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介紹了一款無人職守的智能直流電源監(jiān)控系統(tǒng),闡述了綜合監(jiān)控模塊、電池巡檢模塊和絕緣監(jiān)測模塊。該系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的模塊化方式,能自動(dòng)檢測直流電源系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù),并對系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及報(bào)警,實(shí)現(xiàn)蓄電池的智能管理,較好地滿足無人值守變電站及配網(wǎng)自動(dòng)化的需求。
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<P align=right>楊小琴1 王 波2 包林杰2 朱大衛(wèi)2 </P> <P align=right>(1.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海市 200002) </P> <P align=right>(2.江蘇安科瑞電器制造有限公司 無錫 214400) </P> <P> <STRONG>摘要:</STRONG>介紹了一款無人職守的智能直流電源監(jiān)控系統(tǒng),闡述了綜合監(jiān)控模塊、電池巡檢模塊和絕緣監(jiān)測模塊。該系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的模塊化方式,能自動(dòng)檢測直流電源系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù),并對系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及報(bào)警,實(shí)現(xiàn)蓄電池的智能管理,較好地滿足無人值守變電站及配網(wǎng)自動(dòng)化的需求。 </P> <P> <STRONG>0 引言</STRONG> </P> <P> 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電力系統(tǒng)逐漸向綜合自動(dòng)化、電站無人職守的方向發(fā)展,直流電源監(jiān)控系統(tǒng),作為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等的電源,是電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ),其可靠與否直接影響到供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1-2]。因此提高直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及自動(dòng)化水平,以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求變得越來越重要。 </P> <P> 本文結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù),設(shè)計(jì)了一款無人職守的直流電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用集中管理、獨(dú)立控制的模塊化設(shè)計(jì),具有“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”功能,易于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化,是傳統(tǒng)直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的新一代替換產(chǎn)品[3]。 </P> <P> <STRONG>1 直流電源監(jiān)控系統(tǒng)</STRONG> </P> <P> 本直流電源監(jiān)控系統(tǒng)采用集中管理,獨(dú)立控制,主要適用于20~200AH單電單充系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)24節(jié)電池巡檢和30路支路絕緣監(jiān)測。系統(tǒng)由綜合監(jiān)控模塊、電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測模塊、充電模塊以及上位機(jī)顯示控制模塊組成,其中電池巡檢、絕緣檢測通過RS485接口與綜合監(jiān)控模塊聯(lián)機(jī)。該直流電源監(jiān)控系統(tǒng)采用集中一體式加擴(kuò)展單元的組合結(jié)構(gòu),接線簡單,安裝方便。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 </P> <P align=center><IMG style="BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-LEFT: medium none; PADDING-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 20px; LIST-STYLE-TYPE: none; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; FONT-SIZE: 12px; BORDER-TOP: medium none; BORDER-RIGHT: medium none; PADDING-TOP: 0px" alt="" src="http://net.acrel.cn/ckfinder/userfiles/images/1(22).jpg"></P> <P align=center>圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 </P> <P> <STRONG>2 綜合監(jiān)控模塊 </STRONG></P> <P> 綜合監(jiān)控模塊是直流監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,其采用知名公司的真正工業(yè)級(jí)32位處理器作為主控芯片,能夠最大限度地提高系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行速度。