中国南方电网责任有限公司蓄电池组在线监测装置关键技术标准规范.doc

中国南方电网有限责任企业 发 布
××××.××××.×-

中国南方电网责任企业标准

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公布

目 录
序言 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）部分参数监测必需性说明 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

序言
蓄电池组在线监测装置（以下简称装置）关键处理蓄电池组现在运行及维护过程中存在多种问题，经过监测关键参数来自动分析蓄电池组存在问题，并提出维护提议，是确保蓄电池组安全稳定运行关键设备。
为规范设备配置、功效及性能指标，统一建设标准，提升其安全性和可靠性，加强其可维护性和可管理性，特制订本规范。
本规范有5个附录，附录A～E均为资料性附录。
本规范由广东电网企业电力科学研究院负责起草。
本规范关键起草人：
审核：
审定：
同意：

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 本规范要求了变电站蓄电池组在线监测装置配置、功效、性能等方面技术要求。
1.2 本规范适适用于南方电网企业所属新建、扩建及技改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
下列文件中条款经过本规范引用而成为本规范条款。通常注日期引用文件，其随即全部修改单（不包含勘误内容）或修订版均不适适用于本规范，然而，激励依据本规范达成协议各方研究是否可使用这些文件最新版本。通常不注日期引用文件，其最新版本适适用于本规范。
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() 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- 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- 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冲击和碰撞试验
GB 191- 包装储运图示标志
GB/T 13384- 机电产品包装通用技术条件
GB 4208- 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，假如电池内压超出设定值，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，并采取一定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一个方法。
3.3 蓄电池容量
在要求条件下，完全充电蓄电池能够提供电量，通常见安时（A.h）表示。
3.4 电池单元
直接把化学能转变为电能一个电源，是由电极、电解质、容器、极柱，通常还有隔离层组成基础功效单元。
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电池。
3.6 蓄电池内阻
电流流过蓄电池时，蓄电池二端电压改变所反应出来欧姆电阻，用Ri表示。
3.7 直流内阻测量方法
经过蓄电池瞬间对负载放电，测出蓄电池极柱上电压瞬间改变，计算出对应内阻Ri。
3.8 交流内阻测量方法
经过对蓄电池附加一个恒定交流电流激励信号IS（其交流信号频率改变范围为0.05Hz～10kHz），测量出蓄电池两端电压响应信号Vo，和二者相位差θ，由阻抗公式来确定蓄电池内阻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 设备组成及配置要求
5.1.1 蓄电池组在线监测装置由采集单元、内阻测试单元、监控单元组成。
5.1.2 采集单元用于采集蓄电池参数，包含电压、电流和环境温度等。
5.1.3 内阻测试单元用于定时测量蓄电池内阻和连接电阻。
5.1.4 监控单元用于对数据采集、内阻测量控制；应配置显示器，能显示全部监控内容、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，实现对最少两组蓄电池监控。
5.1.6 装置电源应采取直流电源供电，直流电源应取自直流馈线屏，不得取自蓄电池组。
5.1.7 电池电压采样宜采取双线制接线方法，即每节电池正极和负极各接一根采样线，避免在放电时连接条上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出直流母线标称电压5%，直流母线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 内阻测试单元应含有自检功效，异常时停止工作并报警；应含有过温、过流、放电超时保护功效。
5.2.6 内阻测量应能实现在线自动定时测试，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 含有手动测量内阻功效。
5.2.8 内阻测量应满足可反复性、一致性要求。
5.2.9 整组电池内阻测量时间要求小于8分钟（54节），16分钟（108节）。
5.3 安全性要求
5.3.1 装置必需满足在装置本身发生任何故障时全部不应影响直流系统安全运行。
5.3.2 装置应含有程序运行死循环自恢复功效，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厘米内必需有短路保护方法，采取放电法测量内阻时放电线必需有短路保护方法。
5.3.6 电压采样端输入阻抗应大于20K。
5.3.7 装置参数修改必需有密码保护。
5.3.8 装置输出端必需有光电隔离方法。
5.3.9 装置抗干扰能力应满足5.4.11要求。
5.4 功效要求
5.4.1 设置功效：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工作情况，产生事件报警并统计异常情况。
5.4.2 自检功效：当装置出现故障时，应给出故障信号报警提醒，且不影响直流系统正常运行，确保装置可靠性。
5.4.3 监测功效
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 能统计蓄电池放电安时数。
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在线自动定时测试，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充放电电流。
5.4.4 智能分析功效
每个月能自动对各个采集蓄电池参数进行分析，全部分析功效由装置完成，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，提醒失效或需活化电池；
l 分析连接电阻，提醒需要维护连接条；
l 分析环境温度，提醒温度异常；
5.4.5 显示功效
现场应配置显示器，面板含有汉字显示功效，能显示全部监测内容，包含遥测、遥信、告警信息和定值设置。
5.4.6 报警功效
5.4.6.1 报警内容
软报文报警内容应最少包含：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。
硬节点报警内容应最少包含：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 报警方法
装置面板须有运行状态指示灯。
5.4.7 操作日志统计功效
可对用户操作和自动内阻测试、设备复位等进行统计。
5.4.8 通讯功效
5.4.8.1 通讯接口
监控单元最少提供1个RS485和2个以太网通讯接口，网络方法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，宜采取固定嵌入方法。
5.4.9 数据保留功效
监控单元必需有足够存放空间，最少能够保留下表（表：5.4.8）所列数据，且应含有掉电自保持功效。
表：5.4.8 数据保留内容表
编号
数据内容
保留数
1
单体内阻历史统计
12组
2
连接电阻历史统计
12组
3
电池环境温度历史统计
15组
4
操作日志统计
50条
5
报警统计
100条
6
单体电池电压（10mV改变）历史统计
100条

