油气场站通信后备电源优化方案与应用探讨

黄威皓，肖逸军，焦冠文，李晨

（中国石油西南油气田公司通信与信息技术中心，四川 成都 610051）

通信后备电源系统的正常运行是场站通信网络可靠稳定运行的保障，一套完整的后备电源系统由UPS主机、逆变器以及蓄电池组构成，当场站通信市电或太阳能电源中断后能快速切换为蓄电池供电，以保障场站生产数据的稳定传输。随着场站智能化发展，负载逐渐增多，传统后备电源系统已无法满足监管维护需求。本文针对传统场站后备电源系统提出优化方案，给油气行业后备电源建设提供参考。

1 传统通信后备电源系统存在的问题

以川渝地区某油气田公司为例，生产场站通信后备电源系统按照场站级别以及周边配套电力资源进行设计，一般分为两种模式：负载较大且具备市电接入条件的场站场站设备供电以市电为主，蓄电池作为后备电源在市电中断的时候通过UPS主机接管供电的职能；而针对一些较为偏远不具备市电接入且负载较小的场站，采用太阳能和蓄电池结合的方式进行供电。当白天阳光充足的时候通过光伏板进行光电转化，由太阳能控制器对各设备进行供电，同时，多余电量对蓄电池进行充电以备在无法充电的时间段提供电力。通过日常的巡检维护，发现传统通信后备电源系统存在以下问题。

1.1 供电时间不足

在接入市电场站场景中，会遇到市电中断的情况，而中断时间往往不可控，为保障生产业务不会非正常中断，对后备电源的供电时间有很高要求。传统的后备电源系统设计中，蓄电池组部分均是按照六块12V、100AH规格的铅酸蓄电池进行组装，可保证900W的功率供电8h，但部分大型、核心场站负载较高，传统铅酸蓄电池电量无法保障生产数据稳定传输8h。

1.2 规范性不强

传统后备电源系统给不同类型设备提供12V、24V、48V以及220V等不同电压的输出，需要在电源机柜内部署不同电压等级的适配器和空开，无标准建设规范，同时，因占用柜体的大量空间，较为影响内部散热。

1.3 安全稳定性低

蓄电池组的各单体电池之间，存在容量、电压、内阻不均衡的问题，传统的整组充电方式，使得各单体电池分别出现过充、欠充现象。充电过量会导致电池失水、鼓包，严重的甚至出现热失控。充电不足会在负极柱产生难以还原的硫酸盐，造成蓄电池组损坏。同时，蓄电池组的充放电维护主要依靠人力进行，其维护需要将电池组脱离系统，会增大系统死机和中断风险，离线测试完被测电池组电压与系统电压压差大，在合并系统时可能存在打火现象，存在安全隐患。

1.4 缺乏智能化管理手段

在蓄电池组的检测维护工作中,需要严格按照电源维护规程规定的维护周期，对蓄电池组总电压、单体电压、电流、温度、时间、放电率等参数进行精确测量和检查维护，对于蓄电池组的检测维护却一直沿用传统技术人员现场记录，随时观察测试电池电压数据，或者将蓄电池离线，采用假负载放电，工作量较大，且风险较高。部分电池需要活化时，需要将蓄电池脱离系统，取回活化，耗费人力物力。当电源设备发生故障时，需要人工前往现场进行判断处理，造成人员及时间成本的浪费。

2 后备电源系统优化方案

2.1 总体思路

针对上述痛点，拟对UPS主机+铅酸蓄电池的传统架构进行优化，以锂电池替代传统铅酸蓄电池，将蓄电池部分新增单体电池的采集模块作为智能管理提供数据来源，并以带嵌入式系统的电源管理单元替代传统UPS主机和柜内供配电单元，最后，根据蓄电池管理需求开发智能管理平台，形成包括锂电池、电源管理单元、智能管理平台的整体架构。

2.2 优化方案

2.2.1 电源设备优化

使用锂蓄电池组代替传统的铅酸蓄电池。锂电池较铅酸电池体积小、污染小，同时，环境适应性更强、供电效率更高，充放电次数和使用寿命更是远高于铅酸电池（见表1），极大程度上减少占用空间，同时，提升了供电的稳定性和安全性。并将传统电源设备中的UPS主机、电源适配器和空开整体替换为电源管理单元，电源管理单元随着技术发展已经形成一系列成熟稳定的产品，不仅具备传统UPS主机功能，还支持太阳能、市电或油机等多种能源输入并提供多样化的电压输出，使得机柜内设备无须额外配备适配器，提升了整体规范性和安全性。

表1 传统组网与工业PON组网对比

图1 后备电源优化架构

2.2.2 智能管理提升

基于各单体电池采集的数据，在电源管理单元上开发部署智能管理平台，实现对电池组电压、设备运行状态的在线实时监控、对重要开关控制等参数进行检测，完整记录蓄电池各项性能参数，及时掌握蓄电池的运行状态和变化趋势，迅速发现单个劣化蓄电池。实现运维管理手段从手动方式转变为系统自动化、安全化、可跟踪化，降低误操作可能性，提高整体系统稳定性。

根据站场所需负荷（如表2）进行供电策略设计，蓄电池满容量时对所有设备供电，当蓄电池容量低于80%时，自动断开第二优先级的设备，全力支撑第一优先级的设备，保障生产数据的8h稳定传输。

表2 站场平均负荷

同时，加入远程充电、放电模块。充电过程自动记录电压、电流、温度等数据，根据放电试验数据自动诊断蓄电池组、单体电池的健康状态，自动生成报表；充电结束后采用等电压切换方式让蓄电池组回归原有供电系统，规避人工巡检可能产生打火现象的问题，从而降低风险隐患。

2.3 优化效果

通过电源设备优化提升电源机柜内部的规范性，极大地节约柜内空间，可自动适配不同充电电压，充电快、使用寿命长。蓄电池智能管理平台的开发可通过远程监控、测试，对整组蓄电池进行统一管理，定期对蓄电池进行体检，实现浮充差异化管理、远程核容放电、远程活化。蓄电池经过技术调整，在保障应急时长的同时，可以延长使用年限3～5年甚至更长。同时利用后台数据分析和应用准确判断断电时长，结合预算分期提前更换因物理原因导致损耗的蓄电池，替代大量人员工作，减少现场巡检次数，降低因人员现场操作带来的安全隐患，降低维护成本，提高网络安全保障。

3 结语

综上所述，通过对通信后备电源系统的电源设备优化和智能管理提升，可以对通信系统后备电源的管理模式进行有效赋能，同时对于后备电源作用的发挥以及通信系统的可靠性也有着相当积极的作用。对于锂电池的创新应用和系统功能优化，仍具有改进与提升的空间，还需不断进行研究和完善。