核电涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电系统及方法与流程

1.本发明涉及核电基地涉网通信维修技术领域，尤其涉及一种核电涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电系统及方法。


背景技术：

2.为了验证涉网通信机房通信蓄电池组的性能是否满足要求，根据国家电网公司相关规定，秦山核电每年都要对涉网通信蓄电池组(例如，第一蓄电池组1和第二蓄电池组2)进行核对性充(放)电试验。当前秦山核电对蓄电池的年度核对性充(放)电试验为人工操作，主要步骤为：拉开蓄电池组熔断器fu1，将第一蓄电池组1与直流母线ⅰ(hm1 为直流母线ⅰ正极，hm1-直流母线ⅰ负极，gnd1为正极接地)断开，整理接线后闭合第一蓄电池组充放电开关4，将蓄电池组与智能充放电仪3连接，开展试验并人工记录数据，充(放)电完成后，断开第一蓄电池组充放电开关4，整理接线后闭合蓄电池组熔断器fu1恢复蓄电池组与直流系统的连接。同理，第二蓄电池组2如下：拉开蓄电池组熔断器fu2，将第二蓄电池组2与直流母线ⅱ(hm2 为直流母线ⅱ正极，hm2-直流母线ⅱ负极，gnd2为正极接地)断开，整理接线后闭合第二蓄电池组充放电开关5，将蓄电池组与智能充放电仪3连接，开展试验并人工记录数据，充(放)电完成后，断开第二蓄电池组充放电开关5，整理接线后闭合蓄电池组熔断器fu2恢复蓄电池组与直流系统的连接。
3.如图2所示，涉网通信设备16(光传输设备、调度交换机、保护屏柜等)由通信电源屏(第一通信电源屏61、第二通信电源屏62)和通信蓄电池组(第一蓄电池组1、第二蓄电池组2)共同供电，第一通信电源屏61和第一蓄电池组1构成了第一路电源，第二通信电源屏62和第二蓄电池组2构成了第二路电源。蓄电池组在充放电试验的过程中会与直流系统脱离，若同时叠加相对应的通信电源屏失电故障(第一蓄电池组1对应第一通信电源屏61，第二蓄电池组2对应第二通信电源屏62)，会导致下游涉网通信设备等负荷失去一路电源，且工作实施过程中，人工拆线接线与搬运充放电设备效率低，安全性差，维护人员在操作过程中，误碰设备、误拆电路，将会引发事故或者导致试验意外终止等不良后果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种提高工作效率和安全性的核电涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电系统及方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种核电涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电系统，包括业务台、应用服务器、数据服务器、串口服务器、控制逻辑单元、蓄电池组智能充电单元、蓄电池组智能放电单元、光口交换机、通信电源屏；
7.所述串口服务器上游连接所述数据服务器和所述应用服务器，所述串口服务器下游连接所述控制逻辑单元，所述控制逻辑单元连接所述蓄电池组智能充电单元和所述蓄电池组智能放电单元，蓄电池智能充电单元上游连接220v交流电源，在工作时为通信蓄电池
组提供充电电能；蓄电池智能放电单元内具有风机和电阻丝，在工作时消耗通信蓄电池组的电能；控制逻辑单元工作时触发相应开关的正确动作，确保在正常工作和充放电试验时相应开关正确动作至所需状态，所述通信电源屏通过所述控制逻辑单元与通信蓄电池组连接。
8.作为一种可实施的方式，还包括告警拨号器，所述告警拨号器连接所述串口服务器，所述业务台下发指令，命令信息通过所述串口服务器发送至所述控制逻辑单元触发开关动作，并向所述告警拨号器发送指令。
