配網(wǎng)自動化終端電源模塊狀態(tài)自診斷裝置

陳源君，李浪宏，黃 羽，曾祥星

（廣東電網(wǎng)有限責任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

1.引言

近年來，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展帶來了國民生活水準的全面提升，用電量和用電質(zhì)量的需求也提上了日程[1]。我國電力配網(wǎng)自動化得到了快速發(fā)展，并且在具體應(yīng)用過程中取得不錯的成績，但是仍然存在一定不足[2]，由于技術(shù)、管理、人力、物力等方面的原因，當前配網(wǎng)設(shè)備的日常運行維護工作面臨諸多問題。根據(jù)運維經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，配網(wǎng)自動化終端的電源故障率非常高，普通的配網(wǎng)自動化終端電源模塊雖然可以完成充電、供電、電壓轉(zhuǎn)換等基本功能，但在實際使用中，由于過充或過放等原因，會對鋰電池造成很大的損害，并且電源需要長時間帶載運行在嚴酷的戶外環(huán)境，對設(shè)備可靠性要求較高；設(shè)備本身由精密電子元件制作，投入運行后需要關(guān)注運行工況，進行適當維護。目前，日常運維過程中因為缺乏技術(shù)手段，運維人員無法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的工況變化、設(shè)備缺陷甚至是早期的故障，容易導(dǎo)致配電終端設(shè)備失效、開關(guān)位置、電流、電壓信號無法上傳，更嚴重的可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2.該配網(wǎng)自動化終端電源模塊狀態(tài)自診斷裝置介紹

2.1 總體框架

配網(wǎng)自動化終端電源狀態(tài)自診斷裝置適應(yīng)寬電壓輸入范圍，可交直流輸入，具有輸出過壓、過流、電池防反接等保護功能；配有OLED豐富的信息和狀態(tài)顯示，可外接24V鉛酸蓄電池，不間斷地對負載供電；可實時監(jiān)控電池電壓、溫度等狀態(tài)；主要適用于電力配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、電力智能箱變、環(huán)網(wǎng)柜以及其他需要不間斷供電的場合。與傳統(tǒng)運維電源相比，增加了串口通訊、電池內(nèi)阻測試、電池溫度監(jiān)測、電源工況事件記錄等功能，可在線監(jiān)測電池老化情況，并及時上送電源系統(tǒng)工作情況。

圖1 總體框架

2.2 面板

部件說明：(1)OLED顯示屏；(2)控制按鍵；(3)背部接線端子；(4)主接線端子；(5)安裝螺孔；(6)接保護地螺孔。

圖2 面板

2.2.1 主接線端口

端口號 端口名稱 功能定義 1 ACL 交流輸入L相 2 PE 保護地 3 ACN 交流輸入N相 4 NC 無電氣連接 5 VC 告警輸入正 6 POK 交流輸入失電告警輸出 7 HOK 電池活化狀態(tài)輸出 8 VL 電池欠壓告警輸出 9 VH 電壓故障告警輸出 10 HK 遙控活化啟動 11 HG 遙控活化退出 端口號 端口名稱 功能定義12 BG 遙控電池退出13 RL 活化放電負載正14 VG 遙控公共結(jié)點15 Vo- 負載輸出負16 Vo- 負載輸出負17 Vo+ 負載輸出正18 Vo+ 負載輸出正19 B+ 電池接入正20 B+ 電池接入正21 B- 電池接入負22 B- 電池接入負

2.2.2 背部接線端口

端口號 端口名稱 功能定義 端口號 端口名稱 功能定義B1 NC 無電氣連接 B5 BG 無電氣連接B2 NC 無電氣連接 B6 RL 隔離串口發(fā)送數(shù)據(jù)線B3 TB 溫度傳感器B端 B7 VG 隔離串口接收數(shù)據(jù)線B4 TA 溫度傳感器A端 B8 Vo- 隔離串口地線

2.3 端子接線示意圖

主接線端說明：K1、K2、K3為用戶CPU等控制的繼電器觸點（或是光耦，VG為負，光耦不應(yīng)有漏電流），R為電池活化放電電阻，負載為用戶正常負載，電池為24V電池組。接線端子容量為300V/15A。

背部接線端說明：TA、TB為標配的溫度傳感器，特定型號不可隨意選用；外接通訊RS232串口采用標準電平。

圖3 主端子接線示意圖

圖4 背部端子接線示意圖

3.配網(wǎng)自動化終端電源模塊狀態(tài)自診斷裝置工作原理

配網(wǎng)自動化終端電源狀態(tài)自診斷裝置由功率模塊、控制模塊和顯示模塊組成，控制模塊采用由中央處理器、存儲器、只讀存儲器、多種I/O口和終端系統(tǒng)、定時器等功能集成于一體的微型單片機進行控制功率模塊，由交流220V輸入整流、降壓和濾波轉(zhuǎn)為直流27V電源以及對24V蓄電池的充、放電監(jiān)測管理。并采用直流放電測試法監(jiān)測蓄電池的內(nèi)阻；集成溫度傳感器、精密電流、電壓采樣技術(shù)實現(xiàn)蓄電池電流、電壓的監(jiān)測，再經(jīng)顯示模塊顯示出實時輸出電壓、實時輸出電流、實時電池電壓和實時電流等實時數(shù)據(jù)。