5.4.10 数据导出功效
含有历史统计导出功效。
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》要求试验要求。
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》要求试验要求。
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》要求试验要求。
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》要求试验要求。
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》要求试验要求。
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 射频场感应传导骚扰抗扰度试验》要求试验要求。
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》要求试验要求。
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》要求试验要求。
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）要求：

表：5.5 测量精度表
1
内阻反复精度
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：
每节蓄电池内阻和投运时内阻值进行比较，当超出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。铭牌应设置在显著位置，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 产品包装上应有清楚、耐久包装、贮运图示标志，图示标志从GB 191中选定。
6.1.2 包装
产品包装应防潮、防振，并符合GB/T 13384要求。随同产品应提供以下文件和设备：
（1）装箱清单；
（2）出厂试验汇报；
（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，不应有猛烈振动、冲击，不应倾倒放置，应有专用包装箱和防护方法；
（2）产品在贮存期间，应放置在空气流通、无腐蚀和爆炸气体仓库内。

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验；
（2）单体内阻数次测试一致性；
（3）两单体间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 功效类
（1）实现定时自动内阻测试，无需人工干预；
（2）实现电压自动巡检；
（3）越限报警及统计功效；
（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、通信口绝缘强度。
A.2 关键试验设备
（1）四位半台式万用表；
（2）1-10毫欧分流器；
（3）一组蓄电池组，配置以下：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）先按正常方法测量电池内阻五次并统计数据，比较测试数据一致性。
（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含分流器电阻，再和不包含分流器电阻值进行计算求出分流器电阻，和分流器电阻值实际值进行比较，比较监测仪测试精度。
（3）先按正常方法测量电池连接内阻五次并统计数据，再松动连接镙丝，后重新测量电池连接内阻五次并统计数据，比较两次测试数据，验证连接电阻状态检测。
A.3.2 蓄电池容量测量试验
利用蓄电池容量测试仪对蓄电池进行放电测试，得出蓄电池容量测试结果。找出蓄电池容量性能优劣电池，再和其正常方法测量电池内阻值进行相对比较，比较其内阻值在判定蓄电池性能优劣上和容量之间关系。
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每节电池数据并统计，再用四位半台式万用表测量实际电压数据并统计，进行前后对比。精度应在0.5%以内。
A.3.4 定时自动内阻测试功效
将装置设置成自动测试状态，检验是否能可实现自动测试蓄电池单体内阻功效。
A.3.5 电压自动巡检功效
对装置进行设置，使装置能间隔一定时间测量一次每节蓄电池电压及总电压、电流。脱开和某节电池采样线，确定蓄电池在线监测装置应能显示报警信息，并统计响应时间。
A.3.6 电池质量分析和评定
了解厂家后台（主站）系统分析、评定软件对电池情况分析/评定方法合理性，操作/显示界面，和分析汇报内容。
A.3.7 对越限报警值试验，并统计响应时间。
A.3.8 统计表格实用性检验。
A.3.9 光电隔离
打开采集模块机箱，查看电压输入端和控制端是否采取了光电隔离设计。
A.3.10 采样线保护功效
确定是否在采样线上配有防短路装置。也可将采样线后端短路，确定采样线是否能和蓄电池断开。
A.3.11 装置抗冲击能力
在蓄电池大电流情况下，装置工作稳定性。