綜合監(jiān)控模塊經(jīng)RS-485接口對其他模塊進(jìn)行集中管理控制[4]。其中電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測模塊分別將監(jiān)測到的單體電池電壓、溫度及母線電壓、支路絕緣電阻等信號(hào)通過RS485接口發(fā)送給綜合監(jiān)控模塊。綜合監(jiān)控模塊根據(jù)內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)并記錄報(bào)警的起始與結(jié)束時(shí)間。另外綜合監(jiān)控模塊可根據(jù)電池組電流大小自動(dòng)進(jìn)行均、浮充管理,從而大大延長了蓄電池組的使用壽命。 </P> <P> 此外綜合監(jiān)控模塊本身可監(jiān)測8路系統(tǒng)開關(guān)量狀態(tài),三相交流輸入電壓、合母/控母的電壓、電流以及母線絕緣狀態(tài)。 </P> <P> <STRONG>3 電池巡檢模塊</STRONG> </P> <P> 蓄電池作為備用電源與整個(gè)直流供電系統(tǒng)的可靠性密不可分,因此保證蓄電池的正常運(yùn)行是整個(gè)直流電源系統(tǒng)的首要任務(wù)[5]。本文通過電池巡檢模塊對電池組中每節(jié)電池的端電壓、電流、溫度進(jìn)行巡檢,并將結(jié)果通過RS485總線傳送給綜合監(jiān)控模塊。若某一節(jié)蓄電池電壓低于或高于指定值,則由綜合監(jiān)控模塊發(fā)出報(bào)警指示,并自動(dòng)進(jìn)行必要的操作;若電池組電流過高,則指示充電模塊停止充電;若電流過低,表明該蓄電池的性能變差或過度放電,則指示充電模塊進(jìn)行充電。從而能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行維護(hù),延長電池使用壽命,確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。本電池巡檢模塊最多可檢測24節(jié)單體電池電壓,可分別檢測2、6、12V單體電池,測量精度為0.2%,其原理如圖2所示。 </P> <P align=center><IMG style="BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-LEFT: medium none; PADDING-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 20px; LIST-STYLE-TYPE: none; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; FONT-SIZE: 12px; BORDER-TOP: medium none; BORDER-RIGHT: medium none; PADDING-TOP: 0px" alt="" src="http://net.acrel.cn/ckfinder/userfiles/images/2(18).jpg"></P> <P align=center>圖2 電池巡檢模塊原理框圖 </P> <P> 在對單體電池電壓進(jìn)行測量時(shí),因系統(tǒng)中蓄電池多采用串聯(lián)結(jié)構(gòu),其輸出電壓高達(dá)250V,所以輸入通道的多路轉(zhuǎn)換是一個(gè)難點(diǎn)。目前常用的多路轉(zhuǎn)換方法:電阻分壓法和繼電器隔離法。繼電器隔離法操作簡單,給每個(gè)電池配一個(gè)繼電器,當(dāng)要檢測某節(jié)電池時(shí),打開該繼電器即可?刂评^電器應(yīng)使用譯碼器,保證任何時(shí)候只有一個(gè)繼電器導(dǎo)通[6]。由于普通機(jī)械繼電器的使用壽命有限(不超過10萬次),遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足蓄電池巡檢裝置的要求。所以選用了光繼電器對每節(jié)電池進(jìn)行隔離,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。 </P> <P align=center><IMG style="BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-LEFT: medium none; PADDING-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 20px; LIST-STYLE-TYPE: none; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; FONT-SIZE: 12px; BORDER-TOP: medium none; BORDER-RIGHT: medium none; PADDING-TOP: 0px" alt="" src="http://net.acrel.cn/ckfinder/userfiles/images/3(21).jpg"></P> <P align=center>圖3 電壓檢測示意圖 </P> <P> 在電池巡檢模塊中,對每一節(jié)蓄電池配置一光繼電器,由CPU控制其關(guān)段,正常情況下光繼電器處于斷開狀態(tài),當(dāng)要對電池進(jìn)行巡檢時(shí),每次只將一節(jié)電池接入采樣電阻,然后將采樣信號(hào)送入運(yùn)算放大器最后再由電池巡檢儀進(jìn)行運(yùn)算處理,從而得到蓄電池電壓。 </P> <P> <STRONG>4 絕緣監(jiān)測模塊</STRONG> </P> <P> 直流電源系統(tǒng)的常見故障是一點(diǎn)接地,在一般情況下一點(diǎn)接地并不影響直流系統(tǒng)的運(yùn)行,但如果不能迅速找到接地故障點(diǎn)并予以修復(fù),又發(fā)生另一點(diǎn)接地故障就可能會(huì)發(fā)生最大事故,所以對直流系統(tǒng)絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,出現(xiàn)接地故障時(shí)及時(shí)排除是非常必要的[7-9]。 </P> <P> 本絕緣監(jiān)測模塊具有檢測30路支路絕緣電阻的功能,測量精度為±0.3KΩ,同時(shí)還能檢測母線(合母、控母和母線負(fù))對地電壓,測量誤差為±0.4V。絕緣監(jiān)測模塊將監(jiān)測到的對地電壓值和對地電阻值通過RS485總線發(fā)送給綜合監(jiān)控模塊,并由綜合監(jiān)控模塊作出相應(yīng)處理。