9.作为一种可实施的方式，所述串口服务器下游连接有通信电源屏，所述串口服务器对数据解析后将所述通信电源屏的电压、电流、温度信息上传至所述数据服务器和所述应用服务器。
10.作为一种可实施的方式，所述通信蓄电池组上安装有一套蓄电池监控主机以采集每节电池的电压、电流参数，所述蓄电池监控主机通过rs485连接至所述串口服务器。
11.作为一种可实施的方式，所述控制逻辑单元包括：
12.主用开关zy1，一端电连接蓄电池组熔断器fu1，另一端电连接第一蓄电池组和维护单元开关wh1，所述维护单元开关wh1电连接放电单元开关fz，所述放电单元开关fz电连接所述蓄电池组智能放电单元；
13.备用开关by1，一端电连接二极管d1，另一端电连接第二蓄电池组；
14.主用开关zy2，一端电连接蓄电池组熔断器fu2，另一端电连接第二蓄电池组和维护单元开关wh2，所述维护单元开关wh2电连接充电单元开关cd，所述充电单元开关cd电连接所述蓄电池组智能充电单元；
15.备用开关by2，一端电连接二极管d2，另一端电连接第一蓄电池组。
16.作为一种可实施的方式，所述主用开关zy1上并联有紧急旁路开关jp1，所述主用开关zy2上并联有紧急旁路开关jp2。
17.作为一种可实施的方式，所述应用服务器、所述数据服务器、所述串口服务器和所述光口交换机设置于控制机柜内。
18.作为一种可实施的方式，所述控制逻辑单元、所述蓄电池组智能充电单元和所述蓄电池组智能放电单元设置于设备机柜内。
19.一种核电涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电方法，包括放电过程和充电过程：
20.放电过程：当第一蓄电池组放电试验时，通过上位机向控制逻辑单元发送命令，主用开关zy1开关断开，维护单元开关wh1、放电单元开关fz闭合，启动蓄电池组智能放电单元；同时，备用开关by1闭合，当直流母线ⅰ失电时，第二蓄电池组通过备用开关by1向直流母线ⅰ供电；
21.充电过程：第一蓄电池组维护结束后，通过上位机发送命令，放电单元开关fz断开，充电单元开关cd闭合，启动蓄电池智能充电单元对第一蓄电池组充电；同时，备用开关by1闭合，当直流母线ⅰ失电时，第二蓄电池组通过备用开关by1向直流母线ⅰ供电。
22.与现有技术相比，本发明提供的核电涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电系统及方法具有以下有益效果：
23.本发明提供的智能充放电系统功能先进，智能化程度较高，实现了运行参数的遥
测、遥信，能够在控制台实时读取蓄电池组充(放)电过程中蓄电池单体的充(放)电电流、电压、温度等信息；同时实现了充(放)电回路状态的遥控，能够在控制台上远程控制系统回路的状态，实现蓄电池组正常运行状态、充电状态和放电状态的远程控制与切换，且在系统出现异常时，通过旁路开关可以退出整套系统。
24.该系统把现场、分散、人工的操作和搬运设备变成了远程管理和智能维护，有力的保障了涉网通信电源系统的正常运行和设备安全，既能提高工作效率和安全性，同时也顺应了“智慧机房”的发展需求，解决了在机房一组蓄电池组充(放)电试验时，同时叠加对应的通信电源屏失电故障导致下游涉网通信设备等负荷失去一路电源的问题。
25.本发明提供的智能充放电方法具有上述本发明提供的智能充放电系统的所有优点。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
27.图1为现有技术中核电通信蓄电池组维护简图；
28.图2为现有技术中核电通信电源接线图；
29.图3为本发明实施例所提供的核电通信蓄电池组智能维护控制图；
30.图4为本发明实施例所提供的核电通信蓄电池组智能维护装置示意图；
31.图5为本发明实施例所提供的核电通信蓄电池组智能维护放电回路控制图；
