Результаты внедрения поэлементного мониторинга батарей СОПТ

За последний год мы оснастили порядка 70 систем СОПТ нашим интересным продуктом РЕПЕЙ. Как мы говорим: «РЕПЕЙ — цепляй на АКБ и все будет окей!»

Наша система позволяет следить за здоровьем каждого аккумулятора, анализируя динамику изменения его температуры и уровня заряда. Информация с АКБ транслируется в Яндекс Облако и далее выводится на вкусный WEB интерфейс. Благодаря этому наши инженеры могут следить и рекомендовать Клиенту действия по улучшению здоровья аккумуляторов.

Особая фишка системы — автоматическая балансировка уровня заряда всех аккумуляторов. Это позволяет избежать ситуации когда в целом батарея заряжена нормально, но при этом некоторые банки недозаряжены, а другие перезаряждены — эта ситуация ускоряет деградацию аккумуляторной батареи.

Ниже приведу результаты работы наших специалистов и службы эксплуатации ПС-39 одной известной промышленной Компании. На объекте установлены вот такие аккумуляторы.

Этапы внедрения поэлементного мониторинга батарей СОПТ

АВТОМАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА АККУМУЛЯТОРОВ

Функция автоматической балансировки напряжения аккумуляторов была введена на подстанции в работу 03.08.2021.
На графике зеленым цветом показан диапазон допустимых отклонение напряжений отдельных аккумуляторов от среднего значения по батарее: -0,24 В … +0,49 В.

Сиреневым цветом показана уставка отклонения напряжения от среднего значения при достижении которой включается функция автоматической балансировки, обеспечивающая разряд соответствующего аккумулятора.

А вот так картина изменилась спустя 6 месяцев эксплуатации РЕПЕЙ, продолжаем наблюдать улучшения состояния всей батареи. При этом система определила выход из строя аккумулятор №14 он ушел «почти в ноль». В первый момент все думали, что это неисправность датчика, якобы он вышел из строя и поэтому показывает нехорошее напряжение.

Когда пришли менять датчик, оказалось что он исправен, а аккумулятор «умер». Таким образом система выявила неисправный аккумулятор, а это предотвратило ускоренный износ всей батареи.

Заключение по работе функции автоматической балансировки аккумуляторов:

За период с 03.08.2021 по 05.10.2021 в результате работы функции автоматической балансировки выполнено существенное выравнивание напряжений между аккумуляторами в батарее.

Напряжение аккумуляторов N6 – 9, 13 – 17 снизилось, в результате чего произошел дозаряд оставшихся аккумуляторов, имевших более низкое напряжение.

В октябре 2021 было выполнено изменение положений некоторых аккумуляторов, в частности, аккумулятор N1 установили на позицию N14.

По состоянию на 28.01.2022 батарея заряжена равномерно, отклонение напряжений аккумуляторов от среднего значения не превышает 0,1 В. Исключение – аккумулятор N14 (ранее — N1), отклонение напряжения от среднего на котором сократилось с 1,1 В до 0,4 В.

Мы рекомендовали продолжить использование функции автоматической балансировки напряжений аккумуляторов и, по возможности, выполнить ручной дозаряд аккумулятора N14.

АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ

Среднесуточная температура аккумуляторов находится в допустимом диапазоне. В то же время наблюдаются значительные колебания температуры в течение суток, от 23 до 32 °С, что выходит за допустимую производителем аккумуляторов границу 30 °С, и ведет к снижению срока службы аккумуляторов.

В худших условиях находятся аккумуляторы верхней полки. Так, например, аккмулятор N1 с момента начала мониторинга эксплуатируется в следующем температурном режиме:

— 32% времени – при недопустимой температуре 32,5 °С и выше

— 44% времени – при температуре от 27,5 до 32,5 °С

— 24% времени – при температуре ниже 27,5 °С

РЕПЕЙ аккумулирует информацию о том, при какой температуре аккумулятор работал какое время. Это позволяет понимать что являлось причиной его ускоренного износа. График строится автоматически и не требует усилий по обработке данных со стороны эксплуатации.

ЧТО МЫ ВЫЯВИЛИ ЕЩЕ?

За 6 месяцев наблюдения мы выявляли отклонения в работе самого зарядного устройства. Данные в таблице ниже мы сформулировали через 2 месяца работы системы.

Оказалось, что не смотря на правильные уставки работы ЗПУ — его работа требовала корректировки. В частности необходимо было ввести уточняющие коэффициенты в работу алгоритма термокомпенсации батареи и уровня напряжения поддержания заряда батареи в целом.

МЫ РЕКОМЕНДОВАЛИ СЛЕДУЮЩЕЕ:

Рекомендуем продолжить постепенное увеличение уставки напряжения ЗПУ по следующему принципу: увеличить уставку на 1 В, через 1 неделю контрольный замер и оценка эффекта. Постепенное увеличение уставки позволит избежать негативных последствий от резкого повышения напряжения, в частности перезаряда отдельных аккумуляторов и ускоренного снижения их ресурса. Цель — 234,6 В с точностью стабилизации ±1% (232,3 В – 236,9 В) при температуре 20 °C.

