改善變電站直流電源系統(tǒng)監(jiān)控器功能的措施

張明冠

摘 要： 目前變電站直流電源系統(tǒng)監(jiān)控器不能夠?qū)π铍姵睾统潆娔K兩大核心部件進(jìn)行有效監(jiān)控。如長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)不能發(fā)現(xiàn)蓄電池是否存開路、零容量現(xiàn)象;充電模塊輸出濾波電容損耗電容量降低導(dǎo)致充電模塊帶載能力下降，而由于多臺(tái)充電模塊并聯(lián)運(yùn)行，監(jiān)控器難以發(fā)現(xiàn)帶載能力欠缺的充電模塊。本文介紹對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控器邏輯程序進(jìn)行一些升級(jí)的建議。

關(guān)鍵詞：有效監(jiān)控 充電模塊 蓄電池

1.前言

2013年10月24日，局屬220kV錫都變電站2號(hào)直流系統(tǒng)發(fā)“2號(hào)蓄電池組欠壓”告警信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)直流系統(tǒng)4個(gè)充電模塊均損壞，無法正常輸出，直流母線電壓已經(jīng)降至198V，充電屏上也無任何充電模塊告警信號(hào);查看蓄電池放電信息發(fā)現(xiàn)10月18日蓄電池已經(jīng)開始放電。如果該缺陷不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成直流系統(tǒng)失壓，將危害變電站安全運(yùn)行。事后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)充電模塊輸出回路濾波電容量下降，不能正常帶載。

2.直流電源監(jiān)控器一般功能要求[1]

監(jiān)控單元是高頻開關(guān)電源及其成套裝置的監(jiān)控、測(cè)量、信號(hào)和管理系統(tǒng)的核心部分，應(yīng)根據(jù)直流電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，綜合分析各種數(shù)據(jù)和信息，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施控制和管理。監(jiān)控單元的測(cè)量功能

1）應(yīng)能測(cè)量如下模擬量：

a） 充電裝置交流輸入電壓（交流輸入電壓 323～456V 范圍內(nèi)）;

b） 充電裝置輸出電壓/電流;

c） 合閘母線/控制母線電壓;

d） 蓄電池組電壓/電流;

e） 各個(gè)高頻電源模塊輸出電流。

2）測(cè)量精度

a）電流： 1%0.0005C10;

b）電壓： 0.5%（90%～130%額定電壓范圍內(nèi)）。

監(jiān)控單元應(yīng)具有限壓限流特性，當(dāng)模塊輸出電流小于其設(shè)置電流時(shí)，控制模塊工作在恒壓狀態(tài);當(dāng)模塊輸出電流達(dá)到設(shè)置電流時(shí)，控制模塊工作在恒流狀態(tài)。

監(jiān)控單元應(yīng)具備自診斷功能，能夠診斷內(nèi)部的電路故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài)，并以硬節(jié)點(diǎn)和報(bào)文形式給出報(bào)警到變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)。

運(yùn)行方式設(shè)置功能：具有自動(dòng)/手動(dòng)進(jìn)行均衡充電/浮充電切換功能;停電時(shí)間超過一定時(shí)間或蓄電池放電容量超過設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)轉(zhuǎn)為均衡充電;根據(jù)整定時(shí)間監(jiān)控單元應(yīng)能自動(dòng)控制充電裝置定期對(duì)蓄電池組進(jìn)行均衡充電，確保蓄電池組隨時(shí)具有額定的容量。

事件記錄功能：監(jiān)控單元應(yīng)能儲(chǔ)存不少于 500 條事件。運(yùn)行參數(shù)的修改、直流電源系統(tǒng)告警、均充等事件，事件記錄應(yīng)包括開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，且時(shí)間記錄應(yīng)精確到秒。事件記錄具有掉電保持功能。

操作權(quán)限管理：監(jiān)控單元應(yīng)具有操作權(quán)限密碼管理功能，任何改變運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)的操作均需要權(quán)限確認(rèn)。

模擬量測(cè)量功能，應(yīng)明確對(duì)兩路交流輸入電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，備用交流輸入異常時(shí)應(yīng)報(bào)警安排檢查處理;增設(shè)直流電壓穩(wěn)壓監(jiān)測(cè)，紋波電壓監(jiān)測(cè)，蓄電池浮充電流過流監(jiān)測(cè)。通訊功能增設(shè)USB口通訊方便拷貝數(shù)據(jù)。

3.監(jiān)控器控制充電模塊和蓄電池“輪流值班”功能的開發(fā)

3.1 兩路交流自動(dòng)切換輪流值班

交流輸入電源是提供能源的主要輸入途徑，應(yīng)保證兩路交流電源回路的正常可靠。設(shè)定切換時(shí)間及功能退出參數(shù)，不默認(rèn)一路為主，一路為輔。輪流切換后發(fā)現(xiàn)異常如接線接觸不良，交流接觸器異常等問題，應(yīng)及時(shí)切換至原正常一路供電，并報(bào)缺陷及時(shí)處理，保證交流輸入電源的可靠性。

