一種新型直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊小琴¹ 王 波² 包林杰² 朱大衛(wèi)²

（1.華東建筑設(shè)計(jì)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(wú)錫  214400）

摘要：介紹了一款無(wú)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(cè)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(dòng)檢測(cè)直流電源系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)蓄電池的智能管理，較好地滿足無(wú)人值守變電站及配網(wǎng)自動(dòng)化的需求。             

關(guān)鍵字：直流電源系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；模塊化

中圖分類號(hào)：TM933    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A       文章編號(hào)：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(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)逐漸向綜合自動(dòng)化、電站無(wú)人職守的方向發(fā)展，直流電源監(jiān)控系統(tǒng)，作為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等的電源，是電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ)，其可靠與否直接影響到供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行^[1-2]。因此提高直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及自動(dòng)化水平，以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求變得越來(lái)越重要。

    本文結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款無(wú)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(dú)立控制的模塊化設(shè)計(jì)，具有“遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)”功能，易于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)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(dú)立控制，主要適用于20～200AH單電單充系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)24節(jié)電池巡檢和30路支路絕緣監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)由綜合監(jiān)控模塊、電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測(cè)模塊、充電模塊以及上位機(jī)顯示控制模塊組成，其中電池巡檢、絕緣檢測(cè)通過(guò)RS485接口與綜合監(jiān)控模塊聯(lián)機(jī)。該直流電源監(jiān)控系統(tǒng)采用集中一體式加擴(kuò)展單元的組合結(jié)構(gòu)，接線簡(jiǎn)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(jí)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(yùn)行速度。綜合監(jiān)控模塊經(jīng)RS-485接口對(duì)其他模塊進(jìn)行集中管理控制^[4]。其中電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測(cè)模塊分別將監(jiān)測(cè)到的單體電池電壓、溫度及母線電壓、支路絕緣電阻等信號(hào)通過(guò)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(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)并記錄報(bào)警的起始與結(jié)束時(shí)間。另外綜合監(jiān)控模塊可根據(jù)電池組電流大小自動(dòng)進(jìn)行均、浮充管理，從而大大延長(zhǎng)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(cè)8路系統(tǒng)開(kāi)關(guān)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(gè)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(yùn)行是整個(gè)直流電源系統(tǒng)的首要任務(wù)^[5]。本文通過(guò)電池巡檢模塊對(duì)電池組中每節(jié)電池的端電壓、電流、溫度進(jìn)行巡檢，并將結(jié)果通過(guò)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(bào)警指示,并自動(dòng)進(jìn)行必要的操作；若電池組電流過(guò)高,則指示充電模塊停止充電；若電流過(guò)低,表明該蓄電池的性能變差或過(guò)度放電，則指示充電模塊進(jìn)行充電。從而能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行維護(hù)，延長(zhǎng)電池使用壽命，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。本電池巡檢模塊zui多可檢測(cè)24節(jié)單體電池電壓，可分別檢測(cè)2、6、12V單體電池，測(cè)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(duì)單體電池電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，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(dá)250V,所以輸入通道的多路轉(zhuǎn)換是一個(gè)難點(diǎn)。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(jiǎn)單，給每個(gè)電池配一個(gè)繼電器，當(dāng)要檢測(cè)某節(jié)電池時(shí)，打開(kāi)該繼電器即可?？刂评^電器應(yīng)使用譯碼器，保證任何時(shí)候只有一個(gè)繼電器導(dǎo)通^[6]。由于普通機(jī)械繼電器的使用壽命有限(不超過(guò)10萬(wàn)次)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足蓄電池巡檢裝置的要求。所以選用了光繼電器對(duì)每節(jié)電池進(jìn)行隔離,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電壓檢測(cè)示意圖

Fig.3  Diagram of voltage monitoring

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

4  絕緣監(jiān)測(cè)模塊

    直流電源系統(tǒng)的常見(jiàn)故障是一點(diǎn)接地，在一般情況下一點(diǎn)接地并不影響直流系統(tǒng)的運(yùn)行，但如果不能迅速找到接地故障點(diǎn)并予以修復(fù)，又發(fā)生另一點(diǎn)接地故障就可能會(huì)發(fā)生zui大事故，所以對(duì)直流系統(tǒng)絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)接地故障時(shí)及時(shí)排除是非常必要的^[7-9]。

    本絕緣監(jiān)測(cè)模塊具有檢測(cè)30路支路絕緣電阻的功能，測(cè)量精度為±0.3KΩ，同時(shí)還能檢測(cè)母線（合母、控母和母線負(fù)）對(duì)地電壓，測(cè)量誤差為±0.4V。絕緣監(jiān)測(cè)模塊將監(jiān)測(cè)到的對(duì)地電壓值和對(duì)地電阻值通過(guò)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(yīng)處理。其原理如圖4所示。

圖4 絕緣監(jiān)測(cè)模塊原理框圖

Fig.4 Diagram of the module of insulation monitoring

    對(duì)于檢測(cè)絕緣電阻，外主要有“電橋平衡法”、“低頻探測(cè)法”、“檢測(cè)支路漏電流法”等幾種方法。本文采用檢測(cè)支流漏電流的方式來(lái)判斷絕緣電阻，無(wú)需在支路上注入交流小信號(hào)，因而不對(duì)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(cè)示意圖

Fig.5  Diagram of insulation monitoring

    圖5中，HL1、HL2、HLn表示接在各個(gè)供電支路上靠近直流電源監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)關(guān)處的霍爾電流傳感器，若該支路無(wú)漏電流即該支路無(wú)接地時(shí)，流過(guò)傳感器正負(fù)支路上的電流大小相等，方向相反，則對(duì)應(yīng)支路上的霍爾電流傳感器無(wú)輸出。當(dāng)某一段支路出現(xiàn)故障，如圖中n號(hào)支路正上某一點(diǎn)接地，則電流從直流電源正經(jīng)過(guò)接地電阻RL到地，再由地到電源負(fù)，形成一漏電流IL,IL從地到直流負(fù)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(hào)支路的霍爾電流傳感器可檢測(cè)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(fù)，就可以判斷接地故障所在線纜的性^[10]。

5  結(jié)語(yǔ)

    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(qiáng)、結(jié)構(gòu)開(kāi)放靈活、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，每個(gè)環(huán)節(jié)均采用zui技術(shù)，反映了當(dāng)前直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

文章來(lái)源：《電工電氣》 2014年 第5期

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