变电站直流电源远程监控及维护系统设计探究

变电站直流电源远程监控及维护系统设计探究

陈凯

国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000

摘要：近年来，随着人们生活水平的提高，使得对电力系统运行稳定性、可靠性的要求也越来越高，在一些变电站中有人值守点监控已经满足不了社会的发展需求了。因此，电力系统变电站也正在向着数字化、智能化的方向发展。通过对直流电源运行和维护的分析，在此基础上提出了一种基于电力局域网的直流电源远程监控和维护系统，同时，给出了远程监控系统的拓扑架构，进而对整个变电站直流电源远程监控及维护系统进行了规划。

关键词：变电站；直流电源远程监控；维护系统；高频开关电源

引言

在电力系统中，直流电源为控制负荷和动力负荷供电，是继电保护、自动装置和断路器等正确动作的基本保证。随着电力体制改革的深入，对电网运行的安全性、可靠性、稳定性及管理水平的要求不断提高，传统的有人值守变电站已不能满足社会的需求，电力系统变电站正朝着数字化、无人值守型方向发展，而直流电源系统自身的远程在线监控却无完善的实施方案和技术手段，使得发电厂、变电站总体自动化水平受到影响，同时也给电网安全运行留下隐患。

1直流电源运行、维护管理现状

目前变电站直流系统已普遍采用高频开关电源充电模块及阀控式密封铅酸（ＶＲＬＡ）蓄电池。高频开关电源模块具有体积小、重量轻、噪声低、稳压精度高、纹波系数小、配置灵活的特点，ＶＲＬＡ蓄电池密封好、无泄漏、无污染、放电性能好、无须加酸加水、维护量小。直流电源系统通过监控串口与变电站后台实现通讯，可在调度端实现对直流系统的“三遥”；但调度中心只能通过远动通道获取直流系统少量的重要信息，包括遥信量（充电机交流电源故障、充电机故障、直流绝缘接地、直流电源电压异常）及遥测量（控母电压等），而不能反映直流系统的详细运行情况，无法及时了解现场直流设备和蓄电池组的工作状态、运行性能。目前，直流系统的维护只是对充电设备进行巡检、对蓄电池组进行日常维护和年度放电核对容量。由于电池参数、外部环境及单体自放电的差异，使得蓄电池组各单体电池的电压实际并不均衡，造成蓄电池组中某些单体蓄电池出现过充或欠充，缩短了蓄电池组的使用寿命。因此实现蓄电池组遥控放电和在线均衡，提高蓄电池维护效率、延长使用寿命，将分散的直流电源信息由人工巡检变为实时检测，对直流系统实施远程监控、满足智能电网的要求，是直流电源系统的重要发展方向。

2系统的拓扑架构

直流电源远程监控和维护系统被详细的分成了3层，即管理应用层、网络通信层和数据采集层。变电站端的本地监控装置将数据采集层的设备连接在一起，将所采集到的各种相关的数据传输到网络通信层，由网络通信层对数据进行处理以后便传输到管理应用层。如此一来，要想对直流系统的信息进行浏览，便可在网上完成。而远程监控终端可以给各个分级管理终端提供相应的管理口令，各分级管理终端便可以根据自己的权限对变电站的信息参数进行更改

3系统功能及作用

(1)实时采集功能:系统通过终端采集模块,实时采集变电站通讯机房交流和直流遥测和遥信信息,并经处理后通过串口传至系统服务器,使变电站直流系统的维护人员实时掌握其运行信息。(2)短信报警功能:一旦变电站通讯机房交流系统或直流系统停运,系统将通过短信平台将停运信息发到有关维护人员的手机上,维护人员将迅速赶到变电站进行处理恢复。该功能可有效地预防因交流停电,使蓄电池放电过度而中断直流系统的事故发生,从而导致通讯和自动化等系统中断的恶性事故的发生。(3)报表打印功能:将变电站直流系统或交流系统及通道运行信息,以报表形式打印归档,便于维护人员分析电源系统和通道系统的运行水平,及时安排检修。本功能可将变电站电源系统故障消除在萌芽状态。

