油氣場站通信后備電源優化方案

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摘要：通信后備電源系統的正常運行是場站通信網絡可靠穩定運行的保障，傳統通信后備電源極其依賴人工巡檢，整體缺乏智能化管理手段，無法良好滿足通信設備持續發展的供電需求。本文以油氣場站為場景，探討通信后備電源優化方案，通過對電源設備優化和智能管理提升實現電源系統規范化管理、傳輸數據智能化應用，有效提高運維管理專業性及故障解決效率，為油氣場站通信設備的穩定運行起到良好的支撐作用。

關鍵詞：鋰電池；后備電源；智能管理；供電策略

通信后備電源系統的正常運行是場站通信網絡可靠穩定運行的保障，一套完整的后備電源系統由UPS主機、逆變器以及蓄電池組構成，當場站通信市電或太陽能電源中斷后能快速切換為蓄電池供電，以保障場站生產數據的穩定傳輸。隨著場站智能化發展，負載逐漸增多，傳統后備電源系統已無法滿足監管維護需求。本文針對傳統場站后備電源系統提出優化方案，給油氣行業后備電源建設提供參考。

1傳統通信后備電源系統存在的問題

以川渝地區某油氣田公司為例，生產場站通信后備電源系統按照場站級別以及周邊配套電力資源進行設計，一般分為兩種模式：負載較大且具備市電接入條件的場站場站設備供電以市電為主，蓄電池作為后備電源在市電中斷的時候通過UPS主機接管供電的職能；而針對一些較為偏遠不具備市電接入且負載較小的場站，采用太陽能和蓄電池結合的方式進行供電。當白天陽光充足的時候通過光伏板進行光電轉化，由太陽能控制器對各設備進行供電，同時，多余電量對蓄電池進行充電以備在無法充電的時間段提供電力。通過日常的巡檢維護，發現傳統通信后備電源系統存在以下問題。

1.1供電時間不足

在接入市電場站場景中，會遇到市電中斷的情況，而中斷時間往往不可控，為保障生產業務不會非正常中斷，對后備電源的供電時間有很高要求。傳統的后備電源系統設計中，蓄電池組部分均是按照六塊12V、100AH規格的鉛酸蓄電池進行組裝，可保證900W的功率供電8h，但部分大型、核心場站負載較高，傳統鉛酸蓄電池電量無法保障生產數據穩定傳輸8h。

1.2規范性不強

傳統后備電源系統給不同類型設備提供12V、24V、48V以及220V等不同電壓的輸出，需要在電源機柜內部署不同電壓等級的適配器和空開，無標準建設規范，同時，因占用柜體的大量空間，較為影響內部散熱。

1.3安全穩定性低

蓄電池組的各單體電池之間，存在容量、電壓、內阻不均衡的問題，傳統的整組充電方式，使得各單體電池分別出現過充、欠充現象。充電過量會導致電池失水、鼓包，嚴重的甚至出現熱失控。充電不足會在負極柱產生難以還原的硫酸鹽，造成蓄電池組損壞。同時，蓄電池組的充放電維護主要依靠人力進行，其維護需要將電池組脫離系統，會增大系統死機和中斷風險，離線測試完被測電池組電壓與系統電壓壓差大，在合并系統時可能存在打火現象，存在安全隱患。

1.4缺乏智能化管理手段

在蓄電池組的檢測維護工作中,需要嚴格按照電源維護規程規定的維護周期，對蓄電池組總電壓、單體電壓、電流、溫度、時間、放電率等參數進行精確測量和檢查維護，對于蓄電池組的檢測維護卻一直沿用傳統技術人員現場記錄，隨時觀察測試電池電壓數據，或者將蓄電池離線，采用假負載放電，工作量較大，且風險較高。部分電池需要活化時，需要將蓄電池脫離系統，取回活化，耗費人力物力。當電源設備發生故障時，需要人工前往現場進行判斷處理，造成人員及時間成本的浪費。

