魏偉 杜松峰 南東亮 王廷旺 周杰

摘要：針對直流電源系統(tǒng)存在的蓄電池組定期維護工作量大、不規(guī)范絕緣裝置依然在電網(wǎng)中運行、蓄電池運行壽命無法有效估計與預(yù)測等問題，對直流電源故障分析系統(tǒng)進行研究。系統(tǒng)通過自采的方式及利用數(shù)據(jù)采集終端從集中監(jiān)控等運行設(shè)備中獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，以TCP/IP方式及時發(fā)送到主站，從而對蓄電池、絕緣裝置、沖壓機等設(shè)備的工作狀態(tài)以及系統(tǒng)是否及時消缺、參數(shù)整定是否正確進行判斷，旨在逐步實現(xiàn)狀態(tài)檢修，減少直流電源設(shè)備的維護工作量，進而提高直流電源系統(tǒng)的供電可靠性。

關(guān)鍵詞：直流電源;監(jiān)測運行;故障分析系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集終端

0 ? ?引言

近年來，在電力系統(tǒng)內(nèi)因變電站直流電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常而引起保護裝置誤動、拒動的事故呈上升趨勢，而目前直流系統(tǒng)安裝的設(shè)備在事故狀態(tài)下卻無法捕捉到準確和詳細的異常情況信息，缺乏事故數(shù)據(jù)支撐，給事故原因分析增添了許多不確定因素，導(dǎo)致采取的后續(xù)措施缺乏有效的技術(shù)依據(jù)。

另一方面，直流電源系統(tǒng)維護工作量龐大、維護效果不佳、維護人員不足，主要體現(xiàn)在：日常維護量大，由直流電源故障引起的電網(wǎng)事故頻發(fā);產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，造成直流電源供電可靠性不滿足電網(wǎng)安全運行要求;缺乏有效監(jiān)督手段，不合格產(chǎn)品依舊進入電網(wǎng)。

由此研究直流電源系統(tǒng)在線監(jiān)測相關(guān)技術(shù)，實施直流電源系統(tǒng)在線監(jiān)測，彌補隨著無人值班站的推廣，直流電源系統(tǒng)在新的運維模式中存在的缺點，查找蓄電池壽命縮短的原因，實時掌握直流電源系統(tǒng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)故障預(yù)警，提升設(shè)備健康度，延長蓄電池使用壽命，對于解放勞動力，提高直流電源系統(tǒng)的供電可靠性，保障變電站的安全可靠運行具有重要意義。

基于此，本文搭建了直流電源故障分析系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對直流電源系統(tǒng)運行狀態(tài)準確、詳細的監(jiān)測，掌握直流電源系統(tǒng)靜態(tài)及動態(tài)的信息，能夠及時發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)的異?；蛉毕荩瑢⒃O(shè)備歷史信息與實時運行狀態(tài)信息相結(jié)合，對直流系統(tǒng)故障進行趨勢分析，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警。

1 ? ?國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)尚未對整個直流系統(tǒng)設(shè)備進行系統(tǒng)性監(jiān)測管理[1-2]，對于直流系統(tǒng)的監(jiān)測也不全面，現(xiàn)有的離線監(jiān)測運維手段，容易受到人為因素的影響，并且數(shù)據(jù)的連續(xù)性差，不容易進行數(shù)據(jù)分析，無法確切掌握整體系統(tǒng)的運行狀況。

現(xiàn)階段研究分別從直流系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)故障[3]、繼電器線圈接地故障、交直流混路造成保護誤動[4]等方面分析了不同故障帶來的各種危害并相應(yīng)提出了解決措施。同時針對直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測[5]、直流系統(tǒng)對地電容測量方法、直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置[6]、蓄電池容量的半荷內(nèi)阻測量等方法進行了探討和研究，對解決目前由于絕緣監(jiān)測裝置缺陷導(dǎo)致的直流系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)運行的安全性具有重要意義，同時也對在蓄電池安全檢測、性能分析、壽命準確估計與預(yù)測方面開辟一條新的學術(shù)思路有所助益。

