變電站直流電源監控系統分析

嚴筱豐

摘要：本文從直流電源系統構成分析、功能分析，以及電源綜合監控流程分析三個方面對變電站直流電源監控系統進行分析。本文的研究可使變電站中的直流電源監控系統實現真正意義上的綜合自動化及無人值守，為國家創造大量的直接和間接經濟效益以及社會效益。

關鍵詞：變電站；直流電源；監控系統

一、直流電源系統構成分析

1、電源監控裝置

電源綜合監控裝置是直流電源監控系統的控制、管理核心，是直流系統可靠運行的控制和管理者。配電監控主要是對交流輸入、直流輸出電壓電流等參數進行監測。

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

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

2、高頻電源

高頻電源模塊是直流系統實現交流輸入變換到直流輸出的部分，是直流系統必備的關鍵組成部分。高頻開關電源模塊一般采用N+I并聯工作方式，每個模塊的額定輸出有220VDC／5A、10A、20A；110VDC／10A、20A、40A等規格型號，可根據需要選用相應的規格型號。

3、絕緣接地檢測

絕緣接地檢測裝置是直流系統主要的組成部分，主要是完成直流系統以及直流應用部分絕緣接地情況的檢測，并上傳監控裝置，確保直流系統絕緣安全可靠。不允許直流系統在接地的情況下長期運行。必須對直流操作電源正負母線接地情況進行連續的在線監視，從而杜絕因直流系統接地而引起的電力系統故障。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，在應用中可根據相應的支路數選用一個或多個絕緣接地監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控，蓄電池是直流系統的儲能部分。在系統交流供電正常的時候對蓄電池進行充電，在交流失電或者直流合閘需要到時間大電流是放電，為電力系統提供可靠的電力能源。其工作狀態對直流系統安全可靠運行十分重要，因此對每節蓄電池的電壓、內阻、性能等情況進行檢測，并上傳監控裝置，保證電池始終處于良好的工作狀態。

二、直流電源系統功能分析

按照從輸入到輸出的順序系統中各個部分應實現的功能如下：

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，可實現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，當第一路交流異常(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，則無法自動進行切換)，一旦交流一路電源恢復正常，則自動切換回到交流一路。系統上電和切換過程存在3-5秒的延遲。也可實現交流輸入過壓、欠壓自動切換和保護，交流自動切換和根據采樣電壓，進行交流過壓保護、欠壓自動切換和保護。

2、高頻開關電源模塊

實現AC／DC變換，實現系統最為基本的功能。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控裝置通訊的能力。應具有高效率、高功率因數、高可靠性、良好地電磁兼容性、輸出電壓電流具有平滑調節的能力、各種技術指標應達到和超過相關國際國內標準。

3、電源綜合監控裝置

電源綜合監控裝置是變電站中直流電源監控系統的控制、管理核心，匯集并采集電源模塊、絕緣接地監測裝置、電池檢測裝置、智能放電裝置和配電監控單元等下級設備的各種數據、工作狀態，進行處理并加以顯示；根據系統設置的各種參數進行報警、故障處理、歷史數據管理；實現對直流電源系統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約，至少提供四個RS485和兩個RS232接口，采用開放式接1：3設計，實現同下級設備、后臺計算機及其它設備的通訊，并方便地接入到其它集中監控維護系統中。

4、絕緣接地監測裝置

負責監測直流母線和直流輸出各支路的絕緣情況，當對地絕緣電阻低于設定的告警限值時，測報出具體位置和絕緣電阻，并上報電源綜合監控裝置處理。絕緣接地監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，降低供電質量，己不再發展。本方案采用精密電阻平衡與非平衡橋相結合的測量方式。

5、電池檢測裝置

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

三、電源綜合監控流程分析

1、主程序main()函數完成系統RAM的上電自檢、硬件及系統初始化工作，然后創建并執行啟動任務，啟動RTOS。

2、啟動任務主要完成系統參數及實時數據結構的初始化、初始化時鐘、初始化串口、檢測并讀入不掉電RAM中的參數，創建鍵盤任務、界面顯示任務、控制任務、定時啟動采樣中斷任務、計算任務，最后進入無限自檢循環。

3、定時啟動采樣中斷任務首先完成各模擬量采樣間隔時間設置、刷新RTC時間、相關參數和數據初始化，然后啟動采樣中斷服務程序，進行AID采樣。

4、控制任務首先延時等待2秒，然后調用故障分級對應模塊對各種故障情況進行判斷分級并進行歷史紀錄，調用控制輸出模塊完成各路控制輸出繼電器節點的分合控制，判斷在線充電模塊數量，調用自動充電管理程序實現對各高頻智能開關電源模塊的均充、浮充和放電管理。

5、鍵盤任務對鍵盤進行掃描，判斷按鍵是否被按下。若鍵盤沒按下，對應LED不亮，繼續掃描、判斷：若按下，進行去顫處理，取鍵值，對應LED點亮，將鍵值發送到郵箱，等待延時40ms。

6、計算任務首先將自己掛起，然后對各模擬量的采樣值進行處理及標度變換，并將其送數據區供上送顯示等使用，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載電流，電流大小在不斷發生變化，因此在監測控制蓄電池充電電流時，為了限制電流過大，需經常控制電源模塊的輸出電流，在軟件設計中調整的幅度一般以0．5A為宜，采用逐次逼近的方法實現。

參考文獻

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