配網自動化終端電源模塊狀態自診斷裝置

陳源君，李浪宏，黃 羽，曾祥星

（廣東電網有限責任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

1.引言

近年來，社會經濟的不斷發展帶來了國民生活水準的全面提升，用電量和用電質量的需求也提上了日程[1]。我國電力配網自動化得到了快速發展，并且在具體應用過程中取得不錯的成績，但是仍然存在一定不足[2]，由于技術、管理、人力、物力等方面的原因，當前配網設備的日常運行維護工作面臨諸多問題。根據運維經驗發現，配網自動化終端的電源故障率非常高，普通的配網自動化終端電源模塊雖然可以完成充電、供電、電壓轉換等基本功能，但在實際使用中，由于過充或過放等原因，會對鋰電池造成很大的損害，并且電源需要長時間帶載運行在嚴酷的戶外環境，對設備可靠性要求較高；設備本身由精密電子元件制作，投入運行后需要關注運行工況，進行適當維護。目前，日常運維過程中因為缺乏技術手段，運維人員無法及時發現設備的工況變化、設備缺陷甚至是早期的故障，容易導致配電終端設備失效、開關位置、電流、電壓信號無法上傳，更嚴重的可能導致事故的發生。

2.該配網自動化終端電源模塊狀態自診斷裝置介紹

2.1 總體框架

配網自動化終端電源狀態自診斷裝置適應寬電壓輸入范圍，可交直流輸入，具有輸出過壓、過流、電池防反接等保護功能；配有OLED豐富的信息和狀態顯示，可外接24V鉛酸蓄電池，不間斷地對負載供電；可實時監控電池電壓、溫度等狀態；主要適用于電力配網自動化系統、電力智能箱變、環網柜以及其他需要不間斷供電的場合。與傳統運維電源相比，增加了串口通訊、電池內阻測試、電池溫度監測、電源工況事件記錄等功能，可在線監測電池老化情況，并及時上送電源系統工作情況。

圖1 總體框架

2.2 面板

部件說明：(1)OLED顯示屏；(2)控制按鍵；(3)背部接線端子；(4)主接線端子；(5)安裝螺孔；(6)接保護地螺孔。

圖2 面板

2.2.1 主接線端口

端口號 端口名稱 功能定義 1 ACL 交流輸入L相 2 PE 保護地 3 ACN 交流輸入N相 4 NC 無電氣連接 5 VC 告警輸入正 6 POK 交流輸入失電告警輸出 7 HOK 電池活化狀態輸出 8 VL 電池欠壓告警輸出 9 VH 電壓故障告警輸出 10 HK 遙控活化啟動 11 HG 遙控活化退出 端口號 端口名稱 功能定義12 BG 遙控電池退出13 RL 活化放電負載正14 VG 遙控公共結點15 Vo- 負載輸出負16 Vo- 負載輸出負17 Vo+ 負載輸出正18 Vo+ 負載輸出正19 B+ 電池接入正20 B+ 電池接入正21 B- 電池接入負22 B- 電池接入負

2.2.2 背部接線端口

端口號 端口名稱 功能定義 端口號 端口名稱 功能定義B1 NC 無電氣連接 B5 BG 無電氣連接B2 NC 無電氣連接 B6 RL 隔離串口發送數據線B3 TB 溫度傳感器B端 B7 VG 隔離串口接收數據線B4 TA 溫度傳感器A端 B8 Vo- 隔離串口地線

2.3 端子接線示意圖

主接線端說明：K1、K2、K3為用戶CPU等控制的繼電器觸點（或是光耦，VG為負，光耦不應有漏電流），R為電池活化放電電阻，負載為用戶正常負載，電池為24V電池組。接線端子容量為300V/15A。

背部接線端說明：TA、TB為標配的溫度傳感器，特定型號不可隨意選用；外接通訊RS232串口采用標準電平。

圖3 主端子接線示意圖

圖4 背部端子接線示意圖

3.配網自動化終端電源模塊狀態自診斷裝置工作原理

配網自動化終端電源狀態自診斷裝置由功率模塊、控制模塊和顯示模塊組成，控制模塊采用由中央處理器、存儲器、只讀存儲器、多種I/O口和終端系統、定時器等功能集成于一體的微型單片機進行控制功率模塊，由交流220V輸入整流、降壓和濾波轉為直流27V電源以及對24V蓄電池的充、放電監測管理。并采用直流放電測試法監測蓄電池的內阻；集成溫度傳感器、精密電流、電壓采樣技術實現蓄電池電流、電壓的監測，再經顯示模塊顯示出實時輸出電壓、實時輸出電流、實時電池電壓和實時電流等實時數據。

