李凱明

摘 要：隨著我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，交直流一體化電源作為其重要組成部分，其安全性能與穩(wěn)定性能直接關(guān)系到電力行業(yè)的發(fā)展。本文通過(guò)分析電源檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況，并基于監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)相應(yīng)的處理程序，通過(guò)對(duì)程序進(jìn)行操作從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流一體化電源的診斷和研究。

關(guān)鍵詞：交直流；電源診斷；監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0154-02

隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)交直流一體化電源的穩(wěn)定性和安全性的要求越來(lái)越高。電力系統(tǒng)作為安全用電的重要屏障，建立交直流一體化電源系統(tǒng)的診斷和監(jiān)測(cè)機(jī)制是十分必要的，其對(duì)全方位研究電力系統(tǒng)有著十分重大的意義。

1 交直流一體化電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行交直流一體化電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循以下幾方面的原則：全面性原則；可操作性原則；安全穩(wěn)定性原則；可擴(kuò)充性原則。其中全面性原則是指在已有的交直流一體化電源系統(tǒng)的診斷和檢測(cè)水平之上，對(duì)變電站進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，采用智能變電站技術(shù)從而達(dá)到對(duì)電源系統(tǒng)功能上的需求，而不是對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)整合。采用創(chuàng)新技術(shù)的變電站不僅能夠?qū)崿F(xiàn)直流電源用交流的形式進(jìn)行電源輸入，而且還實(shí)現(xiàn)了電源在充電的情況下的監(jiān)測(cè)技術(shù)和電源警報(bào)技術(shù)等。電力企業(yè)的工作涉及到多個(gè)部門進(jìn)行多種類型業(yè)務(wù)的聯(lián)合作業(yè)，因此建立交直流一體化的電源系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和診斷有利于提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，有效提高了系統(tǒng)的可操作性。系統(tǒng)的可操作性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一點(diǎn)是實(shí)施便捷，在進(jìn)行實(shí)際施工操作時(shí)所應(yīng)用的采集單元都具有精度高、集成優(yōu)的特點(diǎn)。這樣的采集單元不僅符合電源系統(tǒng)對(duì)基礎(chǔ)元件的安裝要求，而且對(duì)正在使用的變電站也有良好的效果，它能夠使其快速安裝完畢；第二點(diǎn)是系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員的專業(yè)技術(shù)水平要求較低。對(duì)于調(diào)試完畢后正常運(yùn)行的電源系統(tǒng)，操作人員可以通過(guò)使用簡(jiǎn)單的對(duì)話界面實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的控制；第三點(diǎn)是電源系統(tǒng)在工作過(guò)程中出現(xiàn)故障，不需要使電源系統(tǒng)停止工作，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其快速更換修理，從而有效避免了因故障給電源系統(tǒng)帶來(lái)的麻煩。

無(wú)論任何系統(tǒng)，其穩(wěn)定性和安全性都是衡量一個(gè)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。不僅在設(shè)計(jì)電源線路時(shí)要充分考慮安全性因素，而且在選擇電源輸入方式時(shí)（直流放電法或交流輸電法），都要充分考慮安全性因素。在選擇各個(gè)元器件時(shí)，要嚴(yán)格把關(guān)，確保其安全性能符合要求。除此之外，系統(tǒng)的可擴(kuò)充性也是十分重要的。在對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和診斷進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮電源系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)充性。在本文中，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就預(yù)先留出了變電站的空間環(huán)境。

2 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本文主要從監(jiān)測(cè)方面和故障診斷方面對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先針對(duì)電源監(jiān)測(cè)方面，本文從電流的輸入狀態(tài)出發(fā)，對(duì)交流電的輸入情況、電源的運(yùn)行情況、以及電池、母線和合閘母線的電壓情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障，立即發(fā)出警報(bào)，使得監(jiān)控中心能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而有效避免電力事故的產(chǎn)生。

針對(duì)電源的故障診斷問(wèn)題，本文采用遠(yuǎn)程監(jiān)控蓄電池以及測(cè)試電池的電池組的容量，并對(duì)其進(jìn)行電壓的維修和管理對(duì)直流母線進(jìn)行操控，對(duì)充電參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置等。此外，將獲取的電源運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄保存起來(lái)，以方便遠(yuǎn)程主站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而為維護(hù)人員的監(jiān)測(cè)和診斷提供數(shù)據(jù)依據(jù)，這樣有利于維護(hù)人員對(duì)故障進(jìn)行快速判斷處理。此外，本文引入了遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源開關(guān)的分合控制，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制蓄電池操作的目的。

