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智能变电站直流电源远程监控及维护系统设计与应用
发表日期:2016-12-13

  1引言

  由于目前变电站综合自动化程度越来越高,并且无人值守变电站已成趋势,而直流电源系统直接为其他自动化装置提供基础的源动力,所以直流电源本身一但出现问题随之而来的便是保护失灵、开关拒动、通道中断…后果不堪设想。近年来因直流电源问题导致的重大电力事故时有发生,导致重大的经济损失,直流远程监控系统也随之引出。该直流远程监控系统实时监控直流充电机运行状态、电池的单体电压、内阻、温度、控制母线电压、合闸母线电压、控制母线接地,空开跳闸检测等重要电源特性参数,还可进行遥控蓄电池的充放电试验,一但发现直流电源状态异常立即发出声光报警,通过以太网直接报到直流监控中心,甚至直接报告到负责人手机,使责任人第一时间得到通知,以便及时处理,从而避免重大电力事故的发生。

  2.系统总体设计

  2.1概述

  监控终端装置通过RS485总线将电压采集器,开关量模块,母线绝缘监测模块,放电负载等设备连接到一起,将它们所有的信号收集到一起统一管理,并且可以通过光纤局域网端口或光端机空余串口将采集到的所有信息传送到中心服务器软件,服务器软件将信息存储管理并分发信息到每个相关管理岗位的计算机,并使其在局域网上每个计算机均可浏览到所有信息,提供分级的管理口令可对任意一个变电站的信息及参数进行更改并能提供相关的远程控制。同时负责本地数据的存储、实时显示、设置、表格、查询、报警等人机操作界面控制,监控中心接收监控终端的数据进行分析处理。

  3.系统组成

  3.1本地监控装置

  监控装置采用32位ARM处理器NXPLPC23xxARM7TDMIMCU作为主控制器新片,该芯片片内资源丰富,具有60M时钟频率的高性能处理器,有512KFlash,98KRAM,并带有4个UART,2个I2C,2个SPI,10/100网卡等资源,非常适合做通信主控制器使用,显示器采用5.7寸480x272高分辨率真彩TFT液晶屏,键盘采用4键式操作(2个上下键+2个功能软键),每个步骤都对应有按键功能说明,操作自如,直观方便,无需过多培训。

  资源分配:UART0通讯口用于本地调试或调度端上传或连接其他智能通信装置,UART1和UART2为RS485接口用于采集两组蓄电池的电压,其中UART2可用来连接其他智能通信装置(如充电机等),UART3用于当地彩色液晶屏显示接口,10/100网络通信接口用于本地调试或调度上传。

  监控装置可直接显示出控制母线电压,合闸母线电压,馈线支路开关状态及电池组温度等信息,可以用表格形式查看每节电池的当前电压,查看和更改采集模块的相关设置等控制信息,进行直流主回路状态切换、电池容量及内阻测试,全部采用中文界面,操作简便,功能强大,报表丰富。

  3.2电压采集器

  电压采集器部分:采集器采用TI公司MSP430F2013作为主控制器,本控制器是带有16位高精度A/D转换器具有16M时钟频率的16位高性能简指令单片机,指令效率相当高,全部采用高效率C++代码编写,便于维护和升级代码。

     

  3.3母线绝缘监测模块

  母线绝缘监测模块采用TI公司MSP430F2013作为主控制器,利用485总线与监控装置通讯,可同时监测正控制母线和负控制母线的对地绝缘电阻,也可测出正负控制母线的对地电压,直接判断出正控制母线接地或负控制母线接地,并且测量控制母线总电压。

  3.4开关量监测模块

  该模块采用TI公司MSP430F2012作为主控制器,下放式安装结构,利用485总线与监控装置通讯,每个模块可同时监测8路开关量,每路开关量均通过光电隔离,隔离电压4000V,开关量判断最小时间1ms,可设置软件抗抖动处理,具有硬件抗干扰措施,由通信电源提供主工作电源。

  3.5直流放电负载简介

  直流负载可以对两组电池进行负载放电和内阻测试,配有4路控制输出,可以完成电池组虚脱机,电池组放电,内阻测量,电池组切换,母线并列等远程控制操作。

    

  3.6报警通知装置

  报警通知装置默认采用SIEMENSGPRS/GSMMODEM,通过RS232连接安装服务器上,支持中国移动和中国联通SIM卡,报警通知方式采用短信方式。

  3.7服务器软件

  服务器软件负责与每个变电站的监控终端通信,接收监控终端发来的所有数据,并且存储每个子站发来的报警数据和需要保存的历史数据,查询每个装置的设置,更改每个装置的设置...

  服务器软件采用MSVC++6.0开发,全部采用高效率C++代码。

  采用MicroSoftSQLServer2006数据库作为数据库服务器。

  3.8系统监控软件

  系统监控软件负责监控和浏览所有监控终端发送来的数据,可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出控制母线电压,合闸母线电压,每个空开的运行状态及电池组温度等信息,可以用表格形式查看每节电池的当前电压,也可以用曲线或表格的形式进行对比,查看历史运行曲线等功能,查看和远程更改现场采集模块的相关设置等远程控制信息,全部采用中文界面,操作简便,功能强大,报表丰富。



  此界面的每个信息和位置信号完全动态指示实际设备的工作状态(包括馈线空开状态、充电机状态、接地状态、母线电压、负荷电流、开关状态、交流工作状态、交流电压、母线电压等信息),并且采用组态化设计,用户可根据变电站现场实际变动自行更改模拟图,只要简单设置信号对应关系即可实现新增信号的动态显示。

  l 远程充电机参数设置及均浮充转换

     

  可以远程更改充电机均浮充电压参数和远程更改充电机均浮充状态,如果直流屏支持更多设置可根据现场实际参数增加更多参数。


  l 远程放电及远程控制界面:

      

  此界面可以远程设定恒流放电模块的电池组总电压保护值、放电电流、放电容量保护值、放电时间保护值、单体电池电压保护值等重压保护条件,命令启动或停止放电操作,实现远程进行核对性容量试验操作,启动放电后可查看当前放电进度、放电容量、电池组总电压、单体最低电压等放电过程中关心的重要参数,并且可以实现母线运行模式切换等操作。

  注:实现远程放电需要相关硬件配合。

  

  用蓝色宽柱显示本节电池当前内阻值,绿色窄条显示此节电池的出厂内阻值或设定标准值,方便用户对比分析电池内阻变化,及时发现落后电池。


  本界面可以实时查看单体电池电压、温度,并且可以设定上下限查看落后电池,低于下限设定值的电池将会用黄色显示,高于上限设定值的电池将会用红色显示,方便用户快速而直观的筛选落后电池。

  

  此界面可以方便查看和对比1年内的历史模拟量数据,可自行选择每条曲线对应的模拟量数据,自行选择日期、起始时间,报表时间间隔等,可以灵活报表,直接打印。

  系统监控软件采用MSVC++6.0编写的高效率C++代码.

  4结束

  当今变电站直流电源系统的管理现状还比较落后,与变电站的智能化的发展不相适应,该产品2008年已在耿庄220KV变电站投入运行至今,在直流维护工作中确实带来带来很大方便;可以预见,直流电源远程监控维护系统的推广将具有广阔的应用前景,给各生产单位提高生产效率及节约成本带来直接效益,为智能化站的运行提供更可靠保障。