一種新型直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的設計

楊小琴¹ 王 波² 包林杰² 朱大衛(wèi)²

（1.華東建筑設計研究院有限公司  上海市  200002）

（2.江蘇安科瑞電器制造有限公司  無錫  214400）

摘要：介紹了一款無人職守的智能直流電源監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了綜合監(jiān)控模塊、電池巡檢模塊和絕緣監(jiān)測模塊。該系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的模塊化方式，能自動檢測直流電源系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)故障進行實時監(jiān)測及報警，實現(xiàn)蓄電池的智能管理，較好地滿足無人值守變電站及配網(wǎng)自動化的需求。             

關鍵字：直流電源系統(tǒng)；實時監(jiān)測；模塊化

中圖分類號：TM933    文獻標識碼：A       文章編號：1007-3175（2014）05-0026-03

 The new design of a DC power supervise control system

Yang Xiaoqin¹  Wang Bo²  Bao Lin-jie²  Zhu Da-wei²

（1.East China Architectural Design & Research Institute Co.,，200002）

      (2.Jiangsu Acrel Co., Ltd. ,Wuxi  214400，China)

Abstract：The unattended DC power supervise control system are introduced in this article，and the module of comprehensive monitoring、the module of battery inspection and the module of insulation monitoring are  significantly introduced. The form of decentralized management and centralized management are taken in the system，and the dates of DC power supervise control system are all monitored automatically，and it can also supervise the failure of the system and send off alarm，so as to achieve the inligence management for storage battery。By doing so，we can satisfy the meeting of transformer substation and power distribution automation without people on duty.

Key words: Direct current power supervise control system; Real-time monitoring; Modularization

0   引言

    隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)逐漸向綜合自動化、電站無人職守的方向發(fā)展，直流電源監(jiān)控系統(tǒng)，作為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等的電源，是電力系統(tǒng)控制、保護的基礎，其可靠與否直接影響到供配電系統(tǒng)的安全運行^[1-2]。因此提高直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及自動化水平，以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求變得越來越重要。

    本文結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)以及自動化技術(shù)，設計了一款無人職守的直流電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用集中管理、獨立控制的模塊化設計，具有“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”功能，易于實現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動化，是傳統(tǒng)直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的新一代替換產(chǎn)品^[3]。                     

1  直流電源監(jiān)控系統(tǒng)

    本直流電源監(jiān)控系統(tǒng)采用集中管理，獨立控制，主要適用于20～200AH單電單充系統(tǒng)，可實現(xiàn)24節(jié)電池巡檢和30路支路絕緣監(jiān)測。系統(tǒng)由綜合監(jiān)控模塊、電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測模塊、充電模塊以及上位機顯示控制模塊組成，其中電池巡檢、絕緣檢測通過RS485接口與綜合監(jiān)控模塊聯(lián)機。該直流電源監(jiān)控系統(tǒng)采用集中一體式加擴展單元的組合結(jié)構(gòu)，接線簡單，安裝方便。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1  Overall configuration of system

2  綜合監(jiān)控模塊

    綜合監(jiān)控模塊是直流監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，其采用公司的真正工業(yè)級32位處理器作為主控芯片，能夠zui大限度地提高系統(tǒng)的可靠性和運行速度。綜合監(jiān)控模塊經(jīng)RS-485接口對其他模塊進行集中管理控制^[4]。其中電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測模塊分別將監(jiān)測到的單體電池電壓、溫度及母線電壓、支路絕緣電阻等信號通過RS485接口發(fā)送給綜合監(jiān)控模塊。綜合監(jiān)控模塊根據(jù)內(nèi)部預先設定的報警值進行比較產(chǎn)生報警信號并記錄報警的起始與結(jié)束時間。另外綜合監(jiān)控模塊可根據(jù)電池組電流大小自動進行均、浮充管理，從而大大延長了蓄電池組的使用壽命。

    此外綜合監(jiān)控模塊本身可監(jiān)測8路系統(tǒng)開關量狀態(tài)，三相交流輸入電壓、合母/控母的電壓、電流以及母線絕緣狀態(tài)。

3  電池巡檢模塊

    蓄電池作為備用電源與整個直流供電系統(tǒng)的可靠性密不可分，因此保證蓄電池的正常運行是整個直流電源系統(tǒng)的首要任務^[5]。本文通過電池巡檢模塊對電池組中每節(jié)電池的端電壓、電流、溫度進行巡檢，并將結(jié)果通過RS485總線傳送給綜合監(jiān)控模塊。若某一節(jié)蓄電池電壓低于或高于值,則由綜合監(jiān)控模塊發(fā)出報警指示,并自動進行必要的操作；若電池組電流過高,則指示充電模塊停止充電；若電流過低,表明該蓄電池的性能變差或過度放電，則指示充電模塊進行充電。從而能夠?qū)﹄姵剡M行維護，延長電池使用壽命，確保系統(tǒng)安全可靠運行。本電池巡檢模塊zui多可檢測24節(jié)單體電池電壓，可分別檢測2、6、12V單體電池，測量精度為0.2%,其原理如圖2所示。

