谈谈智能直流电源系统的实施技术

谈谈智能直流电源系统的实施技术

黄永辉

(身份证号码:45262419830805xxxx533000)

摘要：目前直流电源系统存在实际使用寿命约为5-6年，远未达到10年使用寿命预期，蓄电池监测存在盲区等多种问题，针对问题使用智能直流电源系统很有必要，下面谈谈智能直流电源系统的实施技术。

关键词：智能变直流电源系统实施

智能变直流电源系统实施应该着力于三个方面：主动式管理、预防式措施、在线式维护，采用新概念管理方式，提升蓄电池及直流电源系统管理水平。

图4.0实施的系统架构

一、蓄电池在线监测-单节蓄电池内阻、电压、温度实时监测实施

蓄电池组长期处于浮充状态，蓄电池的状态无法通过对其端电压的监测而获得准确信息。当个别电池出现开路时，内阻变大并无法输出电流，相当于整组蓄电池组开路，且不易被发现。

蓄电池综合管理下位机采集模块对蓄电池组单只电池单节蓄电池内阻、电压、温度的数据进行实时监测，通过直流系统综合监控单元WDJ-1000实现蓄电池组运行状态的在线监控和分析。定期主动查找和定位落后电池和连接故障，减少蓄电池突发性故障率，提高蓄电池维护工作效率，并为后期蓄电池管理的应用积累数据。

图4.1-1系统组成

蓄电池内阻的测量原理采用“直流放电法”：通过对整组蓄电池进行短时间（约3S）瞬时放电，断开放电负载时，蓄电池电压产生瞬间跃升△V，瞬间电压变化值和断开负载时的

瞬间电流△I，则为蓄电池内阻R=△V/△I。

图4.1-2测量原理

“直流放电法”与“交流注入法”相比，“直流放电法”测量精度更高，具有较好的重复测量精度，更适合用于蓄电池内阻的测量。

主要性能指标如下图所示：

图4.1-3技术参数

二、蓄电池组核容-实现后台远程及站内在线核容实施

蓄电池组进行核容试验时，直流综合监控单元（WDJ-1000）通过对直流电源系统中加装的在线放电控制模块及智能恒流放电仪（WFD-220/30A）下达指令，实现蓄电池组在线核容操作（变电站调度后台可通过对直流综合监控单元通讯指令实现蓄电池组的远程核容放电），记录核容放电数据及各节蓄电池的数据，并形成报表和曲线，可通过USB接口导出。

在变电站主控楼户外，安装一台箱式放电负载箱（高1200*宽1600*深1000），配置2台WFD-220V/30A规格的智能恒流放电仪，并通过放电电缆与蓄电池综合管理系统屏（方案一）或主控室直流电源充电柜（方案二）内蓄电池放电核容放电接口相连接。

智能恒流放电仪（WFD）处于实时待机状态，核容时，直流综合监控单元启动核容

命令（后台远程或人工在线命令），启动智能恒流放电仪进入放电状态，并实时监测电压、电流和温度等状态，确保工作在阀值范围内，超出阀值自动停止放电，保证核容放电工作的可靠运行。当放电终止条件符合时，直流综合监控单元主机将控制智能恒流放电仪自动停止，并整理放电数据。软件界面如下图4.2-1所示：

为提高蓄电池维护效率，可安装蓄电池后台管理软件，通过以太网或者无线通信，与直流综合监控单元WDJ-1000相连接，自动监测放电过程的蓄电池组电压、电流、容量，以及单节电池电压、温度等。当达到放电停止条件时，自动停止并形成报表。

软件界面如下图4.2-2所示：

蓄电池核容方案实施：

方案一：

主控室直流电源系统侧，加装一面蓄电池综合管理屏，安装2台蓄电池在线放电控制模块，更新2台直流综合监控单元WDJ-1000，通过通讯指令控制在线放电控制模块及智能放电仪进行核容放电试验。

1、安装地点：放置于**变主控室及主控楼户外电池室旁。

2、主要设备：蓄电池综合管理屏1面；智能恒流放电仪WFD-220/40A2台；户外型放电负载箱（安装排风装置及自动启停电路及加热除湿器等）。

3、工作内容：

3.1安装就位蓄电池综合管理屏1面；

3.2安装户外型放电负载箱，箱内安装智能恒流放电仪WFD-220/30A2台；沿主控室布放放电电缆及工作电源，设备接线完毕，放电测试及恢复。

4、工作安排：预计2人/3个工作日。

方案二：

在**变主控室原直流电源系统内更换2面直流充电柜，新充电柜内原充电输出隔离开关、电池放电隔离开关更换为断路器型开关，取消充电输出及放电回路熔断器，安装蓄电池在线放电控制模块，更新直流综合监控单元WDJ-1000，通过通讯指令控制智能放电仪进行核容放电试验。

优势：实现电源系统内部完美融合，不增加任何机柜或独立蓄电池检测装置，对存量变电站进行系统改造时，不占用有限机柜屏位，不用额外铺设电池回路电缆及充电柜与蓄电池综合管理单元间联络电缆等。

