改善變電站直流電源系統(tǒng)監(jiān)控器功能的措施

張明冠

摘 要： 目前變電站直流電源系統(tǒng)監(jiān)控器不能夠?qū)π铍姵睾统潆娔K兩大核心部件進(jìn)行有效監(jiān)控。如長期處于浮充狀態(tài)不能發(fā)現(xiàn)蓄電池是否存開路、零容量現(xiàn)象;充電模塊輸出濾波電容損耗電容量降低導(dǎo)致充電模塊帶載能力下降，而由于多臺充電模塊并聯(lián)運(yùn)行，監(jiān)控器難以發(fā)現(xiàn)帶載能力欠缺的充電模塊。本文介紹對現(xiàn)有監(jiān)控器邏輯程序進(jìn)行一些升級的建議。

關(guān)鍵詞：有效監(jiān)控 充電模塊 蓄電池

1.前言

2013年10月24日，局屬220kV錫都變電站2號直流系統(tǒng)發(fā)“2號蓄電池組欠壓”告警信號。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)2號直流系統(tǒng)4個(gè)充電模塊均損壞，無法正常輸出，直流母線電壓已經(jīng)降至198V，充電屏上也無任何充電模塊告警信號;查看蓄電池放電信息發(fā)現(xiàn)10月18日蓄電池已經(jīng)開始放電。如果該缺陷不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成直流系統(tǒng)失壓，將危害變電站安全運(yùn)行。事后檢測發(fā)現(xiàn)充電模塊輸出回路濾波電容量下降，不能正常帶載。

2.直流電源監(jiān)控器一般功能要求[1]

監(jiān)控單元是高頻開關(guān)電源及其成套裝置的監(jiān)控、測量、信號和管理系統(tǒng)的核心部分，應(yīng)根據(jù)直流電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，綜合分析各種數(shù)據(jù)和信息，對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施控制和管理。監(jiān)控單元的測量功能

1）應(yīng)能測量如下模擬量：

a） 充電裝置交流輸入電壓（交流輸入電壓 323～456V 范圍內(nèi)）;

b） 充電裝置輸出電壓/電流;

c） 合閘母線/控制母線電壓;

d） 蓄電池組電壓/電流;

e） 各個(gè)高頻電源模塊輸出電流。

2）測量精度

a）電流： 1%0.0005C10;

b）電壓： 0.5%（90%～130%額定電壓范圍內(nèi)）。

監(jiān)控單元應(yīng)具有限壓限流特性，當(dāng)模塊輸出電流小于其設(shè)置電流時(shí)，控制模塊工作在恒壓狀態(tài);當(dāng)模塊輸出電流達(dá)到設(shè)置電流時(shí)，控制模塊工作在恒流狀態(tài)。

監(jiān)控單元應(yīng)具備自診斷功能，能夠診斷內(nèi)部的電路故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài)，并以硬節(jié)點(diǎn)和報(bào)文形式給出報(bào)警到變電站綜合自動化系統(tǒng)后臺。

運(yùn)行方式設(shè)置功能：具有自動/手動進(jìn)行均衡充電/浮充電切換功能;停電時(shí)間超過一定時(shí)間或蓄電池放電容量超過設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能自動轉(zhuǎn)為均衡充電;根據(jù)整定時(shí)間監(jiān)控單元應(yīng)能自動控制充電裝置定期對蓄電池組進(jìn)行均衡充電，確保蓄電池組隨時(shí)具有額定的容量。

事件記錄功能：監(jiān)控單元應(yīng)能儲存不少于 500 條事件。運(yùn)行參數(shù)的修改、直流電源系統(tǒng)告警、均充等事件，事件記錄應(yīng)包括開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，且時(shí)間記錄應(yīng)精確到秒。事件記錄具有掉電保持功能。

操作權(quán)限管理：監(jiān)控單元應(yīng)具有操作權(quán)限密碼管理功能，任何改變運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)的操作均需要權(quán)限確認(rèn)。

模擬量測量功能，應(yīng)明確對兩路交流輸入電源進(jìn)行監(jiān)測，備用交流輸入異常時(shí)應(yīng)報(bào)警安排檢查處理;增設(shè)直流電壓穩(wěn)壓監(jiān)測，紋波電壓監(jiān)測，蓄電池浮充電流過流監(jiān)測。通訊功能增設(shè)USB口通訊方便拷貝數(shù)據(jù)。

3.監(jiān)控器控制充電模塊和蓄電池“輪流值班”功能的開發(fā)

3.1 兩路交流自動切換輪流值班

交流輸入電源是提供能源的主要輸入途徑，應(yīng)保證兩路交流電源回路的正常可靠。設(shè)定切換時(shí)間及功能退出參數(shù)，不默認(rèn)一路為主，一路為輔。輪流切換后發(fā)現(xiàn)異常如接線接觸不良，交流接觸器異常等問題，應(yīng)及時(shí)切換至原正常一路供電，并報(bào)缺陷及時(shí)處理，保證交流輸入電源的可靠性。

