭）、蓄电池异常告警（常开）、核容放电停止节点（常开）。
5.4.6.2 报警方式
装置面板须有运行状态指示灯。
5.4.7 操作日志记录功能
可对用户的操作以及自动内阻测试、设备复位等进行记录。
5.4.8 通讯功能
5.4.8.1 通讯接口
监控单元至少提供1个RS485和2个以太网通讯接口，网络方式应支持双网通信模式。支持干式接点告警。
5.4.8.2 通讯规约
RS485使用MODBUS规约，以太网口使用IEC 103通信协议和IEC 61850标准协议，宜采用固定嵌入方式。
5.4.9 数据保存功能
监控单元必须有足够的存储空间，至少可以保存下表（表：5.4.8）所列数据，且应具有掉电自保持功能。
表：5.4.8 数据保存内容表
编号
数据内容
保存数
1
单体内阻历史记录
12组
2
连接电阻历史记录
12组
3
电池环境温度历史记录
15组
4
操作日志记录
50条
5
报警记录
100条
6
单体电池电压（10mV变化）历史记录
100条

5.4.10 数据导出功能
具有历史记录导出功能。
5.4.11 电磁兼容
5.4.11.1 装置应能满足GB/T17626.4-1998《电磁兼容试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》规定试验的要求。
5.4.11.2 装置应能满足GB/T 17626.12-1998《电磁兼容试验和测量技术 振荡波抗扰度试验》规定试验的要求。
5.4.11.3 装置应能满足GB/T 17626.2-1998《电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》规定试验的要求。
5.4.11.4 装置应能满足GB/T 17626.3-1998《电磁兼容试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验》规定试验的要求。
5.4.11.5 装置应能满足GB/T 17626.5-1999《电磁兼容试验和测量技术第8章 浪涌（冲击）抗扰度试验》规定试验的要求。
5.4.11.6 装置应能满足GB/T 17626.6-1998《电磁兼容试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验》规定试验的要求。
5.4.11.7 装置应能满足GB/T 17626.8 -1998《电磁兼容试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验》规定试验的要求。
5.4.11.8 装置应能满足GB/T 17626.10-1998《电磁兼容试验和测量技术 阻尼振荡磁场抗扰度试验》规定试验的要求。
5.5 性能要求
5.5.1 测量精度要求：
测量精度应可校正，测量精度应不低于下表（表：5.5 测量精度表）的要求：

表：5.5 测量精度表
1
内阻重复精度
2%
2
电压测量精度
±0.3%
3
温度测量精度
±2℃
4
电流测量精度
±2%
5
组压测量精度
±0.5%
6
内阻测量精度
±5%

5.5.2 内阻测试告警值：
每节蓄电池的内阻与投运时的内阻值进行比较，当超过50%时，应告警。
6 包装、标志和储运要求
6.1 标志、包装和贮运
6.1.1 标志
6.1.1.1 铭牌
装置应有铭牌。铭牌应设置在明显位置，其上应标明以下内容：
（1）产品名称；
（2）产品型号；
（3）额定电源电压(V)；
（4）出厂编号；
（5）生产日期；
（6）生产厂名称；
（7）适用标准。
6.1.1.2 产品包装上应有清晰、耐久的包装、贮运图示标志，图示标志从GB 191中选定。
6.1.2 包装
产品的包装应防潮、防振，并符合GB/T 13384的规定。随同产品应提供以下文件和设备：
（1）装箱清单；
（2）出厂试验报告；
（3）合格证；
（4）使用说明书；
（5）专用工具和维修必备附件。
6.1.3 贮运
（1）产品在运输过程中，不应有剧烈振动、冲击，不应倾倒放置，应有专用包装箱和防护措施；
（2）产品在贮存期间，应放置在空气流通、无腐蚀和爆炸气体的仓库内。

