直流電源現(xiàn)場檢測系統(tǒng)的開發(fā)與應用分析

導語：移動式直流電源設備微機檢測系統(tǒng)成功地解決了直流電源的現(xiàn)場檢測問題，可以定期驗證和發(fā)現(xiàn)設備技術性能問題，杜絕事故隱患，便于變電站、發(fā)電廠直流電源設備進行現(xiàn)場整機技術性能的檢測，確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行。

1、直流電源設備現(xiàn)場檢測工作現(xiàn)狀

在DL/T724-2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規(guī)程》第5.3條中，對充電裝置的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)3項技術指標(以下簡稱3項指標)的現(xiàn)場交接試驗有明確的規(guī)定及技術要求。試驗內容主要是通過調壓裝置(如變壓器)將充電機交流輸入電壓在額定電壓±10%內變化，通過負載調整裝置(如放電電阻)，使充電機的直流輸出電壓及輸出電流在規(guī)定范圍內變化(電壓調整范圍為額定值的90%～145%，電流調整范圍為額定值的0～100%)，在調整范圍內測量電壓、電流及紋波值，通過計算，得到充電機的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度及紋波系數(shù)3個參數(shù)(以下簡稱3個參數(shù))。

但目前電力系統(tǒng)中運行的直流電源設備達到的技術指標，都是由生產廠家在設備出廠試驗時提供的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場檢修維護人員因不具備相應的測試手段，難以確認設備的技術指標是否滿足要求。而且運行實踐證明，隨著運行時間的推移，特別是投運1～3a內，設備的技術指標會發(fā)生偏移，典型的后果是因充電機指標下降，3個參數(shù)超標，同樣因現(xiàn)場不具備相應的測試手段，無法及時發(fā)現(xiàn)、調整。所造成的后果就是蓄電池提前失效或損壞，直接威脅電網(wǎng)的安全運行。

特別是對于廣泛采用的閥控密封鉛酸蓄電池，雖具有不需加酸加水、維護量小的優(yōu)點，但對于充電設備的3項指標具有嚴格的要求，如不滿足要求則會發(fā)生干涸、熱失控等故障，很快失效報廢。如1999年,石家莊供電公司220kV大河站、王里站2組GFM-300Ah閥控密封鉛酸蓄電池投運，因充電機技術指標不滿足要求，僅運行了1a和3a即報廢，對變電站乃至電網(wǎng)的安全運行造成了重大威脅。

另外，目前變電站多采用綜合自動化技術，蓄電池采用柜式安裝，與自動化設備同裝一室，充電機性能出現(xiàn)問題會造成蓄電池發(fā)熱、溢酸等問題，嚴重者甚至發(fā)生爆炸。

國內進行直流電源性能檢測的機構以及生產廠家用于直流電源檢測的設備均為固定式設備，如固定式調壓器、負載箱，體積、重量大，無法移動、檢測，分析儀器儀表均為常規(guī)設備如電壓表、電流表、示波器等，接線復雜，使用不便，不適合在各變電站移動使用。

目前，對于直流電源的檢測不具備調整交流輸入電壓設備，只能采用市電交流，因此不能檢驗交流輸入電壓變化情況下的3個參數(shù)，而充電機往往在輸入交流電壓變化時穩(wěn)壓，穩(wěn)壓精度不能滿足要求;而且現(xiàn)場一般通過電爐絲調節(jié)充電機輸出電壓、電流，但輸出容量往往過小，達不到規(guī)定范圍。造成的后果就是現(xiàn)場人員不能按照規(guī)定進行全部測試點的檢測，特別是一些易發(fā)現(xiàn)問題的極限點的檢測，如交流輸入電壓+10%、輸出空載情況下的穩(wěn)壓精度。ケ疚慕檣芤恢腫孕醒兄頻?、适合睖Z繒臼褂玫囊貧式直流電源微機檢測系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)組成及功能

該系統(tǒng)采用的檢測方法嚴格按DL/T459-2000《電力系統(tǒng)直流電源柜定貨技術條件》規(guī)定執(zhí)行，實現(xiàn)對充電機3項指標的檢測，避免由于檢測方法的爭議造成用戶與生產廠商對檢測結果的爭議。

系統(tǒng)可實現(xiàn)的三相交流輸入電壓調整范圍為380V±15%;檢測數(shù)據(jù)精度≤0.5%，額定檢測容量50A，可實現(xiàn)50A及以下容量充電機的檢測，以及500A·h及以下蓄電池組容量試驗。系統(tǒng)可自動檢測;漢化液晶顯示，可打印測試結果;且人機對話方便。