其原理如圖4所示。 </P> <P align=center><IMG style="BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-LEFT: medium none; PADDING-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 20px; LIST-STYLE-TYPE: none; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; FONT-SIZE: 12px; BORDER-TOP: medium none; BORDER-RIGHT: medium none; PADDING-TOP: 0px" alt="" src="http://net.acrel.cn/ckfinder/userfiles/images/4(22).jpg"></P> <P align=center>圖4 絕緣監(jiān)測模塊原理框圖 </P> <P> 對于檢測絕緣電阻,國內(nèi)外主要有“電橋平衡法”、“低頻探測法”、“檢測支路漏電流法”等幾種方法。本文采用檢測支流漏電流的方式來判斷絕緣電阻,無需在支路上注入交流小信號(hào),因而不對直流系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響,其原理如圖5所示。 {$page$}</P> <P align=center><IMG style="BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-LEFT: medium none; PADDING-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 20px; LIST-STYLE-TYPE: none; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; FONT-SIZE: 12px; BORDER-TOP: medium none; BORDER-RIGHT: medium none; PADDING-TOP: 0px" alt="" src="http://net.acrel.cn/ckfinder/userfiles/images/5(25).jpg"></P> <P align=center>圖5 絕緣監(jiān)測示意圖 </P> <P> 圖5中,HL1、HL2、HLn表示接在各個(gè)供電支路上靠近直流電源監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)處的霍爾電流傳感器,若該支路無漏電流即該支路無接地時(shí),流過傳感器正負(fù)支路上的電流大小相等,方向相反,則對應(yīng)支路上的霍爾電流傳感器無輸出。當(dāng)某一段支路出現(xiàn)故障,如圖中n號(hào)支路正極上某一點(diǎn)接地,則電流從直流電源正極經(jīng)過接地電阻RL到地,再由地到電源負(fù)極,形成一漏電流IL,IL從地到直流負(fù)極流經(jīng)的是分布參數(shù),若有N條支路,則流經(jīng)每一條支路的電流近似為IL,因而從位于N號(hào)支路的霍爾電流傳感器可檢測到電流的大小約為IL的,這樣根據(jù)U+,U-和IL的數(shù)值,就可得到接地電阻的大小,再根據(jù)霍爾傳感器輸出電壓的正負(fù),就可以判斷接地故障所在線纜的極性[10]。 </P> <P> <STRONG>5 結(jié)語</STRONG> </P> <P> 本文介紹的這種直流電源監(jiān)控系統(tǒng),在總體上具有功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)開放靈活、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),每個(gè)環(huán)節(jié)均采用最先進(jìn)技術(shù),反映了當(dāng)前直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 </P> <P> <STRONG>參考文獻(xiàn):</STRONG> </P> <P> [1] 鄒甲,王禮帥,喬黎,等 .電力直流屏用智能充電電源的研制 [J].電源世界,2008(5):32-35. </P> <P> [2] 呂志寧,楊忠亮,變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J],廣東電力,1999,12(3):13-15. </P> <P> [3] 李利森,徐彥.電力系統(tǒng)用微機(jī)監(jiān)控直流電源[J].電源技術(shù)應(yīng)用.2001.4(7):347-350. </P> <P> [4] 王新,杜慶楠,陳立香,崔景岳,變電站直流系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)測控制裝置的研究[J],焦作工學(xué)院學(xué)報(bào),1999,18(5):372-375. </P> <P> [5] 馬福舟,楊順江,徐莉,董克儉.分散式直流屏蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)[J].電源技術(shù).2008(5):69-70. </P> <P> [6] 呂勇軍,智能蓄電池在線監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)[J],國外電子元器件,2001(9):55-57. </P> <P> [7] 徐天奇,蔡駿峰.直流系統(tǒng)接地故障判斷和定位裝置的設(shè)計(jì)[J] .儀表技術(shù),2011(12) :7-8. </P> <P> [8]君懷,陳怡歡,直流絕緣監(jiān)測的應(yīng)用與發(fā)展[J],高壓電器,2000,36(6):47-49. </P> <P> [9]向小民,胡翔勇,曾維魯,高學(xué)軍,直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置[J],中國電力,1999,32(8):38-39. </P> <P> [10]周振雄,張艷萍,變電站直流系統(tǒng)接地檢測儀的研制[J],北華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2001.2(1):84-88.<SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><</SPAN></P>