32.图6为本发明实施例所提供的核电通信蓄电池组智能维护充电回路控制图。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式进一步详细说明。
34.如图2至图6所示，本发明提供了一种核电涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电系统，包括业务台(1台)、应用服务器10(1台)、数据服务器11(1台)、串口服务器12(1台)、控制逻辑单元9(1台)、蓄电池组智能充电单元8(1台)、蓄电池组智能放电单元7(1台)、蓄电池监控装置(2套)、光口交换机13(2台)、网线及传输线、告警拨号器14(1台)。整套系统需要将蓄电池组智能充电单元8、蓄电池组智能放电单元7、通信电源屏(第一通信电源屏61、第二通信电源屏62)、通信蓄电池组17、控制逻辑单元9、数据服务器11、应用服务器10、串口服务器12等设备进行电气连接。通信蓄电池组17包括第一蓄电池组1和第二蓄电池组2。
35.蓄电池组智能充电单元8和蓄电池组智能放电单元7由市电供电，在放电过程中由蓄电池电能转化为放电测试仪电阻丝热能，并由风扇将热能释放。充电过程中由市电提供电能对蓄电池组进行充电，蓄电池组智能放电单元7和蓄电池组智能充电单元8通过控制逻辑单元9与通信蓄电池组17进行连接。蓄电池智能充电单元8上游连接220v交流电源，在工作时为通信蓄电池组提供充电电能；蓄电池智能放电单元7内具有风机和电阻丝，在工作时消耗通信蓄电池组的电能；控制逻辑单元9工作时触发相应开关的正确动作，确保在正常工作和充放电试验时相应开关正确动作至所需状态，其中，相应开关包括主用开关zy1和zy2、
备用开关by1和by2、维护单元开关wh1和wh2、放电单元开关fz、充电单元开关cd、紧急旁路开关jp1和jp2。
36.由于涉网通信设备均为直流负荷，正常时主要由通信电源屏(第一通信电源屏61、第二通信电源屏62)内的整流模块将上游的交流电转为直流电，并为涉网通信设备16供电。正常情况时，通信电源屏(第一通信电源屏61、第二通信电源屏62)还为通信蓄电池组17提供浮充电流以确保通信蓄电池组的实际容量等于额定容量。当通信电源屏失电时，由通信蓄电池组17为涉网通信设备16供电。通信电源屏的参数可以在就地显示屏上读取，也可以通过rs485协议上送至串口服务器12供业务台读取。通信电源屏(第一通信电源屏61、第二通信电源屏62)通过控制逻辑单元9与通信蓄电池组进行连接。
37.蓄电池监控装置负责监视蓄电池组的单体电池的电压、电流、温度等参数，参数可以在就地显示屏上读取，也可以通过rs485协议上送至串口服务器12供业务台读取。
38.数据服务器11和应用服务器10通过网线和串口服务器12相连接，为系统的核心，有数据运算分析、控制逻辑设定等、设备异常判断、人机交互等功能。维护人员现场工作时，操作指令通过数据服务器11和应用服务器10发送到串口服务器12，串口服务器12将遵循rs485协议的指令发送到控制逻辑单元9进行开关切换等操作，同时，蓄电池组和通信电源屏6(包括第一通信电源屏61、第二通信电源屏62)的电流、电压温度等状态参数通过数据解析的方式发送回串口服务器12，便于运维人员实时监控数据。
39.串口服务器12上游连接应用服务器10和数据服务器11，下游连接告警拨号器14、控制逻辑单元9、蓄电池监控装置(现场悬挂在蓄电池组的支架上，负责采集单节蓄电池的电压、电流等参数并就地显示，同时支持将采集到的参数通过协议进行上送)、通信电源屏6等设备，起到将下游设备的数据解析并上送，将上游控制台的指令向下传递的作用。
40.告警拨号单元内存储设备维护人员的电话，当系统检测到异常状态时，通过串口服务器12发送指令，触发告警拨号单元对事先设定的电话进行轮拨，提醒运维人员注意。