該系統(tǒng)在設計上采用模塊化組合結構，2人即可搬動，方便車載運輸及在各變電站移動檢測。

系統(tǒng)由參數(shù)測試裝置(系統(tǒng)主機)、交流電壓調整裝置、直流輸出負載調整裝置組成，見圖1。采用微型計算機控制技術，通過調節(jié)被試充電機的交流輸入電壓及輸出負載，同時系統(tǒng)主機自動進行采樣計算，實現(xiàn)對充電機3項技術指標的檢測。

2.1交流電壓調整裝置

由三相可調變壓器及其控制系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)以輔助單片機為控制核心,接收系統(tǒng)主機指令，通過伺服電機控制三相可調變壓器調節(jié)輸出電壓大校為降低體積與重量，從設計角度考慮，充分利用調整電壓范圍不大(20%)的特點進行了專門設計。

2.2直流輸出負載調整裝置

由發(fā)熱元件及其控制系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)以輔助單片機為控制核心,接收主機指令，控制負載調整裝置以控制充電機輸出電壓或電流的大校為降低體積與重量，發(fā)熱元件采用PTC發(fā)熱陶瓷元件，采用8421排列組合方式并配合可調電阻，實現(xiàn)對輸出負載的準確調節(jié)。

2.3參數(shù)測試裝置

該部分是整體設備的測量控制中心，它控制電動調壓器以及負載調整裝置，使充電機達到測試所需狀態(tài);測量被試充電機的有關輸出量，并對結果實施分析計算，最終得出3個參數(shù)。

2.3.1主機電路板

采用89C52單片機作為智能控制的核心，輔以A/D轉換7109及鍵盤電路、通訊電路、報警電路等外圍電路，使整機實現(xiàn)智能化。由傳感器反饋回的電壓信號和電流信號同時也通過7109轉換成數(shù)字信號后進入單片機，通過單片機調整后，顯示輸出;采用液晶顯示器、微型打印機、薄膜按鍵作為人機界面，漢化方式。

2.3.2A/D轉換部分

來自傳感器的電壓、電流信號經同相放大、有源濾波、模擬開關(4051)選擇后，送至12位A/D轉換器AD7109，轉換后的數(shù)字量由數(shù)據(jù)總線送入89C52。由于A/D的時鐘為工頻整倍數(shù)，所以能抑制工頻干擾。AD7109與89C52采用典型的總線擴展接法。

紋波電壓信號經帶通濾波、峰值保持等處理后到高速AD進行模數(shù)轉換,轉換后的數(shù)字量由數(shù)據(jù)總線送入89C52。

2.3.3工藝參量存貯部分

EEPROMX25045與89C52、P17～P14接口，構成工藝參量存貯器，通過軟件控制，可將需要記憶的參量寫入X25045，這些數(shù)據(jù)停電后仍可保持10a之久。

2.3.4串行口通道

采用模擬開關CD4052擴展通訊口實現(xiàn)與輔機的交互式通訊。一路與觸摸屏通訊,一路與三相輸入交流電壓調整裝置通訊,一路與直流輸出負載調整裝置通訊。該通信方式為全雙工異步串行通信，波特率為9600，每幀由1位起始位(0)、8位數(shù)據(jù)位(低位在先)、1位停止位(1)構成。

2.3.5控制軟件

控制軟件包括主程序、中斷服務程序及若干子程序，全部軟件約5K字節(jié)。主程序主要執(zhí)行初始化程序，接受工作狀態(tài)設置，進行鍵盤處理和刷新顯示等功能。中斷服務程序主要執(zhí)行采樣信號處理，包括浮點運算子程序、定點運算子程序、E2PROM讀寫子程序等若干子程序。其核心是采樣信號處理，因為電壓、電流的反饋信號是一切控制的基礎，采樣信號的穩(wěn)定性和誤差度直接影響著控制精度。在設計上通過啟動A/D轉換器進行連續(xù)多次采樣，將采樣結果累加起來，經抗干擾去極值處理后，除以有效采樣次數(shù)，即得到穩(wěn)定的采樣信號。

3、現(xiàn)場應用情況

2002年9月，石家莊供電公司檢修工區(qū)某班組裝備該套設備，首次應用于新投設備的交接驗收工作中。結合某110kV變電站直流電源改造投運工作，檢修人員將該套系統(tǒng)運至變電站，按照國家標準，對該站新裝充電機進行3項指標的全自動檢測，并對蓄電池組進行了容量試驗。檢測結果顯示，#1充電機穩(wěn)壓精度低于國標規(guī)定，充電機生產廠方對充電機控制回路重新進行了調整，使指標達到了要求，保證了設備的投運質量。

該班組于2002年10月，首次實現(xiàn)對直流電源系統(tǒng)的現(xiàn)場檢測，并將該項檢測納入定期維護工作內容，并先后進行了中華、大河等站充電機的3項指標測試，有效地保障了直流系統(tǒng)的安全可靠運行。