4.配網(wǎng)自動化終端電源模塊狀態(tài)自診斷裝置的特點

配網(wǎng)自動化終端電源狀態(tài)自診斷裝置實現(xiàn)對蓄電池狀態(tài)進行實時監(jiān)測的功能，能直觀有效地觀察蓄電池的狀態(tài)；為配網(wǎng)自動化終端電源系統(tǒng)提供了有效的監(jiān)測手段，有效地提升了運維巡檢質(zhì)量和巡檢工作效率。該裝置也采用串口通訊技術(shù)，實現(xiàn)對配網(wǎng)自動化終端電源狀態(tài)的實時遠程監(jiān)測、遠程控制的功能，實現(xiàn)了在線監(jiān)測電池的狀態(tài)，并能及時上送電源系統(tǒng)的工作情況。其特點如下：金屬外殼全屏蔽封裝，防塵防震；安全隔離，高抗干擾能力；最大瞬時功率達750W；具有充電功能，配合24V鉛酸電池使用實現(xiàn)不間斷供電；具有電池活化功能，手動按鍵或遠程自動活化；具有輸出過壓、欠壓、過放、防反接等電池保護功能；具有電池內(nèi)阻和電池溫度監(jiān)測功能；具有OLED直觀顯示功能；具有遠程監(jiān)測、遠程控制功能；具有串口通訊功能。

圖5 電源原理框圖

圖6 電源內(nèi)部隔離框圖

5.配網(wǎng)自動化終端電源模塊狀態(tài)自診斷裝置關(guān)鍵點與優(yōu)勢

近年來，作為智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，配電自動化可以提高配電網(wǎng)供電可靠性、提高運行與管理效率、延緩一次設(shè)備投資，實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟運行[3]。蓄電池是配網(wǎng)自動化設(shè)備運行的基本保障，配網(wǎng)自動化終端電源狀態(tài)自診斷裝置為蓄電池的運行提供了可靠的保障，對配電自動化設(shè)備穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測，極大地提升供電可靠性。

一是該自診斷裝置能起到安全隔離作用，抗干擾，具有充電功能，能夠配合24V鉛酸電池使用實現(xiàn)不間斷供電。

二是具有電池活化功能，可以手動按鍵或遠程自動活化，手動活化當收到活化啟動指令后可以立即執(zhí)行活化操作。自動活化是一種智能型的活化策略，會結(jié)合電池類型、電池內(nèi)阻、活化間隔時間作綜合決策。對于蓄電池，當監(jiān)測到電池內(nèi)阻異常后，會自動執(zhí)行一定的活化操作，以期對電池作可能的修復(fù)。在電池活化過程中，亦會同步執(zhí)行核容策略分析，若活化結(jié)束點到時，發(fā)現(xiàn)電池容量與初始容量差異較大，則給出電池容量異常等狀態(tài)或告警信息。

三是具有OLED直觀顯示、遠程監(jiān)測、遠程控制、串口通訊功等功能。關(guān)于通信接口和通信通道問題，提出兩種解決方案。主要針對增量設(shè)備包括通信接口－智能電源模塊支持RS232/RS485接口；通信規(guī)約－采用modbus規(guī)約；信息點表－遠傳告警信息1位，0正常1異常；通信通道－借助配電自動化終端加密遠傳通道進行傳輸。適用于增量和存量設(shè)備升級改造－通信接口無需改造；通信規(guī)約無需改造；信息點表可將智能電源模塊模塊告警信息位接入配電自動化終端DTU、FTU的開入端口，作為一個開關(guān)量信號采集，在配電終端上送信息點表增加一個遙信上送點位；通信通道可借助配電自動化終端加密遠傳通道進行傳輸。

四是具有電池內(nèi)阻和電池溫度監(jiān)測功能，監(jiān)測電池內(nèi)阻的作用是可以判斷蓄電池自身情況容量和技術(shù)狀態(tài)的優(yōu)劣，這些是電壓電流溫度等運行參數(shù)無法反映的，通過對蓄電池組中的單體蓄電池進行內(nèi)阻測試，能夠準確地掌握蓄電池組中的每個單體蓄電池的性能狀態(tài)，同時對于保證蓄電池供電穩(wěn)定和延長蓄電池組的使用壽命具有重要意義。

五是具有輸出過壓、欠壓、過放、防反接等電池保護功能。創(chuàng)新電池投切管理，當外接電池正負極反接、投入電池電壓過低時不允許投入；主電源工作時反接自動關(guān)主電源，多種情況帶電池短路可以有效保護。

6.結(jié)語

隨著配網(wǎng)自動化的建設(shè)發(fā)展與改造工程的不斷深入，國內(nèi)配網(wǎng)設(shè)備的規(guī)模不斷擴大，對配網(wǎng)自動化的技術(shù)要求會越來越高。本次研究中的配網(wǎng)自動化終端電源模塊狀態(tài)自診斷裝置可以解決傳統(tǒng)運維電源存在的不足，創(chuàng)新對配網(wǎng)自動化終端電源模塊運維工作的方法，能夠?qū)ε渚W(wǎng)自動化終端電源系統(tǒng)實時遠程監(jiān)控，及時觀察蓄電池的狀態(tài)，大大提升了運維巡檢質(zhì)量和巡檢工作效率，保證電力系統(tǒng)可靠運行，減少因停電而導(dǎo)致的損失，提高經(jīng)濟效益。