一種新型直流電源監(jiān)控系統(tǒng)的設計
孫麗莉
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

0   引言
　　隨著現(xiàn)代科學技術的發(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)代計算機技術以及自動化技術，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]。                  
　　作者簡介：王波（1987），男，工學碩士，主要從事工業(yè)自動化的研究；包林杰（1982），男，工學學士，主要從事工業(yè)自動化的研究；朱大衛(wèi)（1984），男，工學學士，主要從事工業(yè)自動化的研究。
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，接線簡單，安裝方便。其結(jié)構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構框圖

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，其采用知名公司的真正工業(yè)級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指定值,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。

圖2 電池巡檢模塊原理框圖

　　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,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。控制繼電器應使用譯碼器，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)構如圖3所示。

圖3 電壓檢測示意圖

　　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最后再由電池巡檢儀進行運算處理，從而得到蓄電池電壓?！　?BR>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)生最大事故，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

　　對于檢測絕緣電阻，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，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

　　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號支路正極上某一點接地，則電流從直流電源正極經(jīng)過接地電阻RL到地，再由地到電源負極，形成一漏電流IL,IL從地到直流負極流經(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、結(jié)構開放靈活、實時性好、可靠性高等優(yōu)點，每個環(huán)節(jié)均采用最先進技術，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。