4.配網自動化終端電源模塊狀態自診斷裝置的特點

配網自動化終端電源狀態自診斷裝置實現對蓄電池狀態進行實時監測的功能，能直觀有效地觀察蓄電池的狀態；為配網自動化終端電源系統提供了有效的監測手段，有效地提升了運維巡檢質量和巡檢工作效率。該裝置也采用串口通訊技術，實現對配網自動化終端電源狀態的實時遠程監測、遠程控制的功能，實現了在線監測電池的狀態，并能及時上送電源系統的工作情況。其特點如下：金屬外殼全屏蔽封裝，防塵防震；安全隔離，高抗干擾能力；最大瞬時功率達750W；具有充電功能，配合24V鉛酸電池使用實現不間斷供電；具有電池活化功能，手動按鍵或遠程自動活化；具有輸出過壓、欠壓、過放、防反接等電池保護功能；具有電池內阻和電池溫度監測功能；具有OLED直觀顯示功能；具有遠程監測、遠程控制功能；具有串口通訊功能。

圖5 電源原理框圖

圖6 電源內部隔離框圖

5.配網自動化終端電源模塊狀態自診斷裝置關鍵點與優勢

近年來，作為智能配電網的關鍵領域之一，配電自動化可以提高配電網供電可靠性、提高運行與管理效率、延緩一次設備投資，實現電網經濟運行[3]。蓄電池是配網自動化設備運行的基本保障，配網自動化終端電源狀態自診斷裝置為蓄電池的運行提供了可靠的保障，對配電自動化設備穩定運行的關鍵環節進行實時監測，極大地提升供電可靠性。

一是該自診斷裝置能起到安全隔離作用，抗干擾，具有充電功能，能夠配合24V鉛酸電池使用實現不間斷供電。

二是具有電池活化功能，可以手動按鍵或遠程自動活化，手動活化當收到活化啟動指令后可以立即執行活化操作。自動活化是一種智能型的活化策略，會結合電池類型、電池內阻、活化間隔時間作綜合決策。對于蓄電池，當監測到電池內阻異常后，會自動執行一定的活化操作，以期對電池作可能的修復。在電池活化過程中，亦會同步執行核容策略分析，若活化結束點到時，發現電池容量與初始容量差異較大，則給出電池容量異常等狀態或告警信息。

三是具有OLED直觀顯示、遠程監測、遠程控制、串口通訊功等功能。關于通信接口和通信通道問題，提出兩種解決方案。主要針對增量設備包括通信接口－智能電源模塊支持RS232/RS485接口；通信規約－采用modbus規約；信息點表－遠傳告警信息1位，0正常1異常；通信通道－借助配電自動化終端加密遠傳通道進行傳輸。適用于增量和存量設備升級改造－通信接口無需改造；通信規約無需改造；信息點表可將智能電源模塊模塊告警信息位接入配電自動化終端DTU、FTU的開入端口，作為一個開關量信號采集，在配電終端上送信息點表增加一個遙信上送點位；通信通道可借助配電自動化終端加密遠傳通道進行傳輸。

四是具有電池內阻和電池溫度監測功能，監測電池內阻的作用是可以判斷蓄電池自身情況容量和技術狀態的優劣，這些是電壓電流溫度等運行參數無法反映的，通過對蓄電池組中的單體蓄電池進行內阻測試，能夠準確地掌握蓄電池組中的每個單體蓄電池的性能狀態，同時對于保證蓄電池供電穩定和延長蓄電池組的使用壽命具有重要意義。

五是具有輸出過壓、欠壓、過放、防反接等電池保護功能。創新電池投切管理，當外接電池正負極反接、投入電池電壓過低時不允許投入；主電源工作時反接自動關主電源，多種情況帶電池短路可以有效保護。

6.結語

隨著配網自動化的建設發展與改造工程的不斷深入，國內配網設備的規模不斷擴大，對配網自動化的技術要求會越來越高。本次研究中的配網自動化終端電源模塊狀態自診斷裝置可以解決傳統運維電源存在的不足，創新對配網自動化終端電源模塊運維工作的方法，能夠對配網自動化終端電源系統實時遠程監控，及時觀察蓄電池的狀態，大大提升了運維巡檢質量和巡檢工作效率，保證電力系統可靠運行，減少因停電而導致的損失，提高經濟效益。