3.2 充電模塊輪流值班輸出

充電模塊作為作為交流電變換為直流電的能量交換元件，其性能直接影響直流電源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。目前變電站直流電源系統(tǒng)一般包含3個(gè)及以上充電模塊，三個(gè)模塊并聯(lián)輸出，采用監(jiān)控器調(diào)節(jié)均流輸出，但在充電模塊無輸出電流時(shí)不會(huì)發(fā)出告警信號(hào)。局內(nèi)35kV變電站直流經(jīng)常性負(fù)2到5A，配備4個(gè)220V10A充電模塊;110kV變電站為荷直流經(jīng)常性負(fù)荷為5到8A，配備4個(gè)220V20A充電模塊;220kV變電站單套直流負(fù)荷也僅有5到8A，配備4個(gè)220V20A充電模塊;負(fù)荷較小，均流效果不明顯，有些模塊帶載不明顯，不能通過輸出電流判斷充電模塊是否存在異常。直流經(jīng)常性負(fù)荷小于單個(gè)模塊的輸出額定電流，只要有一個(gè)充電模塊正常運(yùn)行，仍然能保證直流電源系統(tǒng)浮充電壓保證在正常范圍內(nèi)，監(jiān)控器不能發(fā)現(xiàn)有故障不能正常輸出的充電模塊，一旦正常運(yùn)行的一個(gè)充電模塊損壞，則檢修人員必須進(jìn)行搶修。采用充電模塊輪流輸出的控制模式，可以有效監(jiān)控存在異常的充電模塊。如一套直流系統(tǒng)內(nèi)包含有4個(gè)充電模塊，4個(gè)充電模塊均有相應(yīng)的地址，監(jiān)控器將第1個(gè)充電模塊輸出電壓維持不變，降低其余3個(gè)充電模塊輸出電壓，讓第1個(gè)模塊供給經(jīng)常性負(fù)荷保持5分鐘以上，檢測(cè)該模塊輸出電流小于0.9倍的額定電流且直流母線電壓明顯波動(dòng)，說明該充電模塊損壞，輪流值班完成后恢復(fù)正常運(yùn)行;依次輪流值班，便可發(fā)現(xiàn)存在損壞或者輸入輸出回路接觸不良的充電模塊，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的缺陷，安排處理。

3.3 調(diào)節(jié)充電模塊電壓，蓄電池值班帶站內(nèi)直流經(jīng)常性負(fù)荷

變電站蓄電池組一般由104只2V的蓄電池串聯(lián)而成，作為直流電源系統(tǒng)核心組成元件，這104只蓄電池之中只要有一只蓄電池存在異常便會(huì)影響整組蓄電池的性能，如出現(xiàn)一只蓄電池存在開路現(xiàn)象，那整組蓄電池容量即為零，直接影響變電站的安全運(yùn)行。目前變電站鉛酸蓄電池組使用壽命7到8年，是所有電力設(shè)備里，壽命最短的電力系統(tǒng)元件，運(yùn)維工作量非常大。長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)不能發(fā)現(xiàn)蓄電池是否存開路、零容量現(xiàn)象，只依靠蓄電池巡檢儀發(fā)現(xiàn)單只蓄電池電壓高于2.6V，或者單只電壓低于1.8V時(shí)，蓄電池組使用壽命已經(jīng)終止，需要緊急更換。而使用內(nèi)阻測(cè)試儀檢測(cè)，可靠性不高，技術(shù)有待提高。使用監(jiān)控器調(diào)節(jié)降低充電模塊輸出電壓，蓄電池供站內(nèi)直流經(jīng)常性負(fù)荷，通過檢測(cè)單只蓄電池電壓發(fā)行是否存在開路現(xiàn)象，同時(shí)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)行對(duì)比，可以有效對(duì)蓄電池運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估，做好狀態(tài)檢修，從而提高直流電源監(jiān)控器對(duì)蓄電池的監(jiān)控可靠性。

監(jiān)控器可以新增定期調(diào)節(jié)降低充電模塊輸出電壓功能，使蓄電池組端電壓高于充電模塊輸出電壓，蓄電池組帶經(jīng)常性負(fù)荷運(yùn)行。

系統(tǒng)并能記錄生成報(bào)告，報(bào)告包含內(nèi)容：放電容量、放電電流、環(huán)境溫度、放電時(shí)間、單只蓄電池電壓、5只較低蓄電池電壓、充電過程充電容量，單只蓄電池電壓，監(jiān)控器提供USB接口，將報(bào)告拷貝至U盤。通過對(duì)數(shù)據(jù)比對(duì)的分析，檢修人員可以對(duì)蓄電池進(jìn)行有效狀態(tài)分析，提前發(fā)現(xiàn)問題安排處理更換。

由此提高監(jiān)控器監(jiān)控蓄電池的有效性，減少運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，降低人力資源成本;采用軟件自動(dòng)控制自行完成，技術(shù)成熟，無硬件成本，可大力推廣應(yīng)用。

4.結(jié)束語

依靠現(xiàn)在微機(jī)智能化產(chǎn)品技術(shù)的越發(fā)成熟，加強(qiáng)軟件開發(fā)，規(guī)程規(guī)范跟隨其后，減少硬件成本投資，減少資源浪費(fèi);讓智能化機(jī)器對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行更有效可靠的監(jiān)控，減少變電檢修、運(yùn)行人員的工作量。

參考文獻(xiàn)

[1] 梅成林、 鄧小玉、 劉瑋、 楊忠亮、 袁亮榮、 徐敏敏、 王奕、 盛超 ;變電站直流電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)設(shè)備管理部 ， 2012.