變電站直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)分析

摘 要：在電力系統(tǒng)當(dāng)中，直流電源系統(tǒng)扮演著非常重要的角色，其運(yùn)行的穩(wěn)定性，關(guān)系著整個(gè)變電站的穩(wěn)定性。但是由于變電站中直流電源系統(tǒng)的設(shè)備較多，且分布較為分散，經(jīng)常因?yàn)楦鞣N因素的干擾出現(xiàn)故障，相關(guān)檢修人員必須及時(shí)的對其進(jìn)行維護(hù)檢修，避免影響整個(gè)變電站的正常運(yùn)行。本文分析了直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，其可以有效的實(shí)現(xiàn)對直流設(shè)備地實(shí)時(shí)監(jiān)測，幫助檢修人員掌握直流電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保障了變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：變電站；直流電源；智能監(jiān)控系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號：TM762 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0043-02

1 引 言

在變電站當(dāng)中，直流電源經(jīng)常作為開關(guān)、斷路器的操作電源以及保護(hù)、控制、信號等設(shè)備的供電裝置。為了確保直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，必須采取有效的手段對其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，幫助相關(guān)管理人員可以實(shí)時(shí)掌握其工作狀態(tài)和性能指標(biāo)，避免設(shè)備事故的發(fā)生。因此，研究分析變電站直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 變電站直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)概述

某市電業(yè)局變電站根據(jù)行政區(qū)域的不同，將所屬的變電站劃分為了三個(gè)運(yùn)維操作站，分別負(fù)責(zé)所屬區(qū)域內(nèi)的變電站的日常運(yùn)行和維護(hù)工作。為了減少企業(yè)的負(fù)擔(dān)，推進(jìn)企業(yè)現(xiàn)代化和信息化的發(fā)展，該市電業(yè)局推進(jìn)區(qū)域內(nèi)變電站的無人值守化。為了保障無人值守變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本市電業(yè)局引入了直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)在進(jìn)行管理過程中采用集中管理的方式，對直流電源系統(tǒng)的各模塊進(jìn)行獨(dú)立控制，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量，遠(yuǎn)程通信，遠(yuǎn)程遙控，遠(yuǎn)程調(diào)整等功能，不僅實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，而且有效的保障了直流電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

直流電源智能檢測系統(tǒng)主要適用20～200Ah單電單充系統(tǒng)，可以對24節(jié)電池進(jìn)行巡視檢查以及30路的支路絕緣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)主要包括了集中管理的綜合監(jiān)控模塊，以及獨(dú)立控制的電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測模塊以及充電模塊。兩者利用RS485接口進(jìn)行有效的連接通信。相對整體系統(tǒng)組成屬于集中一體式加擴(kuò)展單元的組合結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行系統(tǒng)安裝和接線時(shí)，施工較為方便。

3 直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)分析

3.1 綜合監(jiān)控模塊

作為整個(gè)直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，綜合監(jiān)控模塊的主控制芯片采用32位處理器，有效的保障了系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性。通過RS485接口，綜合監(jiān)控模塊可以實(shí)現(xiàn)對電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測模塊以及充電模塊的集中控制管理。其運(yùn)行原理如下所示：

（1）首先，電池巡檢模塊和絕緣監(jiān)測模塊將其所檢測到的單體電池的電壓、溫度、母線電壓以及支路絕緣電阻等參數(shù)，轉(zhuǎn)換成信號并利用RS485接口傳輸?shù)骄C合監(jiān)控模塊當(dāng)中。

（2）根據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的直流電源系統(tǒng)參數(shù)預(yù)警值，綜合檢測模塊將接收到的信號與預(yù)警值進(jìn)行對比，如果發(fā)現(xiàn)存在超過預(yù)警值的信號參數(shù)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號，并對報(bào)警的原因、起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行記錄。

（3）相關(guān)管理人員接收到系統(tǒng)的報(bào)警信號后，可以根據(jù)報(bào)警的相關(guān)信息，采取有效的措施解決直流電源故障，確保了變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

除此之外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)還可以根據(jù)直流電源系統(tǒng)當(dāng)中電池組大小的不同，自動(dòng)進(jìn)行均、浮充管理，有效的延長的蓄電池的使用壽命。

3.2 電池巡檢模塊

作為直流電源系統(tǒng)的備用電源，蓄電池的穩(wěn)定性與整個(gè)直流供電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系，因此，必須采取有效的技術(shù)手段，對蓄電池的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，從而確保整個(gè)直流電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電池巡檢模塊可以對直流電源系統(tǒng)當(dāng)中的每個(gè)電池組的每一塊電池的端電壓、溫度以及電流大小進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測所得結(jié)果傳輸?shù)骄C合監(jiān)控模塊當(dāng)中。如果蓄電池組中某一節(jié)電池的某項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)超過了綜合監(jiān)控模塊的預(yù)警值，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出報(bào)警指示，提醒相關(guān)人員進(jìn)行檢修處理。