附件B（资料性附录）部分参数监测必需性说明
B.1 浮充电压
（1）监测目标
确定是否有超出要求范围值，这些会缩短蓄电池寿命。
（2）说明
过低浮充电压会造成容量不足，过高浮充电压会造成电池温度过高、气体析出、失水和板栅腐蚀。
B.2 电池温度
（1）监测目标
测量电池温度常常被用于确定电池潜在问题和控制充电机输出。
温度读数常常被用于优化电池操作和寿命。然而，周围环境温度必需被考虑进去缩小误报警可能性。
监测周围环境温度和电池温度差异和电池间温度差异来确定不超出厂家推荐最大值。假如超出了标准，意味着会产生潜在热失控，需要人为干预。
（2）说明
不正常温度会影响电池运行。比正常高温度会加速造成全部铅酸电池和镍铬电池衰退。温度改变对铅酸电池影响大于镍铬电池。过高电池温度影响是很紧急，会造成热失控。过低电池温度会降低电池容量到不能接收状态。
B.3 电池欧姆电阻
（1）监测目标
内阻测量提供了电池内部健康状态信息，能够被用于电池间对比及未来参考和趋势分析。
（2）说明
内阻显著改变预示着电池显著改变，这也折射了电池性能改变。
B.3 连接条电阻
（1）监测目标
确定电阻是否过高。降低连接条压降和预防过热造成灾难性事故是很关键。正常连接条电阻取决于连接条类型和结构。
（2）说明
每一个连接条基准值应该被建立。任何后面测试值超出基准值20%或5Uohm，不管哪个更大或比厂家要求小一点，全部应该被确定和做深入研究。

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
经典点温度
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)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）。放电时间不超出25sec，立即断开短接回路，静置2～5min，不再充电。然后再以I2=20I10～40I10电流放电5sec后，测定电压U2，则蓄电池内阻：

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，出厂试验合格产品方能出具产品合格证；
（2）型式试验：对每种型式产品中一台进行型式试验，型式试验是制造厂对其产品设计、制造工艺和技术性能验证。
下列情况，产品应作型式试验：
（1）连续生产产品每5年应进行一次；
（2）当改变产品设计、制造工艺或关键元器件而影响产品性能时；
（3）新设计产品或转产产品。
E.1.2 型式试验和出厂试验项目见表1所表示。
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
功效检测
√
√
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相关要求进行，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。
试验部位以下：
（1）各独立电路和地之间：
（2）无电气联络各电路之间。
抽样试验和出厂试验时，采取试验电压高于表2中要求值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所要求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要求试验部位施加表2要求冲击试验电压，正、负极性各三次，每两次之间间隔时间大于5s。试验过程中应无击穿现象发生。试验时，监控装置外壳应接地。
E.2.5 功效检测
监测内容应包含5.4功效要求全部内容。
E.2.6 抗扰度试验
抗扰度试验根据表3要求进行。试验后检测监控装置基础性能和功效，应满足第6章功效要求。
表3 抗扰度试验项目
序号
项目名称
实施标准
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
电压短时中止
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要求和方法，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要求和方法，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要求和方法，对装置进行碰撞试验。