2后備電源系統優化方案

2.1總體思路

針對上述痛點，擬對UPS主機+鉛酸蓄電池的傳統架構進行優化，以鋰電池替代傳統鉛酸蓄電池，將蓄電池部分新增單體電池的采集模塊作為智能管理提供數據來源，并以帶嵌入式系統的電源管理單元替代傳統UPS主機和柜內供配電單元，最后，根據蓄電池管理需求開發智能管理平臺，形成包括鋰電池、電源管理單元、智能管理平臺的整體架構。

2.2優化方案

2.2.1電源設備優化。使用鋰蓄電池組代替傳統的鉛酸蓄電池。鋰電池較鉛酸電池體積小、污染小，同時，環境適應性更強、供電效率更高，充放電次數和使用壽命更是遠高于鉛酸電池（見表1），極大程度上減少占用空間，同時，提升了供電的穩定性和安全性。并將傳統電源設備中的UPS主機、電源適配器和空開整體替換為電源管理單元，電源管理單元隨著技術發展已經形成一系列成熟穩定的產品，不僅具備傳統UPS主機功能，還支持太陽能、市電或油機等多種能源輸入并提供多樣化的電壓輸出，使得機柜內設備無須額外配備適配器，提升了整體規范性和安全性。2.2.2智能管理提升。基于各單體電池采集的數據，在電源管理單元上開發部署智能管理平臺，實現對電池組電壓、設備運行狀態的在線實時監控、對重要開關控制等參數進行檢測，完整記錄蓄電池各項性能參數，及時掌握蓄電池的運行狀態和變化趨勢，迅速發現單個劣化蓄電池。實現運維管理手段從手動方式轉變為系統自動化、安全化、可跟蹤化，降低誤操作可能性，提高整體系統穩定性。根據站場所需負荷（如表2）進行供電策略設計，蓄電池滿容量時對所有設備供電，當蓄電池容量低于80%時，自動斷開第二優先級的設備，全力支撐第一優先級的設備，保障生產數據的8h穩定傳輸。同時，加入遠程充電、放電模塊。充電過程自動記錄電壓、電流、溫度等數據，根據放電試驗數據自動診斷蓄電池組、單體電池的健康狀態，自動生成報表；充電結束后采用等電壓切換方式讓蓄電池組回歸原有供電系統，規避人工巡檢可能產生打火現象的問題，從而降低風險隱患。

2.3優化效果

通過電源設備優化提升電源機柜內部的規范性，極大地節約柜內空間，可自動適配不同充電電壓，充電快、使用壽命長。蓄電池智能管理平臺的開發可通過遠程監控、測試，對整組蓄電池進行統一管理，定期對蓄電池進行體檢，實現浮充差異化管理、遠程核容放電、遠程活化。蓄電池經過技術調整，在保障應急時長的同時，可以延長使用年限3～5年甚至更長。同時利用后臺數據分析和應用準確判斷斷電時長，結合預算分期提前更換因物理原因導致損耗的蓄電池，替代大量人員工作，減少現場巡檢次數，降低因人員現場操作帶來的安全隱患，降低維護成本，提高網絡安全保障。

3結語

綜上所述，通過對通信后備電源系統的電源設備優化和智能管理提升，可以對通信系統后備電源的管理模式進行有效賦能，同時對于后備電源作用的發揮以及通信系統的可靠性也有著相當積極的作用。對于鋰電池的創新應用和系統功能優化，仍具有改進與提升的空間，還需不斷進行研究和完善。

參考文獻：

[1]張雄威.淺談通信后備電源蓄電池的維護和監控[J].信息通信，2016(9).

[2]郝央紀,劉相如,謝春龍.通信后備電源智能化管理系統的設計與實現[J].數碼設計，2017(7).

作者:黃威皓 肖逸軍 焦冠文 李晨 單位:中國石油西南油氣田公司通信與信息技術中心