交直流一體電源系統(tǒng)的重要組成有：主站系統(tǒng)、終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。其中主站系統(tǒng)是指服務(wù)中心或遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；終端設(shè)備是指蓄電池、開關(guān)、充電裝置、監(jiān)測(cè)單元等。網(wǎng)絡(luò)是指基于IEEE802.1的以太網(wǎng)。

2.1 電源系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在本文中，主站系統(tǒng)是應(yīng)用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，可以在IE等瀏覽器中進(jìn)行瀏覽，可以獲取交直流一體化電源系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并將分析處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于電源系統(tǒng)應(yīng)用C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，因此，可以通過(guò)本地的監(jiān)控設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，最后進(jìn)行保存，使得相關(guān)人員只需要在瀏覽器中進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作就可以掌握變電站的基本情況，工作人員只需要通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后，其余的工作完全可以交給客戶端與當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)部門完成就可。這樣的好處一是降低了對(duì)服務(wù)器內(nèi)容的要求，而是各個(gè)電力站點(diǎn)之間既可以獨(dú)立操作又可以協(xié)同作業(yè)，有效提高了電力工作人員的工作效率。此外，當(dāng)主站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，也不至于各個(gè)子站點(diǎn)工作癱瘓，子站點(diǎn)對(duì)主站點(diǎn)的依賴性降低，對(duì)其內(nèi)存要求也不是很高，因此在安裝主站點(diǎn)時(shí)，并不需要考慮因?yàn)樨?fù)載站點(diǎn)的增多而給主站點(diǎn)造成的影響。主站系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示時(shí)，要求其能夠以菜單的形式或者列表的形式來(lái)顯示變電站的地理位置，并區(qū)分各個(gè)子站點(diǎn)對(duì)交直流一體化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其采用的方式可以是對(duì)蓄電池進(jìn)行編號(hào)或者對(duì)充電機(jī)進(jìn)行區(qū)域編號(hào)等，從而更加方便操作人員的操作和理解。

2.2 電源開關(guān)設(shè)計(jì)

作為電源系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，開關(guān)電源是交直流一體化監(jiān)測(cè)與診斷的重要對(duì)象。然而，對(duì)開關(guān)電源常規(guī)的診斷和監(jiān)測(cè)還是以監(jiān)測(cè)開關(guān)電源的交流輸入電壓和直流輸出電壓為主。首先，對(duì)電源開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控電源的通訊。通過(guò)分析電源開關(guān)運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源開關(guān)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。其次，通過(guò)遠(yuǎn)程控制的方式才控制電源開關(guān)的負(fù)載量以及電池的符沖轉(zhuǎn)化情況，以及相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置。最后，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電裝置的遠(yuǎn)程操作，使其能夠高精度、高穩(wěn)定性的開展各項(xiàng)工作。

2.3 對(duì)電池組的設(shè)計(jì)

在當(dāng)前的交直流一體化電源系統(tǒng)中，一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)故障并發(fā)出警報(bào)聲時(shí)，工作人員很難立刻判定出現(xiàn)問(wèn)題的電池的具體位置以及導(dǎo)致問(wèn)題發(fā)生的原因是什么。這是因?yàn)閱误w電源在進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳時(shí)，只上傳了與電壓及溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有被傳送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，因此數(shù)據(jù)監(jiān)控中心及時(shí)接收到故障警報(bào)信號(hào)也無(wú)法立即做出有效判斷并采取行之有效的解決措施。此外，針對(duì)蓄電池組的真實(shí)情況，還需要采取有效措施進(jìn)行判斷。一種方式是測(cè)試蓄電池組的內(nèi)在電阻大小。一種是測(cè)量蓄電池的放電大小。在應(yīng)用第二種方式測(cè)量蓄電池組的實(shí)際狀況時(shí)，需要有專業(yè)人員進(jìn)行操作，由于蓄電池的維護(hù)工作量相對(duì)比較龐大，且變電站的數(shù)目又比較多，因此采用這種方式消費(fèi)成本比較高，因此很少使用這種方式。

3 電源診斷與監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 蓄電池高精度測(cè)試技術(shù)

對(duì)于每個(gè)蓄電池來(lái)說(shuō)，其都存在內(nèi)阻，而且其內(nèi)阻的大小與蓄電池的類型有關(guān)，不同種類的蓄電池，其內(nèi)阻值是各不相同的。即使是同一廠家生產(chǎn)的蓄電池，由于其工藝、材料不同，其內(nèi)阻值也存在差異。通常情況下，蓄電池的內(nèi)阻值比較小，我們用毫歐來(lái)說(shuō)明蓄電池內(nèi)阻的大小。