例如：如果蓄電池組的電流超過了綜合監(jiān)控模塊的預(yù)警值的上限，此時(shí)綜合監(jiān)控模塊在發(fā)出報(bào)警信號的同時(shí)，會立刻停止對蓄電池組的充電；如果蓄電池組的電流低于了綜合監(jiān)控模塊的預(yù)警值的下限，此時(shí)綜合監(jiān)控模塊在發(fā)出報(bào)警信號的同時(shí)，會立刻對蓄電池組進(jìn)行充電操作。這樣有效的實(shí)現(xiàn)了對直流電源系統(tǒng)蓄電池組的保護(hù)，延長了其使用壽命，降低了電力企業(yè)成本支出的同時(shí)，也保障了變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本變電站直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以同時(shí)對24節(jié)單體電池進(jìn)行監(jiān)測：

（1）由于直流電源系統(tǒng)中的蓄電池在進(jìn)行連接時(shí)，大多采用串聯(lián)的方式，所以輸出的電壓可以高達(dá)250V。因此，本系統(tǒng)采用繼電器隔離法實(shí)現(xiàn)輸入通道的多路專供。

（2）所謂繼電器隔離法就是對蓄電池組的每一個(gè)電池都配置一個(gè)繼電器，當(dāng)系統(tǒng)對電池進(jìn)行檢測時(shí)，只需要打開其配置的繼電器就可以實(shí)現(xiàn)對該電池的檢測。此外，由于傳統(tǒng)的機(jī)械繼電器的使用壽命較短，無法滿足直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)的要求，因此，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用了光繼電器實(shí)現(xiàn)每節(jié)電池的隔離。

（3）當(dāng)光繼電器處于斷開狀態(tài)時(shí)，此時(shí)無法對電池進(jìn)行檢測。當(dāng)光繼電器處于通路狀態(tài)時(shí)，電池巡檢模塊可以對每節(jié)電池接入一個(gè)采樣電阻，然后利用采集到的信號，進(jìn)行運(yùn)算放大和計(jì)算處理，最終獲得該蓄電池的端電壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.3 絕緣監(jiān)測模塊

在直流電源系統(tǒng)運(yùn)行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一點(diǎn)接地的故障，雖然此故障并不會導(dǎo)致直流電源系統(tǒng)停止運(yùn)行，但是如果不能對其盡快的進(jìn)行排查和修復(fù)，一旦出現(xiàn)另外一處接地故障，將可能導(dǎo)致整個(gè)直流電源系統(tǒng)崩潰，給變電站的正常運(yùn)行帶來巨大的影響。因此，必須對直流電源系統(tǒng)的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的接地故障，并采取有效的措施進(jìn)行修復(fù)處理。

本直流電源智能控制系統(tǒng)在對直流電源進(jìn)行絕緣檢測時(shí)，可以同時(shí)對30條支路絕緣電阻進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測精度約為±0.3kΩ。此外，本系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測模塊還可以對母線的對地電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，且測量誤差不高于0.4V。

在進(jìn)行絕緣電阻檢測過程中，本直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)采用檢測支路漏電流法對絕緣電阻進(jìn)行判斷，減少了支路交流小信號的輸入，避免了對直流系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。其工作原理如下：

（1）首先在直流電源系統(tǒng)的各個(gè)供電支路上，設(shè)置霍爾電流傳感器。當(dāng)該支路不存在接地故障時(shí)，流過霍爾電流傳感器的電流大小保持一致，且方向相反。其所對應(yīng)支路上的霍爾電流傳感器則無任何輸出。

（2）如果直流電源系統(tǒng)中的某一條支路發(fā)生接地故障時(shí)，在系統(tǒng)中的第N條支路發(fā)生了接地短路故障，此時(shí)電流從直流電源的正極流出，經(jīng)過接地電阻RL流入到地中，然后在由地流入到直流電源的負(fù)極，形成了一條漏電流IL。如果系統(tǒng)當(dāng)中存在n條支路，那么每一條直流的電路基本上都和IL相近，因此，此時(shí)霍爾電流傳感器所檢測到的電流大小相當(dāng)于IL的n/（n-1）倍。由此可以計(jì)算出系統(tǒng)當(dāng)中的接地電阻的大小。

（3）最后根據(jù)霍爾傳感器的輸出電壓的數(shù)值，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的判斷出直流電源系統(tǒng)當(dāng)中接地故障所發(fā)生的線路。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合實(shí)例分析了直流電源智能監(jiān)控系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用，該系統(tǒng)不僅安裝施工簡便，可靠性較高，而且能夠?qū)χ绷麟娫吹膶?shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)測，有效的保障了直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，促進(jìn)了電力企業(yè)的現(xiàn)代化、信息化發(fā)展。

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收稿日期：2018-11-6