變電站直流電源監(jiān)控系統(tǒng)分析

嚴(yán)筱豐

摘要：本文從直流電源系統(tǒng)構(gòu)成分析、功能分析，以及電源綜合監(jiān)控流程分析三個方面對變電站直流電源監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析。本文的研究可使變電站中的直流電源監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的綜合自動化及無人值守，為國家創(chuàng)造大量的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益。

關(guān)鍵詞：變電站；直流電源；監(jiān)控系統(tǒng)

一、直流電源系統(tǒng)構(gòu)成分析

1、電源監(jiān)控裝置

電源綜合監(jiān)控裝置是直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的控制、管理核心，是直流系統(tǒng)可靠運(yùn)行的控制和管理者。配電監(jiān)控主要是對交流輸入、直流輸出電壓電流等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

(1)合閘輸出和控制輸出是直流系統(tǒng)的輸出部分主要是由相應(yīng)的開關(guān)或斷路器完成，不同規(guī)模的變電站的支路數(shù)有很大的差別。

(2)合閘輸出和控制輸出是直流系統(tǒng)的輸出部分主要是由相應(yīng)的開關(guān)或斷路器完成，不同規(guī)模的變電站的支路數(shù)有很大的差別。

2、高頻電源

高頻電源模塊是直流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交流輸入變換到直流輸出的部分，是直流系統(tǒng)必備的關(guān)鍵組成部分。高頻開關(guān)電源模塊一般采用N+I并聯(lián)工作方式，每個模塊的額定輸出有220VDC／5A、10A、20A；110VDC／10A、20A、40A等規(guī)格型號，可根據(jù)需要選用相應(yīng)的規(guī)格型號。

3、絕緣接地檢測

絕緣接地檢測裝置是直流系統(tǒng)主要的組成部分，主要是完成直流系統(tǒng)以及直流應(yīng)用部分絕緣接地情況的檢測，并上傳監(jiān)控裝置，確保直流系統(tǒng)絕緣安全可靠。不允許直流系統(tǒng)在接地的情況下長期運(yùn)行。必須對直流操作電源正負(fù)母線接地情況進(jìn)行連續(xù)的在線監(jiān)視，從而杜絕因直流系統(tǒng)接地而引起的電力系統(tǒng)故障。絕緣接地檢測裝置可以檢測直流母線以及各直流輸出回路的絕緣情況，在應(yīng)用中可根據(jù)相應(yīng)的支路數(shù)選用一個或多個絕緣接地監(jiān)測裝置來完成母線或支路接地測量的工作。

4、蓄電池

蓄電池檢測裝置主要是完成對蓄電池組使用情況的監(jiān)控，蓄電池是直流系統(tǒng)的儲能部分。在系統(tǒng)交流供電正常的時候?qū)π铍姵剡M(jìn)行充電，在交流失電或者直流合閘需要到時間大電流是放電，為電力系統(tǒng)提供可靠的電力能源。其工作狀態(tài)對直流系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行十分重要，因此對每節(jié)蓄電池的電壓、內(nèi)阻、性能等情況進(jìn)行檢測，并上傳監(jiān)控裝置，保證電池始終處于良好的工作狀態(tài)。

二、直流電源系統(tǒng)功能分析

按照從輸入到輸出的順序系統(tǒng)中各個部分應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1、交流配電單元

將交流電源引入并分配給各個高頻開關(guān)電源模塊和逆變電源等，交流輸入分為手動控制和雙路自動切換控制兩種輸入方式。在雙路自動切換控制方式下，可實(shí)現(xiàn)兩路交流輸入主從自動切換，即以第一路為主回路，第二回路為備用輔助回路，當(dāng)?shù)谝宦方涣鳟惓?包括交流失壓、過壓、欠壓、缺相等)時，自動切換到交流第二路(前提條件是第二路交流正常，如果第二路交流電源本身不正常的話，則無法自動進(jìn)行切換)，一旦交流一路電源恢復(fù)正常，則自動切換回到交流一路。系統(tǒng)上電和切換過程存在3-5秒的延遲。也可實(shí)現(xiàn)交流輸入過壓、欠壓自動切換和保護(hù)，交流自動切換和根據(jù)采樣電壓，進(jìn)行交流過壓保護(hù)、欠壓自動切換和保護(hù)。

2、高頻開關(guān)電源模塊

實(shí)現(xiàn)AC／DC變換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最為基本的功能。為蓄電池提供充電電流并向電力操作系統(tǒng)提供工作電壓；具有N+I熱備份和自主均流功能；具有通過通信接口和電源綜合監(jiān)控裝置通訊的能力。應(yīng)具有高效率、高功率因數(shù)、高可靠性、良好地電磁兼容性、輸出電壓電流具有平滑調(diào)節(jié)的能力、各種技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到和超過相關(guān)國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