41.两台光口交换机13，一台位于通信设备现场设备机房，另一台位于办公大楼工作人员值班室，现场的光口交换机13连接系统的数据服务器11与应用服务器10，值班室的光口交换机13连接值班室电脑，两台光口交换机13用光纤进行物理连接。
42.控制逻辑单元9内装有紧急旁路开关jp1和jp2,放电单元开关fz和充电单元开关cd,主用开关zy1和zy2，备用开关by1和by2,单向二极管d1和d2等，这些断路器开关均为遥控断路器开关，通过串口服务器12发出的rs485指令进行控制。控制逻辑单元9通过电缆与通信电源屏和通信蓄电池组17相连，通过数据线与串口服务器12相连。
43.蓄电池组熔断器fu1作为主用开关zy1的备用，充放电试验时可以手动断开熔断器，防止蓄电池与直流系统之间的相互冲击，也可以不断开，因为智能维护系统的主用开关zy1执行了相似功能。主用开关zy1充放电试验时起到蓄电池组与直流系统母线通断功能。备用开关by1的作用为：第一蓄电池组1在试验过程中，和直流母线ⅰ分离，当直流母线ⅰ失电时，第二蓄电池组2可以代替第一蓄电池组1的功能，通过备用开关by1向直流母线ⅰ供电。紧急旁路开关jp1的作用为：检测到智能维护控制终端回路发生状态和参数异常时(如短路等)，自动断开终端回路内相应开关，并闭合紧急旁路开关jp1和jp2，将终端退出运行，以避免智能维护终端的小故障扩大到整个直流系统，保证蓄电池组和通信电源屏的安全运行。
44.本发明提供的蓄电池组智能充放电系统主要信息流程如下：
45.蓄电池组监控装置和通信电源屏的rs485协议数据通过信号线接入串口服务器12，串口服务器12对数据解析后，将蓄电池组和通信电源屏的电压、电流、温度等信息上传至系统的数据服务器11和应用服务器10。
46.在应用服务器10和数据服务器11内预置相关参数，充电过程主要包括电池组号、电池组数、整组类型、标称容量、均充电压、浮充电压、充电电流、浮充转换值、终止条件(充入容量、充电时长)等；放电过程主要包括、电池组号、电池组数、整组类型、单体类型、每组节数、标称容量、单节排序、放电方式、放电电流、终止条件(整组电压下限、单体电压下限、单体电压到节数、放出容量、放电时长)等。工作时，由业务台下发指令，命令信息通过串口服务器12发送至控制逻辑单元9触发相应开关动作，当测量的状态参数达到终止条件时，触发控制逻辑单元9动作于相应开关，并向告警拨号器14发送指令，拨打运维人员电话提醒。当系统检测到电压、电流、温度等状态参数异常时，遥控触发断开智能充放电系统内的开关，连锁动作紧急旁路开关jp1和jp2等开关，终止相应工作并旁路控制逻辑单元9，并向拨号器发送指令，拨打运维人员电话提醒注意。
47.将蓄电池组充电、放电等状态对应的紧急旁路开关jp1和jp2,放电单元开关fz和充电单元开关cd，主用开关zy1和zy2，备用开关by1和by2等遥控断路器开关的不同参数工况的动作逻辑状态录入系统应用服务器10和数据服务器11，通过程序控制开关状态进行回路的导通与断开；当测量参数到达阈值时，遥控触发控制逻辑单元9内的遥控断路器开关动作。
48.现场的业务台可以就地控制系统，如果需要在办公大楼进行远程控制，可以在办公大楼值班室电脑内操作系统发送指令，指令信息通过光纤发送至通信机房的数据服务器11和应用服务器10操作设备。同样，数据服务器11和应用服务器10的全部数据信息通过光纤可以同步到办公大楼内的值班室电脑，可以远程对工作过程进行监视。
49.本发明提供的蓄电池组智能充放电系统工作过程如下(以第一蓄电池组1为例，第二蓄电池组2的原理相同)：
50.(1)如图5所示，第一蓄电池组放电工况的工作过程：