31

附录A（资料性附录）蓄电池在线监测装置比对试验
A.1 试验项目
A.1.1 性能类
（1）单体内阻值、测量精度及稳定性检查；
（2）单体内阻的多次测试的一致性；
（3）两单体间的连接电阻值及其测量精度；
（4）单体电压、电流（整组充放电电流）、整组电压、环境温度值及其测量精度。
A.1.2 功能类
（1）实现定期自动内阻测试，无需人工干预；
（2）实现电压自动巡检；
（3）越限报警及记录功能；
（4）MODBUS通信规约测试。
A.1.3 安全类
（1）提供型式试验结果，电磁兼容试验；
（2）电源、机壳、输入/输出之间、通信口的绝缘强度。
A.2 主要试验设备
（1）四位半台式万用表；
（2）1-10毫欧的分流器；
（3）一组蓄电池组，配置如下：12V/20节/100A.h；
（4）蓄电池在线监测系统站端装置；
（5）电脑（完整的蓄电池后台监测系统）；
（6）充电机（220V-25A）；
（7）容量测试仪（220V-30A）。
A.3 试验方法
A.3.1 单体内阻值及其测量精度试验
（1）先按正常的方法测量电池内阻五次并记录数据，比较测试数据的一致性。
（2）在任意三节电池上分别串接一个分流器，调整接线使得测量这三节电池内阻时也包括分流器电阻，再与不包括分流器的电阻值进行计算求出分流器电阻，与分流器的电阻值实际值进行比较，比较监测仪的测试精度。
（3）先按正常的方法测量电池的连接内阻五次并记录数据，再松动连接镙丝，后重新测量电池的连接内阻五次并记录数据，比较两次测试的数据，验证连接电阻的状态检测。
A.3.2 蓄电池的容量测量试验
利用蓄电池容量测试仪对蓄电池进行放电测试，得出蓄电池容量的测试结果。找出蓄电池的容量性能优劣的电池，再与其正常的方法测量电池内阻值进行相对比较，比较其内阻值在判断蓄电池的性能优劣上与容量之间的关系。
A.3.3 单体电压测量精度试验
先读取蓄电池在线监测装置显示的每节电池数据并记录，再用四位半台式万用表测量实际电压数据并记录，进行前后对比。精度应在0.5%以内。
A.3.4 定期自动内阻测试功能
将装置设置成自动测试状态，检查是否能可实现自动测试蓄电池单体内阻功能。
A.3.5 电压自动巡检功能
对装置进行设置，使装置能间隔一定的时间测量一次每节蓄电池电压及总电压、电流。脱开与某节电池的采样线，确认蓄电池在线监测装置应能显示报警信息，并记录响应时间。
A.3.6 电池质量的分析和评估
了解厂家后台（主站）系统分析、评估软件对电池状况分析/评估方法的合理性，操作/显示界面，以及分析报告内容。
A.3.7 对越限报警值试验，并记录响应时间。
A.3.8 记录表格实用性检查。
A.3.9 光电隔离
打开采集模块机箱，查看电压输入端与控制端是否采用了光电隔离的设计。
A.3.10 采样线保护功能
确认是否在采样线上配有防短路装置。也可将采样线后端短路，确认采样线是否能与蓄电池断开。
A.3.11 装置的抗冲击能力
在蓄电池大电流情况下，装置的工作稳定性。

附件B（资料性附录）部分参数监测必要性说明
B.1 浮充电压
（1）监测目的
确认是否有超出规定范围的值，这些会缩短蓄电池的寿命。
（2）说明
过低的浮充电压会导致容量不足，过高的浮充电压会导致电池温度过高、气体析出、失水与板栅腐蚀。
B.2 电池温度
（1）监测目的
测量电池温度经常被用于确认电池潜在的问题和控制充电机的输出。
温度读数经常被用于优化电池操作与寿命。然而，周围环境温度必须被考虑进去缩小误报警的可能性。
监测周围环境温度与电池温度差异以及电池间温度差异来确认不超过厂家推荐的最大值。假如超出了标准，意味着会产生潜在的热失控，需要人为干预。
（2）说明
不正常的温度会影响电池的运行。比正常高的温度会加速导致所有铅酸电池与镍铬电池衰退。温度变化对铅酸电池的影响大于镍铬电池。过高的电池温度影响是非常紧急的，会导致热失控。过低的电池温度会降低电池容量到不能接受的状态。
B.3 电池欧姆电阻
（1）监测目的
内阻的测量提供了电池内部健康状态的信息，可以被用于电池间的对比及将来的参考与趋势分析。
（2）说明
内阻的显著变化预示着电池的显著变化，这也折射了电池性能的变化。
B.3 连接条电阻
（1）监测目的
确认电阻是否过高。降低连接条的压降与防止过热造成灾难性的事故是非常重要的。正常的连接条电阻取决于连接条的类型以及构造。
（2）说明
每一种连接条的基准值应该被建立。任何后面的测试值超过基准值的20%或5Uohm，不管哪个更大或比厂家规定的小一点，都应该被确定与做进一步的研究。

附件C（资料性附录）蓄电池在线监测系统I/O接口表
C.1 模拟量信息
表：C.1 模拟量信息表
序号
模拟量
备注
1
蓄电池组电压

2
蓄电池组充放电电流

3
单体（第1节）电压----单体（第110节）电压

4
单体（第1节）内阻----单体（第110节）内阻

5
蓄电池室温度
典型点温度
6
连接线电阻（110节）

C.2 开关量信息
表：C.2 开关量信息表
序号
开关量
备注
1
单体内阻异常

2
单体电压过高

3
单体电压过低

4
连接条电阻过高

5
蓄电池壳体温度过高（可选）

6
环境温度过高

7
环境温度过低

8
组压过高

9
组压过低

10
充电电流过大

11
放电电流过高

12
电池组过放电

13
装置故障
（常闭）
14
蓄电池异常告警
（常开）
15
核容放电停止节点
（常开）

C.3 装置参数（定值）
表：C.3 装置参数（定值）
序号
描述
备注
1
单体电压过高值
浮充（推荐值：2.35）
2
单体电压过低值
浮充（推荐值：2.10）
3
单体电压过高值
均充（推荐值：2.55）
4
单体核容终止电压
推荐值1.8V
5
单体内阻越上限值
推荐值50%更换
6
蓄电池单体节数