Для ускорения выравнивания напряжений на аккумуляторах рекомендуется выполнить ручной восстановительный заряд аккумулятора N14 до достижения им значения среднего напряжения по АБ.Аккумуляторы эксплуатируются при недопустимо высоких температурах.

Улучшить вентиляцию шкафа с АБ для достижения равномерного износа аккумуляторов. Рекомендуемые технические решения приведены в приложении 1.

НА ОДНОЙ ИЗ ПОДСТАНЦИЙ….

В качестве примера приведу интересный случай на другой подстанции (не ПС-39). Поставили РЕПЕЙ, начали наблюдать и через некоторое время обнаружили вот это.

РЕПЕЙ — фикксирует осцилограииы в формате COMTRADE, мы выявили постоянные пульсации тока подзаряда с основной частотой порядка 100 Гц. Мы обратили внимание службы эксплуатации, что ток, проходящий через аккумуляторную батарею, имеет явно выраженный знакопеременный характер, а это приводит к чрезмерному росту электродов и сокращению срока службы АБ.

Важно отметить, что никакая сигнализация на самом ЗПУ не работала и он не сообщал эксплуатации о своих отклонениях по пульсации зарядного тока.

ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ СИСТЕМНЫХ РЕШЕНИЙ СОПТ в части АБ

Опыт полученный от внедрения РЕПЕЙ и некоторые факты изложенные выше на примере ПС-39 убедили меня в необходимости следующего.

1. Принудительное охлаждение батарей в системах СОПТ — необходимость. Даже если аккумуляторы стоят в отдельном шкафу (ШАБ) они все равное периодически перегреваются. Мы делали опыты по контролю температуры в бюджетных решениях ШОТ где АБ находится в одном шкафу с зарядными устройствами — там температура еще выше. Естественная вентиляция даже при наличии 4-х решеток (2 снизу и две сверху) не обеспечивает эффективное охлаждение батареи. Даже если оставлять дверь приоткрытой — этого оказывается недостаточно. Мы проводили много опытов и наблюдений. Принудительное охлаждение батарей установленных в шкафах — необходимость и это нужно прописывать в ТЗ на проектирование. Во всех поставках компании «Микропроцессорные технологии» узел принудительной вентиляции мы применяем в обязательном порядке, даже если на этом не настаивает Заказчик.
2. Функциональное развитие зарядных устройств — должно идти по пути создания обратной связи от датчиков аккумуляторов. Важно сделать адаптивной ставку по фактическому уровню заряда батареи, а алгоритм термокомпенсации выстраивать не на основе измерения температуры окружающего воздуха среды где установлен ЗПУ, а на основе измерения температуры самих аккумуляторов.
3. Реализация беспроводной связи «датчики АКБ — ЗПУ» позволит исключить применение базовой станции РЕПЕЙ и сделать решение поэлементного контроля еще доступнее по цене для Клиента.
4. Необходимо упростить задание ставок и допустимых отклонений параметров для аккумуляторов — сегодня эксплуатация должна инвестировать время в изучение тонны документации на каждый тип АКБ. Разбираться в режимах термокомпенсации, допустимого уровня заряда и пульсаций. Это сложно и в силу человеческих причин это игнорируется — проще заменить батареи за которую заплатит владелец объекта. Поэтому определение таких параметров должно происходить автоматически и на основе банка данных с привязкой к конкретной модели аккумулятора без лишней интеллектуальной нагрузки на инженера эксплуатации.
5. Необходима установка реле фиксирующего уровень пульсаций зарядного тока от ЗПУ либо эта функция должна быть заложена в измерительных приборах постоянного тока. Частичная неисправность силового узла не может быть выявлена эксплуатацией своевременно и при осмотре системы. Представьте, ток по приборам есть и батарея заряжена. Выглядит всё благополучно. Но при этом ЗПУ шалит и даёт пульсирующий ток и батарея активно тихо деградирует активно. Но никто об этом не знает.

В ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Удивительно как много сил мы, инженеры за последние годы уделили вопросам повышения надежности систем СОПТ. Разработаны структурные схемы, продуманы вопросы резервирования. Но при этом, ключевой элемент СОПТ обеспечивающий надежную работу объекта в критичной ситуации — аккумуляторная батарея оставлен без особого внимания. Здоровье этого элемента проверяется лишь периодический и не всегда правильно в силу человеческого фактора, такова реальность на многих подстанциях. За несвоевременный выход батареи из строя особо не спрашивают, а просто меняют и компании несут дополнительные издержки.

Периодически случаются аварии при расследовании которых оказывается, что работа автоматики и защиты была нарушена по причине «слабой» АБ и никто об этом не знал. Кулуарно могу об это рассказать заинтересованным лицам.

В наше время мы много внимания уделяем цифровой подстанции, так может быть настало время оцифровать спасительный узел этой цифровой подстанции обеспечивающий ее надежную работу в аварийных ситуациях?

На мой взгляд — пора!