3、電源綜合監(jiān)控裝置

電源綜合監(jiān)控裝置是變電站中直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的控制、管理核心，匯集并采集電源模塊、絕緣接地監(jiān)測裝置、電池檢測裝置、智能放電裝置和配電監(jiān)控單元等下級設(shè)備的各種數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)，進(jìn)行處理并加以顯示；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的各種參數(shù)進(jìn)行報警、故障處理、歷史數(shù)據(jù)管理；實(shí)現(xiàn)對直流電源系統(tǒng)及蓄電池的智能化全自動管理。同時還要求具有豐富的通信接口和通信規(guī)約，至少提供四個RS485和兩個RS232接口，采用開放式接1：3設(shè)計，實(shí)現(xiàn)同下級設(shè)備、后臺計算機(jī)及其它設(shè)備的通訊，并方便地接入到其它集中監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)中。

4、絕緣接地監(jiān)測裝置

負(fù)責(zé)監(jiān)測直流母線和直流輸出各支路的絕緣情況，當(dāng)對地絕緣電阻低于設(shè)定的告警限值時，測報出具體位置和絕緣電阻，并上報電源綜合監(jiān)控裝置處理。絕緣接地監(jiān)測有小信號注入法和精密電阻橋兩種測量方式，由于小信號注入法污染電網(wǎng)，降低供電質(zhì)量，己不再發(fā)展。本方案采用精密電阻平衡與非平衡橋相結(jié)合的測量方式。

5、電池檢測裝置

測量蓄電池單體電壓和充、放電電流、電池溫度和環(huán)境溫度，并計算蓄電池剩余容量等參數(shù)、根據(jù)各種蓄電池的使用特性對單體異常的情況進(jìn)行分析，將測量數(shù)據(jù)和分析結(jié)果上報電源綜合監(jiān)控裝置。配合電源綜合監(jiān)控裝置及時對電池進(jìn)行均充充電，同時根據(jù)環(huán)境溫度的變化及時對充電電壓進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)合智能放電裝置對電池進(jìn)行定期按各種蓄電池的使用特性正確放電維護(hù)，從而達(dá)到保護(hù)和延長蓄電池壽命的目的。

三、電源綜合監(jiān)控流程分析

1、主程序main()函數(shù)完成系統(tǒng)RAM的上電自檢、硬件及系統(tǒng)初始化工作，然后創(chuàng)建并執(zhí)行啟動任務(wù)，啟動RTOS。

2、啟動任務(wù)主要完成系統(tǒng)參數(shù)及實(shí)時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化、初始化時鐘、初始化串口、檢測并讀入不掉電RAM中的參數(shù)，創(chuàng)建鍵盤任務(wù)、界面顯示任務(wù)、控制任務(wù)、定時啟動采樣中斷任務(wù)、計算任務(wù)，最后進(jìn)入無限自檢循環(huán)。

3、定時啟動采樣中斷任務(wù)首先完成各模擬量采樣間隔時間設(shè)置、刷新RTC時間、相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)初始化，然后啟動采樣中斷服務(wù)程序，進(jìn)行AID采樣。

4、控制任務(wù)首先延時等待2秒，然后調(diào)用故障分級對應(yīng)模塊對各種故障情況進(jìn)行判斷分級并進(jìn)行歷史紀(jì)錄，調(diào)用控制輸出模塊完成各路控制輸出繼電器節(jié)點(diǎn)的分合控制，判斷在線充電模塊數(shù)量，調(diào)用自動充電管理程序?qū)崿F(xiàn)對各高頻智能開關(guān)電源模塊的均充、浮充和放電管理。

5、鍵盤任務(wù)對鍵盤進(jìn)行掃描，判斷按鍵是否被按下。若鍵盤沒按下，對應(yīng)LED不亮，繼續(xù)掃描、判斷：若按下，進(jìn)行去顫處理，取鍵值，對應(yīng)LED點(diǎn)亮，將鍵值發(fā)送到郵箱，等待延時40ms。

6、計算任務(wù)首先將自己掛起，然后對各模擬量的采樣值進(jìn)行處理及標(biāo)度變換，并將其送數(shù)據(jù)區(qū)供上送顯示等使用，最后開放采樣中斷。

電源模塊的輸出電流包括蓄電池充電電流和負(fù)載電流，電流大小在不斷發(fā)生變化，因此在監(jiān)測控制蓄電池充電電流時，為了限制電流過大，需經(jīng)?？刂齐娫茨K的輸出電流，在軟件設(shè)計中調(diào)整的幅度一般以0．5A為宜，采用逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn)。

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