51.当第一蓄电池组放电试验时，通过上位机向控制逻辑单元9发送命令，蓄电池智能维护控制终端主用开关zy1开关断开，维护单元开关wh1、放电单元开关fz闭合，启动蓄电池组智能放电单元7。同时备用开关by1闭合，当直流母线ⅰ失电时，第二组蓄电池组可以通过备用开关by1向直流母线ⅰ供电，单向二极管d1保证了备用回路的单向导通功能，即直流母线ⅰ失电时第二组电源能够为直流母线ⅰ供电，由二极管的反向截止特性决定了正常状态下直流母线ⅰ不会对第二组电源进行充电，且由于两组直流母线的电压差不会大于二极管的正向导通电压，直流母线ⅱ也不会对直流母线ⅰ进行充电，即两套直流电源在正常工作时仍为隔离状态，只有在一套充放电过程中的直流电源失效时才会由另一路直流电源为其负荷供电。
52.(2)如图6所示，第一蓄电池组充电工况的工作过程：
53.蓄电池组维护结束后，通过上位机发送命令，放电单元开关fz断开；充电单元开关cd闭合，启动蓄电池组智能充电单元8设备对第一蓄电池组充电。同时备用开关by1闭合，当直流母线ⅰ失电时，第二蓄电池组可以通过备用开关by1向直流母线ⅰ供电，单向二极管d1保证了备用回路的单向导通功能，即直流母线ⅰ失电时第二组电源能够为母线供电，由二极管
的反向截止特性决定了正常状态下直流母线ⅰ不会对第二组电源进行充电，且由于两组直流母线的电压差不会大于二极管的正向导通电压，直流母线ⅱ也不会对直流母线ⅰ进行充电，即两套直流电源在正常工作时仍为隔离状态，只有发生一套充放电过程中的直流电源失效时才会由另一路直流电源为其负荷供电。当充电完成后，断开充电单元开关cd、维护单元开关wh1、备用开关by1，闭合主用开关zy1，将蓄电池组与直流系统母线接通，恢复浮充状态。
54.本发明提供的蓄电池组智能充放电系统正常工作过程：
55.正常情况下，通信设备由两路电源供电(第一路为第一通信电源屏61和第一蓄电池组1；第二路为第二通信电源屏62和第二蓄电池组2)，将蓄电池智能维护控制终端装置串接蓄电池组熔断器(fu1、fu2)下游。正常时蓄电池智能维护控制终端主用开关zy1、zy2常闭，通信电源屏电压高于相对应蓄电池组电压，保持对蓄电池组进行浮充状态，当发生异常导致直流失电时，蓄电池组通过与主用开关zy1、zy2构成的回路对各自母线独立供电(如图3所示)。
56.本发明提供的蓄电池组智能充放电系统故障时工作过程：
57.在蓄电池组没有进行充(放)电的正常工作状态下，当检测到智能维护控制终端回路发生状态和参数异常时，自动断开终端回路内相应开关，并闭合紧急旁路开关jp1和jp2，将终端退出运行，以保证蓄电池组和通信电源屏的安全运行。
58.在蓄电池组充(放)电过程中，当检测到智能维护控制终端回路发生状态和参数异常时，自动断开终端回路内相应开关，同时，在蓄电池组充(放)电过程中，提前终止试验会导致蓄电池组的实际容量小于额定容量，为了防止容量不足(电压较低)的蓄电池组直接连接在直流电源系统，系统直接对蓄电池组充电导致系统遭受较大冲击，控制逻辑单元9自动断开终端回路内相应开关和紧急旁路开关jp1和jp2。
59.本发明提供的蓄电池组智能充放电系统的主要功能如下：
60.(1)工作远程智能监管
61.在办公室或者现场控制台上都可以远程开展工作，工作命令触发后，相关开关和设备会自动动作，工作过程、设备实际状态、相关参数等信息都会在办公室和现场控制台的显示屏上对应显示，工作人员可以对工作进行实时远程智能监管。
62.(2)充电和放电过程异常告警及终止提醒
63.在充电和放电工作过程中，如果出现突发情况等导致测量参数超出标准范围或产生了对系统产生不利影响的状态时，为了防止事故扩大，系统会动作于相关的遥控断路器，使其断开，系统自动停止工作。此时控制台上会产生声光告警，引起在控制台前值班的工作人员注意，同时，系统会通过串口服务器12触发自动拨号机的开关量节点闭合，对设定的工作人员电话进行轮拨，告知没有值班的工作人员，便于后续到现场核实情况并处理故障，只有消除缺陷告警，并对告警进行复位后，才能重新开始工作。
