变电站蓄电池远程监测智能系统设计

,,

(1.国网宜昌供电公司，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002)

变电站蓄电池远程监测智能系统设计

徐满清1,聂壤2,赵岚1

(1.国网宜昌供电公司，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002)

介绍了一种稳定可靠的变电站蓄电池远程智能监测系统，该系统可以实现蓄电池实时、在线、智能监测，同时提供Web Server供远程主机以及本地人机界面(触摸屏)实时浏览蓄电池数据，并以GSM短信服务的方式将信息发送给责任人，以便在蓄电池劣化早期及时发现并替换，保障整个变电站蓄电池组的安全运行。

蓄电池；智能监测系统；人机界面；短信服务

1 引言

随着智能电网的向前推进，越来越多的变电站实现了无人值守，而变电站的安全运行对于电力系统尤为重要，值守人员撤离后，安全监视的需求就显得十分强烈。作为担负着控制、保护电路和自动装置等二次负荷电源任务的直流系统，其可靠性将直接影响变电站的正常运行。此时蓄电池成为直流系统最后一道防线，其在变电站发生事故后，所取的作用尤为重要。

现今采用的VRLA(阀控式密封铅酸 )蓄电池具有全密封、不漏酸等特点，而且在充放电的过程中不会像老式铅酸蓄电池那样会产生酸雾而腐蚀蓄电池，污染环境，所以广受喜爱，在世界上广泛使用。由于其维护是不加酸、不加水的，有的商家将其定义为“免维护”电池，而实际上由于电池的材料、生产工艺，活性物的结构以及运行状态等方面的影响，电池的运行存在着许多的安全隐患。故对变电站蓄电池组的在线监测对保障电池的正常工作、电力系统的可靠运行，推动电力生产智能化有着重要的作用。

2 系统硬件设计

本检测系统实现了对蓄电池的电压、电流、内阻、温度以及剩余容量的实时在线检测，将实时数据上传到ARM上位机，实现触摸屏的现场显示，并将警报信息通过GSM短信服务送到相关责任人，同时通过INTERNET网络服务供远方终端浏览并控制。系统的总体结构框图如图1。

系统硬件设计主要包括三个部分：数据采集系统、ARM嵌入式计算机系统和监测终端系统。数据采集系统将采集到的信息通过RS485总线传送到嵌入式计算机系统中进行计算处理并保存至特定的空间，供监测终端系统(由触摸屏、远程浏览终端和责任人短信终端组成)查询并监测。

2.1数据采集系统

数据采集系统主要以C8051F060单片机为核心，外接信号采集板卡实现对两组蓄电池各18只12V(每只电池是6个2V/200Ah电池串联)的数据(包括蓄电池组工作电压、单体电池电压、单体电池电流、电池组温度等)采集。

图1 系统总体结构框图

本系统采用二次放电法实现对蓄电池的内阻测量，该方法通过两次对蓄电池放电的电压、电流测量，经Ohm定律计算出电池内阻[1]。通过先小电流后大电流可以消除测量中由于电流过大而引起的误差问题。通过对内阻的在线监测，可实现对电池剩余容量的预测，精确度高。其关系曲线成反比例，即在内阻的增大的同时，剩余容量在减少。通过定量分析对比，即可得到剩余容量的值。

其硬件模块如图2所示。8通道模拟输入主要讲采集板采集到的电池电流、电压、温度等信号输入给单片机的12位AD转换模块使用。片选信号线实现采集单个电池电压和通过电压信号时，利用其24个IO线来选择MAX306芯片的通道选通信号。信号采集卡采集的信号通过C8051F060单片机进行采样，获取信息后单片机通过RS485线送入ARM嵌入式计算机系统。

图2 数据采集系统结构框图

2.2 ARM嵌入式计算机系统

本系统构建了基于ARM9硬件平台嵌入式Linux的软件开发平台，主要实现了将C8051F060传输的数据通过串口获取，并存储到嵌入式系统的CF卡中，同时提供网络服务功能供本地触摸屏和远程浏览终端实时在线监测、动态刷新和数据下载。在此同时，还提供GSM服务，在电池出现故障时通过自动发送短信给责任人，以方便实时监测和维修。

采用RISC(精简指令集计算机)结构的ARM处理器具有体积小、能耗低、成本低、性能高等特点，同时支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能够兼容8位/16位器件。而Linux系统由于其增减功能简单、处理速度快、设备独立性高、可移植性强、网络功能丰富等特点，被广泛运用于系统开发应用。

2.3监测终端系统

监测终端系统主要由触摸屏、远程浏览终端和责任人短信终端组成。具体模块如下：

(1)触摸屏：触摸屏采用三菱公司生产的GOT940触摸屏，用来显示内存中存储的信息，并将触摸屏的设置信息保存到SD卡中。其主要功能有：蓄电池信息查询、系统报警设置、报警及报警查询、管理级别设定等。

(2)远程浏览终端：主要用于远程调度室查询电池系统的信息并持续刷新电池的状态显示，实现实时监测。只要是能提供IE浏览器的任何计算机都可以作为网络终端，硬件要求低，能动态刷新并查询蓄电池组的实时信息。