4维护系统的设计

4.1本地监控装置

大部分变电站的变电站端都有安装本地监控装置，其是以RS232/RS485通讯方式连接原直流电源主监控装置。在对蓄电池组的电压、电流进行控制时，通过电池均衡采集子系统完成，通过电池智能放电子系统的相关功能来完成母线状态的切换、蓄电池放电等多种保护措施，保证了放电过程的安全性；能够采集到各馈线支路开关的位置和脱扣状况，可以采集到系统中直流电源的数据，进而对充电机的状态转换参数进行了修改。

4.2电池均衡采集子系统

电池均衡采集子系统由一个电源模块和多个均衡采集模块组成，采用下放式安装结构，利用ＲＳ４８５总线构成传感器网络，与本地监控装置通讯。其中，电源模块采集蓄电池组电压、电流，并为其他均衡采集模块提供工作及均衡充电电源；均衡采集模块集电池均衡和电压、内阻检测为一体，每个模块可实时采集12路电池的电压、温度，采用分段式直流放电法在线测量内阻，同时按间歇式低充高放、优先充电的双闭环控制原则，当单只电池电压与电池平均电压差大于整定值时，实时启动均衡模块，使电压高的电池放电、电压低的电池充电，达到电池电压的均衡，从而延长电池正常使用寿命并提高直流系统运行安全性。接线采用可插拔端子，方便接线和维护操作，带有自恢复保险丝不会烧毁模块和导致短路，使系统维护风险降低到最低。

4.3电池智能放电子系统

4.3.1双母线分段直流系统

此系统中有2套直流设备，在进行放电试验时，需要将实验中的一套直流设备退出运行，由另外一套直流设备带两段直流母线进行运行；对实验的蓄电池组进行全核对性放电，通过对远程或就地操作相应的开关来完成蓄电池的核对性放电试验。

4.3.2单组蓄电池直流系统

当系统中只有一组蓄电池时，既不能退出运行，也不能进行全核对性放电试验，只能用恒流对额定容量进行控制。

4.4馈线开关量采集子系统

此系统主要对母线以及各个馈线开关的位置和脱扣状态信息进行采集。此系统与本地监控装置进行通讯时，是通过RS485总线来完成的。每一个开关量采集模块可以同时对多路开关量进行监测。每路开关量都是通过光电进行隔离的，具有极强的抗干扰性能。

4.5数据中心服务器

数据中心服务器安装于通讯机房，通过光纤局域网负责与每个变电站的本地监控装置通信，接收其发来的所有数据并对数据进行处理、分析，分发信息到局域网上的各个远程监控终端；并存储每个子站发来的报警数据和需要保存的历史数据，建立各子站直流电源装置台帐，可查询、更改每个装置的设置。

4.6远程监控终端

各个远程监控终端在局域网上可浏览各个变电站直流系统所有信息，设置每个变电站的直流系统模拟图，并可在模拟图上直接显示母线电压、电流，电池电压、电流，馈线空开的运行状态及绝缘监察等实时和历史信息；可根据各自权限，对任一变电站直流系统信息及参数进行更改设置，查看和远程更改现场采集模块的相关设置，并提供母线状态切换、蓄电池放电、电池均衡等相关远程控制；具有完善的告警功能，可根据告警性质自动分级，以告警窗、声光、语音、短消息、Ｅｍａｉｌ等多种方式告警，保证系统所有重要告警都能被及时发现。

结束语

综上所述，从实际运行情况看，变电站直流电源远程监控及维护系统从真正意义上实现了变电站直流电源设备的远程监控和维护，能够在掌握直流系统运行情况的基础上，节省大量的人力、物力和财力，有效提高了直流电源以及电力系统运行的安全性和稳定性，大大提高了系统的实用性。

参考文献

［1］耿建风，徐荥，刘继安，等．直流电源系统中直流控制保护电器的选择［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（１９）：１２４－１２６．