64.(3)电池实际容量和额定容量百分比智能测算：
65.参考以下公式：
66.a)25℃时的电池容量计算：c10＝i10
×
放电时间(h)/放电容量(％)
67.额定容量百分比＝(核对性容量c10/额定容量340ah)
×
100％
68.b)放电时温度不为25℃，则需要对实测容量换算成25℃基准温度时的容量ce，
69.ce＝ct/(1 k(t-25))
70.其中，t-放电时的环境温度，k-温度系数，10h率容量试验时k＝0.006/℃实际工作中，根据系统记录的放电开始和结束时间、放电电流、环境温度等参数，并根据蓄电池组的额定容量，系统可以自动换算蓄电池组的实际容量及额定容量百分比，并生成报告供设备维护人员参考查询，以便掌握蓄电池组的实际性能，作为后续工作的判断依据。
71.(4)设备维护信息查询
72.系统内可以记录蓄电池组的投运时间、历次充(放)电试验的时间和参数、历次设备维护人员信息、历次电池实际容量和额定容量百分比、历次试验中出现的告警信息等信息。系统可以按照年度生成电池实际容量和额定容量百分比曲线，供设备维护人员进一步分析蓄电池组的老化情况并进行寿命预估。
73.本发明提供的蓄电池组智能充放电系统的现场具体施工过程如下：
74.(1)网络搭建：
75.在电厂的各厂房之间的adss光缆内取2芯组成收发回路，光缆一侧连接网控楼tc205通信设备间内的光口交换机13，通过厂内的光缆沟，光纤另一侧连接至生产楼sc5321维修办公室内；将网控楼tc206蓄电池组房间蓄电池组监控装置的rs485信号线连接至tc205通信设备间内的串口服务器12。
76.(2)设备安装：
77.控制机柜：该机柜位于tc205通信设备间，柜内从下至上依次为数据/应用服务器10、串口服务器12、光口交换机13、告警拨号器14、键盘、显示器15、直流分配单元pdu等。设备由直流分配电源供电，各设备之间通过数据线相连接(如图4所示)。
78.设备机柜：该机柜位于tc205通信设备间，柜内从下至上依次为控制逻辑单元9、蓄电池组智能放电单元7、蓄电池组智能充电单元8、直流分配单元pdu等，各设备通过tcp/ip协议或者rs485协议进行通信(如图4所示)。
79.值班室控制台：将值班室控制台与值班室的光口交换机13连接，值班室光口交换机13与设备间光口交换机13连接。
80.蓄电池监测模块：每组蓄电池上安装一套蓄电池监控主机，采集每节电池的电压、电流等参数，蓄电池监控主机通过rs485连接至串口服务器12上。
81.(3)系统连接及调试：
82.将拨号电话机、光口交换机13、硬盘录像机、数据采集器、串口服务器12、数据服务器11、应用服务器10、直流配电单元等接口和电源线正确连接，随后根据实际情况，模拟正常工作和故障状态，进行系统调试。
83.本发明提供的蓄电池组智能充放电系统用于秦山核电涉网通信机房通信蓄电池组年度核对性充(放)电试验，试验过程中，继续沿用传统的人工操作模式已经无法跟进“智慧电网”的发展趋势，因此设计一套涉网通信机房通信蓄电池组智能充放电系统很有必要，可以极大地提高工作效率。
84.本发明通过采用装设单向二极管和控制开关等设备的方式，对通信电源屏和通信蓄电池组主接线进行优化：将两组直流母线对应的通信电源屏(第一通信电源屏61和第二通信电源屏62)、通信蓄电池组(第一蓄电池组1和第二蓄电池组2)、蓄电池组智能充电单元8、蓄电池组智能放电单元7连接到蓄电池智能维护控制单元，通过软件设置控制逻辑单元9
内的遥控断路器开关逻辑组合，并采用rs485协议进行通信，根据不同工况要求，发送信号触发导通蓄电池组充(放)电回路对蓄电池组进行充(放)电，可以实现直流系统设计回路如图所示的通信蓄电池组智能充(放)电功能。
85.以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。