楊小琴¹ 王 波² 包林傑² 朱大衛²

（1.華東建築設計研究院有限公司  上海市  200002）

（2.江蘇安科瑞電器製造有限公司  無錫  214400）

摘要：介紹了一款無人職守的智能直流電源監控係統
，闡述了綜合監控模塊、電池巡檢模塊和絕緣監測模塊。該係統采用分散控製、集ji中zhong管guan理li的de模mo塊kuai化hua方fang式shi，能neng自zi動dong檢jian測ce直zhi流liu電dian源yuan係xi統tong的de各ge種zhong數shu據ju，並bing對dui係xi統tong故gu障zhang進jin行xing實shi時shi監jian測ce及ji報bao警jing，實shi現xian蓄xu電dian池chi的de智zhi能neng管guan理li
，較jiao好hao地di滿man足zu無wu人ren值zhi守shou變bian電dian站zhan及ji配pei網wang自zi動dong化hua的de需xu求qiu。             

關鍵字：直流電源係統；實時監測；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

 The new design of a DC power supervise control system

Yang Xiaoqin¹  Wang Bo²  Bao Lin-jie²  Zhu Da-wei²

（1.East China Architectural Design & Research Institute Co.,，200002）

      (2.Jiangsu Acrel Co., Ltd. ,Wuxi  214400，China)

Abstract：The unattended DC power supervise control system are introduced in this article
，and the module of comprehensive monitoring、the module of battery inspection and the module of insulation monitoring are  significantly introduced. The form of decentralized management and centralized management are taken in the system，and the dates of DC power supervise control system are all monitored automatically，and it can also supervise the failure of the system and send off alarm，so as to achieve the intelligence management for storage battery。By doing so，we can satisfy the meeting of transformer substation and power distribution automation without people on duty.

Key words: Direct current power supervise control system; Real-time monitoring; Modularization

0   引言

    隨著現代科學技術的發展
，電力係統逐漸向綜合自動化
、電站無人職守的方向發展，直流電源監控係統
，作為控製負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等的電源

，是電力係統控製、保護的基礎，其可靠與否直接影響到供配電係統的安全運行^[1-2]。因此提高直流電源監控係統的可靠性及自動化水平

，以滿足電力係統發展的需求變得越來越重要。

    本文結合現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控係統。該係統采用集中管理、獨立控製的模塊化設計
，具有“遙測
、遙信、遙控、遙調”功能，易於實現電力係統綜合自動化，是傳統直流電源監控係統的新一代替換產品^[3]。                     

1  直流電源監控係統

    本直流電源監控係統采用集中管理
，獨立控製，主要適用於20～200AH單電單充係統，可實現24節電池巡檢和30路支路絕緣監測。係統由綜合監控模塊、電池巡檢模塊
、絕緣監測模塊、充電模塊以及上位機顯示控製模塊組成，其中電池巡檢、絕緣檢測通過RS485接口與綜合監控模塊聯機。該直流電源監控係統采用集中一體式加擴展單元的組合結構，接線簡單，安裝方便。其結構如圖1所示。

圖1 係統結構框圖

Fig.1  Overall configuration of system

2  綜合監控模塊

    綜合監控模塊是直流監控係統的神經中樞，其采用知名公司的真正工業級32位處理器作為主控芯片，能夠最大限度地提高係統的可靠性和運行速度。綜合監控模塊經RS-485接口對其他模塊進行集中管理控製^[4]。其中電池巡檢模塊、絕緣監測模塊分別將監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jie口kou發fa送song給gei綜zong合he監jian控kong模mo塊kuai。綜zong合he監jian控kong模mo塊kuai根gen據ju內nei部bu預yu先xian設she定ding的de報bao警jing值zhi進jin行xing比bi較jiao產chan生sheng報bao警jing信xin號hao並bing記ji錄lu報bao警jing的de起qi始shi與yu結jie束shu時shi間jian。另ling外wai綜zong合he監jian控kong模mo塊kuai可ke根gen據ju電dian池chi組zu電dian流liu大da小xiao自zi動dong進jin行xing均jun、浮充管理，從而大大延長了蓄電池組的使用壽命。

    此外綜合監控模塊本身可監測8路係統開關量狀態，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。

3  電池巡檢模塊

    蓄電池作為備用電源與整個直流供電係統的可靠性密不可分，因此保證蓄電池的正常運行是整個直流電源係統的首要任務^[5]。本文通過電池巡檢模塊對電池組中每節電池的端電壓、電流、溫度進行巡檢，並將結果通過RS485總線傳送給綜合監控模塊。若某一節蓄電池電壓低於或高於指定值,則由綜合監控模塊發出報警指示,並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biao明ming該gai蓄xu電dian池chi的de性xing能neng變bian差cha或huo過guo度du放fang電dian，則ze指zhi示shi充chong電dian模mo塊kuai進jin行xing充chong電dian。從cong而er能neng夠gou對dui電dian池chi進jin行xing維wei護hu，延yan長chang電dian池chi使shi用yong壽shou命ming，確que保bao係xi統tong安an全quan可ke靠kao運yun行xing。本ben電dian池chi巡xun檢jian模mo塊kuai最zui多duo可ke檢jian測ce24節單體電池電壓
，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