(3)责任人短信终端：用于在电池故障初期就及时通知责任人，通过GSM无线网络服务技术向责任人发送电池故障短信，让负责人实时的了解电池的状态。

3 系统软件设计

本系统的软件设计主要包括读取信号采集模块，ARM和单片机通信模块，ARM和触摸屏通信模块，以及动态刷新网页任务和GSM发送短信服务。

3.1读取信号采集模块

通过对蓄电池单体电压、放电电流、浮充电压以及温度等原始量的测量，系统采用定时方式，在设定的时间内进行多次重复采样并持续记录数据，保证了数据的实时性和单片机的运行效率。其读取信号采集模块的流程图如图3所示，系统在开始后进行初始化设计然后打开定时器，判断是否到达指定时间，然后采用两次放电对电池进行内阻测量，继电器1为小电流放电，继电器2为大电流放电，大电流放电电流不能过大，一般为10A左右。

3.2 ARM和单片机通信模块

由slave程序完成ARM和单片机的通信，其主要要完成的功能有：内存资源的初始化、巡检命令的发出、数据的接收、接收数据的处理、网页和触摸屏的显示以及数据的存储等。

在本系统中，通信主要采用ARM为主，单片机为从，ARM发送命令而单片机接收并响应命令。其都用RS232通信，中间部分采用RS485通信，接头位置采用RS232转RS485的专用芯片连接起来。主端发送*usual或者*disch命令分别用来控制从端分别采样单体电池和两次放电采样。其流程图如图4所示。

图3 读取信号采集模块流程图

3.3 ARM和触摸屏通信模块

触摸屏用于设置各个参数的数值，还可以设置系统的时间和网络的IP。触摸屏初始化设置内存资源后，在运行时显示数据并更新数据存入SD卡中。当触摸屏与ARM相连后，通信协议的设置简易，两者之间的通信为交互式，触摸屏动态显示更新数据。其主界面如图5所示。

3.4动态刷新网页任务

Boa服务器是运行于Linux下，支持CGI(客户端与服务器接口)适合于嵌入式的HTTP服务器。Boa服务器处理用户请求并返回数据给浏览器[2]。Web Server在传输信息时，在调用存储在服务器里面的CGI(公共网关接口)程序后，可以实现动态访问服务器。浏览器把这些信息传送到服务器的CGI目录下特定的cgi程序中，然后cgi程序在服务器上按照预定的方法进行处理并通过HTML(超文本标记语言 )所见即所得软件做出的网页显示出来。利用ASP(动态服务器页面)技术实现页面数据的动态刷新。

图4 ARM和单片机的通信模块流程图

图5 主界面显示

3.5 GSM发送短信服务

GSM模块通过串口与ARM连接，处理器通过串口发送接收AT命令和GSM模块形成通信回路，通过PDU模式实现短信的发送。过程如下：首先实现GB2321编码到Unicode编码的转换，然后将Unicode编码转换为PDU的16bit编码并发送，最后形成标准的发送包发送[3]。

4 系统运行效果分析

该系统已经在宜昌的部分变电站开始投入使用，局域网内的用户均可以方便地随时查看变电站蓄电池的运行工况，及时发现潜在的故障隐患，为做到设备的预控、在控，保证设备的安全运行提供了有力的技术支持。

下面是近期测的一组数据，取两组电池中的一组数据进行分析，由图6可以发现经过一段时间的运行，编号为10的电池的内阻大于其他编号电池的内阻，显示的容量也只有75%左右，这时候发现其存在轻微漏液现象，更换编号为10的电池后，内阻和容量显示正常。在容量低于80%时，系统就会报警，并发送提示短信给责任人，实现了蓄电池的实时在线监测。

图6 实验测试数据

本系统创新点：用ARM处理器控制单片机对蓄电池组进行在线监测，并自动保存数据以及提示报警功能，特别是GSM短信服务通知负责人，能使负责人在第一时间掌握蓄电池组的工作运行状态，保障了蓄电池组乃至整个变电站的安全运行。

[1] 施保华，封帆.基于S3C2440的蓄电池远程在线监测系统[J].微计算机信息，2009.

[2] 孙辉，陆松年.基于Linux和S3c2410嵌入式Web Server的研究与发现[J].计算机应用与软件，2007.

[3] 苗雨.基于GSM模块实现短信发送[J].计算机工程应用技术，2008.

2013-09-29

徐满清，国网宜昌供电公司检修公司变电运维工区；

聂壤，三峡大学电气与新能源学院(研究生);

赵岚,国网宜昌供电公司检修公司变电运维工区。

TheDesignoftheRomoteIntelligentMonitoringSystemofSubstationStorageBetteries

XUMan-qing1,NIERang2,ZHAOLan1

(1.Yizhang Power Supply Company,State Grid,Yichang 4430002,China;2.Electrical and New Energy College,Sanxia University,Yichang 443002,China)

This article introduces a stable and reliable remote intelligent monitoring system of substation storage batteries,which can not only provide real-time,on-line and intelligent monitor on substation storage battery,but which can also provide and even test the data in the GSM short message service way of the Web Server to the remote host as well as the local human-computer interface(touchscreen) to the principal.It can make sure the degraded storage battery be found out and changed in time,which guarantees the secure running of transformer substation storage battery.

storage battery,intelligent monitoring system,human-computer interface,short message service

1004-289X(2013)06-0028-04

TM912

B