变电站直流电源远程监控及蓄电池均衡维护系统

变电站直流电源远程监控及蓄电池均衡维护系统

赵琛 徐峰 方圣 王楠楠

国网安徽省电力有限公司宿州供电公司 安徽省宿州市 234000

摘要：

本文介绍了一种应用于变电站直流电源系统的远程监控及蓄电池均衡维护系统，给出了该系统的总体结构，规划了系统的功能设计，并详细地说明了系统的各个组成部分。通过该系统不但实时监控直流充电机系统运行状态、蓄电池单体电压、内阻及温度、控制母线电压、控制母线接地，空开跳闸检测等重要电源特性参数，还可实现蓄电池电压在线自主均衡维护功能，具有良好的工程应用前景。

关键词：直流电源、蓄电池、远程监控、均衡

1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^［1］。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，直流远程监控维护及蓄电池均衡维护系统也随之引出。该系统复用站内原有的光纤以太网通道，可以实时监控直流充电机运行状态、电池的单体电压、内阻及容量、直流母线电压、馈线开关状态检测、电池环境温度等重要电源特性参数；实现了直流电源远方维护监控、蓄电池自主均衡和设备运行异常的情况上报等功能，一旦发现直流电源状态异常立即发出报警，通过以太网直接报到直流监控中心，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系统框架结构

直流电源远程监控及蓄电池均衡维护系统由远程监控终端、数据中心服务器、本地监控装置、电池均衡采集模块、充电机通讯单元及馈线开关量模块组成等几部分组成。每个变电站的本地监控装置通过RS485总线将蓄电池均衡采集模块，充电机通讯单元，开关量模块等设备连接到一起，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。系统结构框架如图1所示：

图1直流电源远程监控及蓄电池均衡维护系统结构框图

3系统的功能

直流电源远程监控及蓄电池维护系统利用分布在各变电站的站端装置、中心服务器和通讯网络，实现以下主要功能：

1）远程采集各变电站直流系统所有运行参数。包括：母线电压、电流，电池组电压、电流，单体电池电压、内阻，馈线空开的运行状态及绝缘检察等信息，可以用图表、曲线、模拟图等多种形式灵活显示。

2）实现了运行中蓄电池组在线自主均衡。是蓄电池组传统串联充电方式优化升级，自动根据容量调节每只蓄电池的充电电流的大小，防止电池过充、欠充，避免蓄电池组出现长期不均衡而损坏电池，使蓄电池组中每节电池都工作在最佳运行状态，从而延长电池正常使用寿命并提高直流系统运行安全性。

3）实现了蓄电池内阻在线测试。内阻测试采用分段式直流放电法，不向系统注入任何信号，无需电池组脱离系统；可有效监测出蓄电池极板断裂、电池开路、电解液干涸等运行中难以发现的隐性严重缺陷。

4）严格的安全保护措施和完善的告警机制。本系统采用了软、硬件多重安全防护技术，比如：基于.net平台采用P2P网络技术，减小了对服务器的带宽要求且不完全依赖于服务器，提高了系统的容错能力及安全性；同时具有告警窗、声光、语音、短消息、Email等多种告警方式，告警信息自动分级，并做事故记录。

4系统的设计

4.1 本地监控装置

本地监控装置安装于变电站端，通过RS485总线将蓄电池均衡采集模块，充电机通讯单元，开关量模块等连接到一起，以RS232/RS485通讯方式连接原直流电源主监控装置。通过蓄电池均衡采集模块采集电池组电压及电流、单体电池电压及内阻，控制实现蓄电池在线均衡；通过开关量采集模块采集各馈线支路开关的合/分位置及脱扣状况；通过与直流电源主监控装置通讯采集母线电压、电流、绝缘检察及充电机运行状况等直流电源数据，控制充电机状态转换及参数修改。本地监控装置将上述数据收集到一起统一管理，生成各种报表、曲线，负责本地数据的存储、显示、设置、查询、报警等，完成各种人机界面操作，实现直流电源系统就地控制，同时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数据中心服务器及远程监控终端，并接受远程监控终端的控制。

4.2电池均衡采集模块

电池均衡采集模块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。均衡采集模块集电池均衡和电压、内阻检测为一体，每个模块可以实时采集12路电池的电压、温度，采用分段式（每个均衡采集模块为单位）直流放电法在线进行内阻测量，同时，根据所采集的各单体电池电压，实时启动相应的均衡模块，调节蓄电池的充电电流的大小，达到电池电压的均衡，保证蓄电池组中每节电池都工作在最佳运行状态，消除或减少蓄电池水分蒸发干涸及硫化现象，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限度。

4.3馈线开关量采集模块

馈线开关量采集模块主要用于母线及各馈线开关合/分位置和脱扣状态的采集，利用RS485总线与本地监控装置通讯，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, 抗干扰性强，采用下放式安装结构，方便接线和维护。

4.4充电机通讯单元

充电机通讯单元通过RS232/RS485通讯接口连接原直流电源主监控装置，支持MODBUS、CDT、101、103、IEC61850等多种通讯规约，采集母线电压、电流、绝缘检察及充电机运行状况等直流电源数据，控制充电机状态转换及参数修改。

4.5数据中心服务器

数据中心服务器通过光纤局域网负责与变电站的本地监控装置通信,接收其发来的所有数据,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；并且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

位于局域网上的各个远程监控终端，在网上均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检察等信息,可以用图形、表格、曲线等多种形式灵活显示、对比母线电压及电流、电池组电压及电流、单体电池电压及内阻等实时和历史数据信息；可根据各自权限，对任意一个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、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。

5实际应用

2020年，我公司应用本系统对所西安110kVXX变电站直流电源进行技术升级改造，该站直流电源系统是单母线接线，“单充单蓄”结构，原来都是通过直流电源监控串口连接变电站后台、调度中心，传输直流系统少量重要遥测、遥信数据。改造方案如下：在站端装配了本地监控装置、电池均衡采集模块、充电机通讯单元及馈线开关量模块，在工区安装了一台服务器及远程监控终端，本地监控装置采用RS485总线连接各站端上述各功能单元采集数据，通过光纤局域网传送数据到数据服务器，数据服务器再分发信息到远程监控终端，实现远程监控和维护。试运行两个月后，进行了项目验收，通过该项目的应用，实现了该站直流系统所有运行参数远程采集和监控，包括：母线电压、电流，电池组电压、电流，单体电池电压、内阻，馈线空开的运行状态及绝缘检察等信息，可以用图表、曲线、模拟图等多种形式灵活显示；实现了蓄电池动态均衡和在线内阻测试，均衡前蓄电池组最大单体电池压差79mV,超过50 mV的电力标准规定^［2］，均衡后最大单体电池压差3mV,远小于标准规定（均衡前后对比见图2），有效防止电池过充欠充、延长蓄电池的使用寿命，使蓄电池组中每节电池都工作在最佳运行状态。

均衡前

均衡后

图2均衡效果对比图

6结论

本文提出的一种变电站直流电源远程监控及蓄电池均衡维护系统的设计方案，从实际应用情况来看，该系统克服了原直流系统的不足，实现了变电站直流电源设备的远程动态监控和蓄电池在线均衡维护。可以预见，直流电源远程监控及蓄电池均衡维护系统的推广将为智能化站的运行提供更可靠保障，具有较好的工程实用性。

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.电力系统保护与控制,2009,37(19):124．

［2］ 中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程[S]. 北京:中国电力出版社 ,2001.

 作者简介：

赵琛，1988年8月，男，高级工程师，长期从事变电运维技术管理工作。