3.2 充電模塊輪流值班輸出

充電模塊作為作為交流電變換為直流電的能量交換元件，其性能直接影響直流電源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。目前變電站直流電源系統(tǒng)一般包含3個(gè)及以上充電模塊，三個(gè)模塊并聯(lián)輸出，采用監(jiān)控器調(diào)節(jié)均流輸出，但在充電模塊無輸出電流時(shí)不會發(fā)出告警信號。局內(nèi)35kV變電站直流經(jīng)常性負(fù)2到5A，配備4個(gè)220V10A充電模塊;110kV變電站為荷直流經(jīng)常性負(fù)荷為5到8A，配備4個(gè)220V20A充電模塊;220kV變電站單套直流負(fù)荷也僅有5到8A，配備4個(gè)220V20A充電模塊;負(fù)荷較小，均流效果不明顯，有些模塊帶載不明顯，不能通過輸出電流判斷充電模塊是否存在異常。直流經(jīng)常性負(fù)荷小于單個(gè)模塊的輸出額定電流，只要有一個(gè)充電模塊正常運(yùn)行，仍然能保證直流電源系統(tǒng)浮充電壓保證在正常范圍內(nèi)，監(jiān)控器不能發(fā)現(xiàn)有故障不能正常輸出的充電模塊，一旦正常運(yùn)行的一個(gè)充電模塊損壞，則檢修人員必須進(jìn)行搶修。采用充電模塊輪流輸出的控制模式，可以有效監(jiān)控存在異常的充電模塊。如一套直流系統(tǒng)內(nèi)包含有4個(gè)充電模塊，4個(gè)充電模塊均有相應(yīng)的地址，監(jiān)控器將第1個(gè)充電模塊輸出電壓維持不變，降低其余3個(gè)充電模塊輸出電壓，讓第1個(gè)模塊供給經(jīng)常性負(fù)荷保持5分鐘以上，檢測該模塊輸出電流小于0.9倍的額定電流且直流母線電壓明顯波動，說明該充電模塊損壞，輪流值班完成后恢復(fù)正常運(yùn)行;依次輪流值班，便可發(fā)現(xiàn)存在損壞或者輸入輸出回路接觸不良的充電模塊，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的缺陷，安排處理。

3.3 調(diào)節(jié)充電模塊電壓，蓄電池值班帶站內(nèi)直流經(jīng)常性負(fù)荷

變電站蓄電池組一般由104只2V的蓄電池串聯(lián)而成，作為直流電源系統(tǒng)核心組成元件，這104只蓄電池之中只要有一只蓄電池存在異常便會影響整組蓄電池的性能，如出現(xiàn)一只蓄電池存在開路現(xiàn)象，那整組蓄電池容量即為零，直接影響變電站的安全運(yùn)行。目前變電站鉛酸蓄電池組使用壽命7到8年，是所有電力設(shè)備里，壽命最短的電力系統(tǒng)元件，運(yùn)維工作量非常大。長期處于浮充狀態(tài)不能發(fā)現(xiàn)蓄電池是否存開路、零容量現(xiàn)象，只依靠蓄電池巡檢儀發(fā)現(xiàn)單只蓄電池電壓高于2.6V，或者單只電壓低于1.8V時(shí)，蓄電池組使用壽命已經(jīng)終止，需要緊急更換。而使用內(nèi)阻測試儀檢測，可靠性不高，技術(shù)有待提高。使用監(jiān)控器調(diào)節(jié)降低充電模塊輸出電壓，蓄電池供站內(nèi)直流經(jīng)常性負(fù)荷，通過檢測單只蓄電池電壓發(fā)行是否存在開路現(xiàn)象，同時(shí)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)行對比，可以有效對蓄電池運(yùn)行狀況進(jìn)行評估，做好狀態(tài)檢修，從而提高直流電源監(jiān)控器對蓄電池的監(jiān)控可靠性。

監(jiān)控器可以新增定期調(diào)節(jié)降低充電模塊輸出電壓功能，使蓄電池組端電壓高于充電模塊輸出電壓，蓄電池組帶經(jīng)常性負(fù)荷運(yùn)行。

系統(tǒng)并能記錄生成報(bào)告，報(bào)告包含內(nèi)容：放電容量、放電電流、環(huán)境溫度、放電時(shí)間、單只蓄電池電壓、5只較低蓄電池電壓、充電過程充電容量，單只蓄電池電壓，監(jiān)控器提供USB接口，將報(bào)告拷貝至U盤。通過對數(shù)據(jù)比對的分析，檢修人員可以對蓄電池進(jìn)行有效狀態(tài)分析，提前發(fā)現(xiàn)問題安排處理更換。

由此提高監(jiān)控器監(jiān)控蓄電池的有效性，減少運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，降低人力資源成本;采用軟件自動控制自行完成，技術(shù)成熟，無硬件成本，可大力推廣應(yīng)用。

4.結(jié)束語

依靠現(xiàn)在微機(jī)智能化產(chǎn)品技術(shù)的越發(fā)成熟，加強(qiáng)軟件開發(fā)，規(guī)程規(guī)范跟隨其后，減少硬件成本投資，減少資源浪費(fèi);讓智能化機(jī)器對變電站設(shè)備進(jìn)行更有效可靠的監(jiān)控，減少變電檢修、運(yùn)行人員的工作量。

參考文獻(xiàn)

[1] 梅成林、 鄧小玉、 劉瑋、 楊忠亮、 袁亮榮、 徐敏敏、 王奕、 盛超 ;變電站直流電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)設(shè)備管理部 ， 2012.