圖2 電池巡檢模塊原理框圖

Fig.2  Diagram of the module of battery inspection

    在對單體電池電壓進行測量時，因系統(tǒng)中蓄電池多采用串聯(lián)結(jié)構(gòu),其輸出電壓高達250V,所以輸入通道的多路轉(zhuǎn)換是一個難點。目前常用的多路轉(zhuǎn)換方法:電阻分壓法和繼電器隔離法。繼電器隔離法操作簡單，給每個電池配一個繼電器，當要檢測某節(jié)電池時，打開該繼電器即可?？刂评^電器應使用譯碼器，保證任何時候只有一個繼電器導通^[6]。由于普通機械繼電器的使用壽命有限(不超過10萬次)，遠遠不能滿足蓄電池巡檢裝置的要求。所以選用了光繼電器對每節(jié)電池進行隔離,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電壓檢測示意圖

Fig.3  Diagram of voltage monitoring

    在電池巡檢模塊中，對每一節(jié)蓄電池配置一光繼電器，由CPU控制其關段，正常情況下光繼電器處于斷開狀態(tài)，當要對電池進行巡檢時，每次只將一節(jié)電池接入采樣電阻，然后將采樣信號送入運算放大器zui后再由電池巡檢儀進行運算處理，從而得到蓄電池電壓。

4  絕緣監(jiān)測模塊

    直流電源系統(tǒng)的常見故障是一點接地，在一般情況下一點接地并不影響直流系統(tǒng)的運行，但如果不能迅速找到接地故障點并予以修復，又發(fā)生另一點接地故障就可能會發(fā)生zui大事故，所以對直流系統(tǒng)絕緣狀況進行實時監(jiān)測，出現(xiàn)接地故障時及時排除是非常必要的^[7-9]。

    本絕緣監(jiān)測模塊具有檢測30路支路絕緣電阻的功能，測量精度為±0.3KΩ，同時還能檢測母線（合母、控母和母線負）對地電壓，測量誤差為±0.4V。絕緣監(jiān)測模塊將監(jiān)測到的對地電壓值和對地電阻值通過RS485總線發(fā)送給綜合監(jiān)控模塊，并由綜合監(jiān)控模塊作出相應處理。其原理如圖4所示。

圖4 絕緣監(jiān)測模塊原理框圖

Fig.4 Diagram of the module of insulation monitoring

    對于檢測絕緣電阻，外主要有“電橋平衡法”、“低頻探測法”、“檢測支路漏電流法”等幾種方法。本文采用檢測支流漏電流的方式來判斷絕緣電阻，無需在支路上注入交流小信號，因而不對直流系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，其原理如圖5所示。

圖5 絕緣監(jiān)測示意圖

Fig.5  Diagram of insulation monitoring

    圖5中，HL1、HL2、HLn表示接在各個供電支路上靠近直流電源監(jiān)控系統(tǒng)開關處的霍爾電流傳感器，若該支路無漏電流即該支路無接地時，流過傳感器正負支路上的電流大小相等，方向相反，則對應支路上的霍爾電流傳感器無輸出。當某一段支路出現(xiàn)故障，如圖中n號支路正上某一點接地，則電流從直流電源正經(jīng)過接地電阻RL到地，再由地到電源負，形成一漏電流IL,IL從地到直流負流經(jīng)的是分布參數(shù)，若有N條支路，則流經(jīng)每一條支路的電流近似為IL,因而從位于N號支路的霍爾電流傳感器可檢測到電流的大小約為IL的，這樣根據(jù)U+，U-和IL的數(shù)值，就可得到接地電阻的大小，再根據(jù)霍爾傳感器輸出電壓的正負，就可以判斷接地故障所在線纜的性^[10]。

5  結(jié)語

    本文介紹的這種直流電源監(jiān)控系統(tǒng)，在總體上具有功能強、結(jié)構(gòu)開放靈活、實時性好、可靠性高等優(yōu)點，每個環(huán)節(jié)均采用zui技術(shù)，反映了當前直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，具有十分廣闊的應用前景。

文章來源：《電工電氣》 2014年 第5期

參考文獻：

[1] 鄒甲,王禮帥,喬黎,等 .電力直流屏用智能充電電源的研制 [J].電源世界，2008(5):32-35.    

[2] 呂志寧,楊忠亮，變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)[J]，廣東電力，1999,12(3):13-15.

[3] 李利森,徐彥.電力系統(tǒng)用微機監(jiān)控直流電源[J].電源技術(shù)應用.2001.4(7):347-350.

[4] 王新,杜慶楠,陳立香,崔景岳，變電站直流系統(tǒng)微機監(jiān)測控制裝置的研究[J]，焦作工學院學報，1999,18(5):372-375.

[5] 馬福舟,楊順江,徐莉,董克儉.分散式直流屏蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)[J].電源技術(shù).2008(5):69-70.

[6] 呂勇軍,智能蓄電池在線監(jiān)測儀的設計[J]，國外電子元器件，2001(9):55-57.

[7] 徐天奇,蔡駿峰.直流系統(tǒng)接地故障判斷和定位裝置的設計[J] .儀表技術(shù)，2011(12) :7-8. 

[8]君懷，陳怡歡，直流絕緣監(jiān)測的應用與發(fā)展[J]，高壓電器，2000,36(6):47-49.

[9]向小民,胡翔勇,曾維魯,高學軍，直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置[J]，中國電力，1999,32(8):38-39.

[10]周振雄,張艷萍，變電站直流系統(tǒng)接地檢測儀的研制[J]，北華大學學報：自然科學版，2001.2(1):84-88.