Fig.2  Diagram of the module of battery inspection

    在對單體電池電壓進行測量時
，因係統中蓄電池多采用串聯結構,其輸出電壓高達250V,所以輸入通道的多路轉換是一個難點。目前常用的多路轉換方法:電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)法(fa)和(he)繼(ji)電(dian)器(qi)隔(ge)離(li)法(fa)。繼(ji)電(dian)器(qi)隔(ge)離(li)法(fa)操(cao)作(zuo)簡(jian)單(dan)
，給(gei)每(mei)個(ge)電(dian)池(chi)配(pei)一(yi)個(ge)繼(ji)電(dian)器(qi)，當(dang)要(yao)檢(jian)測(ce)某(mou)節(jie)電(dian)池(chi)時(shi)
，打(da)開(kai)該(gai)繼(ji)電(dian)器(qi)即(ji)可(ke)。控(kong)製(zhi)繼(ji)電(dian)器(qi)應(ying)使(shi)用(yong)譯(yi)碼(ma)器(qi)，保(bao)證(zheng)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)繼(ji)電(dian)器(qi)導(dao)通(tong)^[6]。由於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電池進行隔離,其結構如圖3所示。

圖3 電壓檢測示意圖

Fig.3  Diagram of voltage monitoring

    在電池巡檢模塊中，對每一節蓄電池配置一光繼電器，由CPU控kong製zhi其qi關guan段duan，正zheng常chang情qing況kuang下xia光guang繼ji電dian器qi處chu於yu斷duan開kai狀zhuang態tai
，當dang要yao對dui電dian池chi進jin行xing巡xun檢jian時shi
，每mei次ci隻zhi將jiang一yi節jie電dian池chi接jie入ru采cai樣yang電dian阻zu
，然ran後hou將jiang采cai樣yang信xin號hao送song入ru運yun算suan放fang大da器qi最zui後hou再zai由you電dian池chi巡xun檢jian儀yi進jin行xing運yun算suan處chu理li
，從cong而er得de到dao蓄xu電dian池chi電dian壓ya。

4  絕緣監測模塊

    直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)常(chang)見(jian)故(gu)障(zhang)是(shi)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)
，在(zai)一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)並(bing)不(bu)影(ying)響(xiang)直(zhi)流(liu)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)，但(dan)如(ru)果(guo)不(bu)能(neng)迅(xun)速(su)找(zhao)到(dao)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)點(dian)並(bing)予(yu)以(yi)修(xiu)複(fu)，又(you)發(fa)生(sheng)另(ling)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)就(jiu)可(ke)能(neng)會(hui)發(fa)生(sheng)最(zui)大(da)事(shi)故(gu)，所(suo)以(yi)對(dui)直(zhi)流(liu)係(xi)統(tong)絕(jue)緣(yuan)狀(zhuang)況(kuang)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)，出(chu)現(xian)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)時(shi)及(ji)時(shi)排(pai)除(chu)是(shi)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)的(de)^[7-9]。

    本絕緣監測模塊具有檢測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。絕緣監測模塊將監測到的對地電壓值和對地電阻值通過RS485總線發送給綜合監控模塊，並由綜合監控模塊作出相應處理。其原理如圖4所示。

圖4 絕緣監測模塊原理框圖

Fig.4 Diagram of the module of insulation monitoring

    對於檢測絕緣電阻，國內外主要有“電橋平衡法”
、“低頻探測法”、“檢測支路漏電流法”等deng幾ji種zhong方fang法fa。本ben文wen采cai用yong檢jian測ce支zhi流liu漏lou電dian流liu的de方fang式shi來lai判pan斷duan絕jue緣yuan電dian阻zu，無wu需xu在zai支zhi路lu上shang注zhu入ru交jiao流liu小xiao信xin號hao，因yin而er不bu對dui直zhi流liu係xi統tong產chan生sheng任ren何he影ying響xiang
，其qi原yuan理li如ru圖tu5所示。

圖5 絕緣監測示意圖

Fig.5  Diagram of insulation monitoring

    圖5中，HL1、HL2、HLnbiaoshijiezaigegegongdianzhilushangkaojinzhiliudianyuanjiankongxitongkaiguanchudehuoerdianliuchuanganqi，ruogaizhiluwuloudianliujigaizhiluwujiedishi
，liuguochuanganqizhengfuzhilushangdedianliudaxiaoxiangdeng，fangxiangxiangfan，zeduiyingzhilushangdehuoerdianliuchuanganqiwushuchu。dangmouyiduanzhiluchuxianguzhang，rutuzhongn號支路正極上某一點接地，則電流從直流電源正極經過接地電阻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的是分布參數
，若有N條支路，則流經每一條支路的電流近似為IL,因而從位於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U+，U-和IL的數值，就可得到接地電阻的大小，再根據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  結語

    本文介紹的這種直流電源監控係統，在總體上具有功能強、結構開放靈活、實時性好、可靠性高等優點，每個環節均采用最先進技術，反映了當前直流電源監控係統的發展趨勢，具有十分廣闊的應用前景。

文章來源：《電工電氣》 2014年 第5期

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，北華大學學報：自然科學版，2001.2(1):84-88.

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