基于单片机的变电站直流系统远程充放电控制技术研究

丁芃

宁夏送变电工程有限公司 宁夏银川市 750001

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，电力行业发展也十分快速。直流电源故障分析系统通过监测和分析蓄电池、充电机、绝缘装置及蓄电池监测装置的运行参数变化趋势，深入了解上述设备的运行状态，及时发现蓄电池组、充电机的故障及不满足有关规程、反措要求的绝缘监测装置。根据装置、设备的性能劣化程度，提出检修建议与方案，逐步实现状态检修，以大大减少直流电源设备的日常维护工作量；确保蓄电池组具有事故跳闸和2h事故放电能力，防止直流电源消失引起保护拒动事故；消除充电机不稳定输出对蓄电池造成的不利影响，从而提高直流电源系统的供电可靠性；交流窜入、直流环网、电压偏差及电压波动等各种直流接地故障能及时告警并得到排除，以预防直流系统一点接地引起保护误动。

关键词：变电站；直流系统；智能化

引言

并联直流电源技术解决了传统串联直流电源系统单个电池开路影响系统可靠性、新旧电池不能混合使用、无法在线全容量核容等问题。但目前大多数直流系统还是采用蓄电池串联型系统，迫切需要改造为并联型直流电源系统。文章针对现有传统直流系统，提出了具体的改造实施方案。

1直流系统

自动化系统是调控变电站运行的关键，为实现对操作信号的精确控制，需针对断路器的分合采取可靠的保护措施。若变电站内部未形成足够的冲击电流，则要参考行业标准，采取科学的计算方法，对其做灵活调整。此外，还要保留足够的容量，一旦出现异常状况依然可以满足变电站在短时间内的运行需求。在直流系统的设计方案中，可省去降压硅链，增设微机型监测装置，而为了掌握蓄电池的容量情况，需适配特定检测仪。变电站的运行必须得到特定直流电源的支持，其与通信模块的直流电源存在较大差异，二者不具备公用的条件，因此要独立设置，形成一套满足变电站运行需求的直流系统。当变电站或电厂发生故障后，系统会出现充电模块故障，导致直流电压输出出现异常，其间需要蓄电池组放电以维持电路和控制模块等负载的正常运行。但是，蓄电池组采取串联模式，若一节发生故障，则会导致蓄电池组无法正常输出，造成直流母线失压和控制模块因失电而无法工作。经过对工程事故的研究总结，引发直流系统母线电压丢失的原因一般有蓄电池组断开和蓄电池保护电路断开两种。所以，人们往往从解决单节电池失效问题的角度进行保护方案设计。

2直流电源系统设计

2.1开发直流电源故障智能分析辅助决策系统

直流电源故障智能分析辅助决策系统需要在采集故障信息的基础上对直流系统进行故障建模及分析，要能准确及时地对直流电源系统的异常及故障情况做出分析，并根据分析结果发出告警或警示，分析结果以图形、文本等方式展示出来，通过监测分析，可判断出直流斩波器、硅链等稳压、调压设备的特性是否满足直流系统的运行要求；可以监测在蓄电池转供期间，特别是在出现保护装置动作等大负荷状态时，各蓄电池所表现出的容量情况及母线电压的波动情况，以判断蓄电池容量是否满足运行要求，在容量不满足运行要求时能及时发出告警信息；直流系统绝缘监测装置在进行接地检测时，由于平衡回路的切换，将会造成直流系统对地电阻和对地电容的变化，通过在直流系统绝缘监测装置检测动作时同步检测对直流系统的扰动情况，可以鉴别出直流系统绝缘监测装置的原理及特性是否满足直流系统的运行要求。系统的总体结构拟采用四层构架，划分为数据采集层、数据管理层、故障断诊断层、Web展示层。其中，数据采集层实现的功能是使用TCP/IP通信收集前端数据采集装置上传的数据，并将系统的控制指令发送给前端采集装置，从而实现系统软件与前端装置之间的数据交互。采集层监控每台采集装置的工作状态、网络情况，并将数据传输给数据管理层。数据管理层主要功能有数据的预处理、数据计算、数据校验及纠错、数据库管理等。数据管理层将采集层的数据全部整理完成，录入数据库的同时为故障诊断层提供有效的数据。故障诊断层是软件的核心部分，涉及直流系统的故障诊断方法。故障诊断层根据数据管理层提供的数据及设定的参数分析出各个直流系统目前的工作状态是否良好，从而判断系统是否进入高速采集模式；同时，故障诊断层将根据采集数据的变化趋势对直流系统故障状态提前预警。展示层为操作展示层，系统利用Web进行信息展示及操作。

2.2现有保护方案概述

为提高直流系统的供电可靠性，目前已经采用了包括蓄电池跨接技术、蓄电池升压并联技术、蓄电池组分组冗余技术在内的可靠性提升方案。蓄电池组跨接技术在每节电池的两端设置跨接端子，当单体电池内阻过大或发生开路故障时，跨接端子在此电池端进行跨接，对于电池组来说，仅损失一节电池的电压。此种技术的缺点在于，如果故障电池较多，就会导致电池组电压过低，从而不能正常工作。电池组并联技术将电池进行升压并联，提高了直流系统的供电可靠性，如图3所示。但显而易见，此种方式增加了系统的复杂性。在后级短路的情况下，由于变换器的限流作用，电池组很难为后级断路器提供跳闸电流。蓄电池组分组冗余技术可以看作是并联技术的一种特殊形式，将蓄电池分为两组，实现冗余供电。它改变了原电池组的布置方式，并且更改了原有的充电系统结构。

2.3充电模块运检技术

加强充电模块的性能测试和检验，稳流精度、稳压精度、纹波系数、工频耐压、绝缘电阻等不合格的充电模块要及时改造。充电模块的风扇损坏频繁，易造成运行的充电模块温度过高，继而模块保护。因此，要督促厂家使用质量好的双轴流风扇，运维人员要定期进行风扇除尘，防止积灰影响风扇的正常转动。此外，模块背面连接插头的接触电阻、插拔力、允许电流及寿命应满足产品使用要求。

2.4充电屏交流输入回路故障运检技术

提高站用交流电源系统的供电可靠性和电压质量，防止雷电和牵引站、钢铁厂等特殊负载对系统的扰动。运检工作结束后，要核对充电屏交流输入回路的相序，防止存在三相不平衡或缺相。严格落实直流充电装置交流电源I、II路定期切换工作，及时发现接触器异常情况。此外，还要认真检查接触器电缆是否牢固，防止虚接，核实交流监测单元反馈的两路三相交流输入电压、电流等信息，确保交流监测单元与主监控的通讯正常。

结语

综述所述，近年来随着变电站建设规模加大，智能技术也逐步被引入变电站中。搭建的直流电源故障分析系统可通过采集运行中充电机、绝缘监测装置、蓄电池巡检装置数据，分析装置是否出现故障；可实现蓄电池开路、短路、容量下降等故障的判断与告警；可实现绝缘装置接地故障报警与隐患的分析监测功能，可实现接地引起保护误动分析，十分适用于直流电源设备全生命周期的管理。

参考文献

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