但目前的研究依然存在如下技術(shù)瓶頸：

（1）直流電源系統(tǒng)的研究內(nèi)容主要集中于系統(tǒng)絕緣故障監(jiān)測、蓄電池的遠程在線監(jiān)測與充放電等方面，但都是針對直流系統(tǒng)某一方面的獨立研究，對于直流電源系統(tǒng)全方位整體狀態(tài)的監(jiān)測和評估尚未涉及。

（2）蓄電池組狀態(tài)監(jiān)測存在很多不足。目前絕大部分變電站僅安裝了蓄電池巡檢儀，僅實現(xiàn)了單體電壓和蓄電池組電壓監(jiān)測，但電壓測量偏差較大，無法對蓄電池的狀態(tài)進行準確監(jiān)測。

（3）接地告警功能不完善，存在重大安全隱患的絕緣裝置還在繼續(xù)使用，并且有類似問題的設(shè)備依然不斷流入電網(wǎng)[7]。

總的來講，目前直流電源故障檢測技術(shù)的研究主要面向單個設(shè)備，而未從直流電源系統(tǒng)的角度開展。本文通過直接采樣及從現(xiàn)有設(shè)備中獲取等方式，將直流電源主要參數(shù)的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)數(shù)據(jù)集中上傳至故障分析系統(tǒng)主站，對各參數(shù)的縱、橫兩個方向進行對比，并分析各參數(shù)之間的相互作用和影響，以全面、及時、準確判斷直流電源發(fā)生的故障及設(shè)備性能的變化趨勢。

2 ? ?直流電源故障分析系統(tǒng)

考慮到該系統(tǒng)用戶的分布面廣，使用人員的地理位置分散，因此，系統(tǒng)軟件采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序和服務(wù)器都集中放置在總站，方便系統(tǒng)維護、升級及功能的擴展。該系統(tǒng)可作為子系統(tǒng)接入地區(qū)電網(wǎng)狀態(tài)中心，可容納500個變電站站點接入。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

直流電源故障分析系統(tǒng)通過監(jiān)測和分析蓄電池、充電機、絕緣裝置及蓄電池監(jiān)測裝置的運行參數(shù)變化趨勢，深入了解上述設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池組、充電機的故障及不滿足有關(guān)規(guī)程、反措要求的絕緣監(jiān)測裝置。根據(jù)裝置、設(shè)備的性能劣化程度，提出檢修建議與方案，逐步實現(xiàn)狀態(tài)檢修，以大大減少直流電源設(shè)備的日常維護工作量;確保蓄電池組具有事故跳閘和2 h事故放電能力，防止直流電源消失引起保護拒動事故;消除充電機不穩(wěn)定輸出對蓄電池造成的不利影響，從而提高直流電源系統(tǒng)的供電可靠性;交流竄入、直流環(huán)網(wǎng)、電壓偏差及電壓波動等各種直流接地故障能及時告警并得到排除，以預(yù)防直流系統(tǒng)一點接地引起保護誤動。

3 ? ?系統(tǒng)設(shè)計

直流電源故障分析系統(tǒng)在研究設(shè)計時分為以下三部分：數(shù)據(jù)采集終端研制、通信規(guī)約制定、分析輔助決策系統(tǒng)開發(fā)。

3.1 ? ?研制數(shù)據(jù)采集終端

數(shù)據(jù)采集終端以通信方式從集中監(jiān)控、絕緣裝置、蓄電池巡檢儀獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，并將絕緣裝置、蓄電池巡檢儀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給集中監(jiān)控，獲取的數(shù)據(jù)包括各類參數(shù)整定值、測量值和告警信息以及單體電池電壓、內(nèi)阻、溫度等。系統(tǒng)通過實時采樣獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集終端可通過自采的方式采集蓄電池組浮充電流、均充電流、核容放電電流、事故跳閘放電電流，母線電壓、對地電壓與對地交流電壓等。系統(tǒng)具有B碼對時功能，以保證數(shù)據(jù)采集時與其他設(shè)備一致，便于事故分析與各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。