7
蓄电池环境温度告警值（上限值）
推荐值40度
8
连接线电阻越突变值
推荐值50%突变

说明：以上为单套模块采集量，且为运行应用所需数据。

附录D（资料性附录）蓄电池内阻测试方法
D.1 蓄电池内阻测试
D.1.1 一次放电法
将蓄电池充满电，静置8h以上，待电压稳定后，测量其开路电压U。再以电流I=10I10～15I10(A)的大电流冲击放电，同时由示波器录制波形，然后测定t=0.02、0.2、0.5和1.0sec时的冲击放电电流It和冲击放电电压Ut，则蓄电池内阻为：

D.1.2 两次放电法
对充足电的蓄电池，首先以电流I1 = 4.0I10～6.0I10(A)放电20sec后，测定电压U1（见图D.1.2）。放电时间不超过25sec，立即断开短接回路，静置2～5min，不再充电。然后再以I2=20I10～40I10的电流放电5sec后，测定电压U2，则蓄电池的内阻：

图D.1.2

附录E（资料性附录）装置检验要求
E.1 检验规则
E.1.1 产品的检验分出厂试验和型式试验两类：
（1）出厂试验：每台产品均应进行出厂试验，出厂试验合格的产品方能出具产品合格证；
（2）型式试验：对每种型式产品中的一台进行型式试验，型式试验是制造厂对其产品设计、制造工艺和技术性能的验证。
下列情况，产品应作型式试验：
（1）连续生产的产品每5年应进行一次；
（2）当改变产品设计、制造工艺或主要元器件而影响产品性能时；
（3）新设计的产品或转产的产品。
E.1.2 型式试验和出厂试验的项目见表1所示。
表1 型式试验和出厂试验项目
序号
试验项目
试验类别
型式
出厂
1
防护等级检验
√
—
2
绝缘电阻测量
√
√
3
工频耐压试验
√
√
4
冲击耐压试验
√
√
5
功能检测
√
√
6
抗扰度试验
√
—
7
高低温试验
√
—
8
振动试验
√
—
9
冲击试验
√
—
10
碰撞试验
√
—

E.2 试验方法
E.2.1 防护等级检验
按GB 4208的相关规定进行，应符合外壳防护等级应不低于IP30要求。
E.2.2 绝缘电阻测量
用1000V兆欧表进行测量，测试结果应符合表2的要求。
表2 绝缘电阻和耐受电压值
额定绝缘电压(V)
绝缘电阻(M)
工频耐受电压值(kV)
冲击耐受电压值(kV)
≤60
≥10
1.0 (1.5)
1
60 <U ≤ 300
2.0 (3.0)
5
注:括号内数据为直流介质强度试验值。
试验部位如下：
（1）各独立电路与地之间：
（2）无电气联系的各电路之间。
抽样试验和出厂试验时，采用的试验电压高于表2中规定值的10%时，试验时间为ls。
E.2.3 工频耐压试验
用工频耐压试验装置，对监控装置各电路对地之间，应能承受表2所规定的工频耐压和冲击耐压试验，历时lmin，应无闪络和击穿现象。
E.2.4 冲击耐压试验
用冲击耐压试验装置，对监控装置各电路对地之间规定的试验部位施加表2规定的冲击试验电压，正、负极性各三次，每两次之间的间隔时间不小于5s。试验过程中应无击穿现象发生。试验时，监控装置的外壳应接地。
E.2.5 功能检测
监测内容应包括5.4功能要求全部内容。
E.2.6 抗扰度试验
抗扰度试验按照表3的规定进行。试验后检测监控装置的基本性能和功能，应满足第6章的功能要求。
表3 抗扰度试验项目
序号
项目名称
执行标准
1
1MHz和l00kHz振荡波
GB/T 17626.12
2
静电放电
GB/T 17626.2
3
浪涌(冲击)
GB/T 17626.5
4
电压短时中断
GB/T 17626.1

E.2.7 高低温试验
高温试验 按GB/T 2423.2进行，低温试验按GB/T 2423.1进行。
E.2.8 振动试验
按IEC60255-21-1的规定和方法，对装置进行振动响应和振动耐久试验。
E.2.9 冲击试验
按GB/T 14537的规定和方法，对装置进行冲击响应和冲击耐久试验。
E.2.10 碰撞试验
按GB/T 14537的规定和方法，对装置进行碰撞试验。