從電工的角度出發(fā)，我們將電池和內(nèi)阻作為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體分別進(jìn)行考慮，將其看作是一個(gè)內(nèi)阻不存在的電池串與一個(gè)電阻值很小的電阻串聯(lián)在一起。在這種情況下，如果蓄電池的外接負(fù)載個(gè)數(shù)比較少時(shí)，那么分配給這個(gè)小電阻的電壓值就比較小，反之，如果外接負(fù)載數(shù)表較多且其電阻值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小電阻的阻值時(shí)，那么分配給這個(gè)小電阻的電壓值就相對(duì)較高，根據(jù)焦耳定律可知，電壓越大，這個(gè)小電阻消耗的功率就越多。因此，可充電的蓄電池在其出廠時(shí)，通常其電阻值被設(shè)置的非常小，但是隨著時(shí)間的積累，電池內(nèi)部的電解液不斷被消耗，導(dǎo)致電池內(nèi)部的各種物質(zhì)活性減慢，直接造成內(nèi)部電阻值的增大，直到使其無(wú)法在釋放一絲電源為止，這也就是電池老化的過(guò)程。

我們從技術(shù)的層面進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，電池的電阻通?？梢员粍澐譃閮煞N情況：充電情況下的電池內(nèi)阻和放電情況下的電池內(nèi)阻。（1）充電情況下的電池內(nèi)阻是指在電池充足的情況下的電阻值阻。（2）放電情況下的電池內(nèi)阻是指電池放電完全后所測(cè)得的電池電阻的電阻值。測(cè)量蓄電池內(nèi)部電阻的方法，包括密度法、開路電壓法、直流放電法；交流壓降內(nèi)阻測(cè)量方法，這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)在于該方法幾乎適用于所有的電池，即使是電池的電壓容量比較小的情況下，同樣可以采用這種方法進(jìn)行測(cè)量。筆記本內(nèi)電池的內(nèi)阻測(cè)量一般就是使用這種方法實(shí)現(xiàn)的。

3.2 蓄電池電壓均衡技術(shù)

電池的壽命和電池的質(zhì)量都是影響蓄電池負(fù)載均衡的因素，通常用電池的使用時(shí)間和循環(huán)次數(shù)作為衡量電池壽命的標(biāo)準(zhǔn)。隨著科技的不斷進(jìn)步，蓄電池的工藝越來(lái)越成熟，電池的質(zhì)量也越來(lái)越有保障，當(dāng)然也并非全部都沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)題。在生產(chǎn)電池的整個(gè)流程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤都會(huì)造成電池的質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。這種情況屬于先天因素造成電池質(zhì)量不合格，在本文中，并不考慮這種情況。

本文主要考慮溫度、循環(huán)充放電次數(shù)過(guò)多給電池的質(zhì)量造成的影響。通常情況下，20攝氏度到25攝氏度是最適宜的溫度，最有利于保證電池的質(zhì)量。一定不要超出55攝氏度，否則后果比較嚴(yán)重。這就要求蓄電池的最佳使用情況是低于45攝氏度，否則應(yīng)立即停止對(duì)蓄電池的充放電操作，以免發(fā)生危險(xiǎn)。

交流充放電的循環(huán)頻率過(guò)高也就意味著蓄電池經(jīng)常處于一種深度的充放電狀態(tài)，甚至可能充電尚未完成就對(duì)其進(jìn)行放電操作，這樣將嚴(yán)重影響電池的壽命。當(dāng)蓄電池組經(jīng)常深度放電或嚴(yán)重過(guò)放電，盡管電池組輸出電壓還未到終止電壓但其中個(gè)別容量較小的電池可能到終止電壓以下（電源本身一般都沒(méi)有針對(duì)單體過(guò)放保護(hù)），嚴(yán)重的過(guò)放電會(huì)產(chǎn)生絕緣態(tài)硫酸鉛結(jié)晶并吸附到極板表面，將導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大、充放電性能下降、容量下降、壽命縮短，從而嚴(yán)重影響到蓄電池組的性能，除去上述過(guò)度放電原因，從放電深度和充放電循環(huán)次數(shù)表中也可以看出放電深度越深其壽命就越短。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，交直流電一體化有利于促進(jìn)電力行業(yè)的快速發(fā)展，因此實(shí)現(xiàn)電源的監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)是十分重要的。本文對(duì)電源系統(tǒng)所需使用的電子器件、產(chǎn)品進(jìn)行深入研究，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)。通過(guò)電源的監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源功能的擴(kuò)展，使其能夠創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益。

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