一種新型直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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、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]。

作者簡介：王波（1987），男，工學(xué)碩士，主要從事工業(yè)自動(dòng)化的研究；包林杰（1982），男，工學(xué)學(xué)士，主要從事工業(yè)自動(dòng)化的研究；朱大衛(wèi)（1984），男，工學(xué)學(xué)士，主要從事工業(yè)自動(dòng)化的研究。

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。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(jī)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(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)，接線簡單，安裝方便。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

綜合監(jiān)控模塊是直流監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，其采用知名公司的真正工業(yè)級(jí)32位處理器作為主控芯片，能夠最大限度地提高系統(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(hào)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(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(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指定值,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(jìn)行充電。從而能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行維護(hù)，延長電池使用壽命，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。本電池巡檢模塊最多可檢測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。

在對(duì)單體電池電壓進(jìn)行測量時(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單，給每個(gè)電池配一個(gè)繼電器，當(dāng)要檢測某節(jié)電池時(shí)，打開該繼電器即可?？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10萬次)，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。

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)算放大器最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)測模塊

直流電源系統(tǒng)的常見故障是一點(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)生最大事故，所以對(duì)直流系統(tǒng)絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，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(shí)還能檢測母線（合母、控母和母線負(fù)）對(duì)地電壓，測量誤差為±0.4V。絕緣監(jiān)測模塊將監(jiān)測到的對(duì)地電壓值和對(duì)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(yīng)處理。其原理如圖4所示。

對(duì)于檢測絕緣電阻，國內(nèi)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(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)開關(guān)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(shí)，流過傳感器正負(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輸出。當(dāng)某一段支路出現(xiàn)故障，如圖中n號(hào)支路正極上某一點(diǎn)接地，則電流從直流電源正極經(jīng)過接地電阻RL到地，再由地到電源負(fù)極，形成一漏電流IL,IL從地到直流負(fù)極流經(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極性[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(qiáng)、結(jié)構(gòu)開放靈活、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，每個(gè)環(huán)節(jié)均采用最先進(jìn)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，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

文章來源：《電工電氣》 2014年第5期

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