重点工作：更换两面新充电柜，重新设计机柜内部结构布局，柜内安装在线放电控制电路，更新直流综合监控单元。因为接线布局及控制回路变更，前期需进行可靠的试验工作。直流综合监控单元控制软件二次开发。

图：更改后盘面示意图

图：更改后盘后示意图

1、安装地点：放置于**变主控室及主控楼户外电池室旁。

2、主要设备：更新直流充电柜2面；智能恒流放电仪WFD-220/40A2台；户外型放电负载箱（安装排风装置及自动启停电路及加热除湿器等）。

3、工作内容：

3.1停电更换现场充电柜2面；

3.2安装户外型放电负载箱，箱内安装智能恒流放电仪WFD-220/30A2台；沿主控室布放放电电缆及工作电源，设备接线完毕，放电测试及恢复。

4、工作安排：预计2人/5个工作日。

三、智能跨接-蓄电池开路续流装置实施

当蓄电池组内个别电池出现开路时，如果发生交流停电，会导致事故进一步扩大，是直流电源系统最大的安全隐患之一。

在蓄电池组中的每3节蓄电池并联一只“开路续流装置”。当蓄电池组放电时，任意节电池开路，蓄电池组的放电电流Id将自动不间断地经蓄电池开路续流装置续流，如图中粗红线（见图4.3-1所示），可确保蓄电池组正常工作，防止保护控制等装置拒动。

图4.3-1蓄电池开路续流原理

四、交流窜入、直流环网、蓄电池绝缘检测实施

直流电源系统监控与绝缘监测装置通信，将绝缘信息、馈线信息、交流窜入情况、直流环网情况发送给主监控，显示在界面上供给客户查看。

图4.4-1直流电源系统绝缘监测架构

主要功能：

1、母线电压检测，母线电压异常告警，母线对地电压偏差告警。

2、母线绝缘和支路绝缘检测，绝缘报警，绝缘预警。

3、交流窜电检测，交流窜电告警。

4、直流环网检测，直流环网告警。

5、自身异常告警（桥故障，通信中断)。

6、检测各馈线支路的馈线开关状态。

7、蓄电池组绝缘检测功能。功能实现：

1、检测交流窜入功能：

绝缘监控增加母线交流窜入电压采集模块—WMJ，采集正负母线对地交流窜入电压，若正负母线对地交流电压超出告警上限10V（告警上限可设置），则监控告警。

2、检测直流环网功能

当双系统发生直流环网时，会发现两个系统的母线会发生相关变化，由此可测试两套直流电源系统相关性的强度，进而判断系统是否发生直流环网。

3、检测蓄电池绝缘功能

利用“源设备”绝缘检测原理，在蓄电池入口增加漏电流传感器，判断蓄电池的绝缘状态，计算绝缘电阻，并根据计算进行预选线，以便故障排查。

图4.4-2直流电源系统绝缘监测

五、蓄电池管理曲线优化实施

对现有变电站直流电源系统监控进行功能升级，优化和调整蓄电池管理曲线（见图4.5-1所示），在蓄电池定时均充前（每2160小时，即3个月），通过调节直流充电装置输出电压，利用直流母线负荷电流，对蓄电池进行定期在线活化（下图红色方框处），减少蓄电池长期浮充影响，提高蓄电池活性。

图4.5-1蓄电池管理曲线优化

升级后的直流电源系统监控，除具备定期自动活化功能外，也可由综合自动化系统通过MODBUS或IEC61850，在后台利用“遥控”命令，调整直流电源系统参数，自动进入在线活化过程，实现远程活化功能。在线活化完成后，将自动恢复为原有运行参数。具有活化限时保护功能，当在线活化时间过长时，也将强制停止，并恢复为正常运行状态，同时启动均充，确保蓄电池组安全稳定运行。

蓄电池组脱离母线报警功能，实时监测蓄电池连接开关状态，并结合多种条件进行综合判断，当蓄电池组脱离母线时直流电源系统监控将报警，并产生报警记录，以便故障回溯。

直流电源系统监控单元可通过运行策略设定，实现单节电池电压记录功能。每3个月执行1次，自动调节充电机输出电压，实现由蓄电池组带负荷测量单只蓄电池电压，并实时记录保存单节蓄电池电压数据，方便查阅。

六、直流电源系统智能诊断实施

诊断分析策略由设备监测和功能监测两大部分组成，以连续时间快照数据为基础，通过算法对历史情况组合分析，并预测数据未来的变化趋势，结合决策树，预估和判断硬件设备和重要功能单元的运行情况，得出整个系统的健康状况及后续运行趋势。

图4.6-3直流电源系统状态诊断

参考文献:

[1]程鹏.电力系统自动化中直流系统的实践思路构架[J].电子世界.2017

[2]刘化考.浅析直流系统技术在电力通信网中的应用[J]