直流電源現(xiàn)場檢測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用分析

導(dǎo)語：移動(dòng)式直流電源設(shè)備微機(jī)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(yàn)證和發(fā)現(xiàn)設(shè)備技術(shù)性能問題，杜絕事故隱患，便于變電站、發(fā)電廠直流電源設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場整機(jī)技術(shù)性能的檢測，確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

1、直流電源設(shè)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(yùn)行與維護(hù)技術(shù)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)(以下簡稱3項(xiàng)指標(biāo))的現(xiàn)場交接試驗(yàn)有明確的規(guī)定及技術(shù)要求。試驗(yàn)內(nèi)容主要是通過調(diào)壓裝置(如變壓器)將充電機(jī)交流輸入電壓在額定電壓±10%內(nèi)變化，通過負(fù)載調(diào)整裝置(如放電電阻)，使充電機(jī)的直流輸出電壓及輸出電流在規(guī)定范圍內(nèi)變化(電壓調(diào)整范圍為額定值的90%～145%，電流調(diào)整范圍為額定值的0～100%)，在調(diào)整范圍內(nèi)測量電壓、電流及紋波值，通過計(jì)算，得到充電機(jī)的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度及紋波系數(shù)3個(gè)參數(shù)(以下簡稱3個(gè)參數(shù))。

但目前電力系統(tǒng)中運(yùn)行的直流電源設(shè)備達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，都是由生產(chǎn)廠家在設(shè)備出廠試驗(yàn)時(shí)提供的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場檢修維護(hù)人員因不具備相應(yīng)的測試手段，難以確認(rèn)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。而且運(yùn)行實(shí)踐證明，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，特別是投運(yùn)1～3a內(nèi)，設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)會(huì)發(fā)生偏移，典型的后果是因充電機(jī)指標(biāo)下降，3個(gè)參數(shù)超標(biāo)，同樣因現(xiàn)場不具備相應(yīng)的測試手段，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)、調(diào)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(yùn)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(hù)量小的優(yōu)點(diǎn)，但對于充電設(shè)備的3項(xiàng)指標(biāo)具有嚴(yán)格的要求，如不滿足要求則會(huì)發(fā)生干涸、熱失控等故障，很快失效報(bào)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(yùn)，因充電機(jī)技術(shù)指標(biāo)不滿足要求，僅運(yùn)行了1a和3a即報(bào)廢，對變電站乃至電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成了重大威脅。

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

國內(nèi)進(jìn)行直流電源性能檢測的機(jī)構(gòu)以及生產(chǎn)廠家用于直流電源檢測的設(shè)備均為固定式設(shè)備，如固定式調(diào)壓器、負(fù)載箱，體積、重量大，無法移動(dòng)、檢測，分析儀器儀表均為常規(guī)設(shè)備如電壓表、電流表、示波器等，接線復(fù)雜，使用不便，不適合在各變電站移動(dòng)使用。

目前，對于直流電源的檢測不具備調(diào)整交流輸入電壓設(shè)備，只能采用市電交流，因此不能檢驗(yàn)交流輸入電壓變化情況下的3個(gè)參數(shù)，而充電機(jī)往往在輸入交流電壓變化時(shí)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(diào)節(jié)充電機(jī)輸出電壓、電流，但輸出容量往往過小，達(dá)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(jìn)行全部測試點(diǎn)的檢測，特別是一些易發(fā)現(xiàn)問題的極限點(diǎn)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(jī)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(yán)格按DL/T459-2000《電力系統(tǒng)直流電源柜定貨技術(shù)條件》規(guī)定執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對充電機(jī)3項(xiàng)指標(biāo)的檢測，避免由于檢測方法的爭議造成用戶與生產(chǎn)廠商對檢測結(jié)果的爭議。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的三相交流輸入電壓調(diào)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(shí)現(xiàn)50A及以下容量充電機(jī)的檢測，以及500A·h及以下蓄電池組容量試驗(yàn)。系統(tǒng)可自動(dòng)檢測;漢化液晶顯示，可打印測試結(jié)果;且人機(jī)對話方便。

該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用模塊化組合結(jié)構(gòu)，2人即可搬動(dòng)，方便車載運(yùn)輸及在各變電站移動(dòng)檢測。

系統(tǒng)由參數(shù)測試裝置(系統(tǒng)主機(jī))、交流電壓調(diào)整裝置、直流輸出負(fù)載調(diào)整裝置組成，見圖1。采用微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)被試充電機(jī)的交流輸入電壓及輸出負(fù)載，同時(shí)系統(tǒng)主機(jī)自動(dòng)進(jìn)行采樣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對充電機(jī)3項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢測。

2.1交流電壓調(diào)整裝置

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

2.2直流輸出負(fù)載調(diào)整裝置

由發(fā)熱元件及其控制系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)以輔助單片機(jī)為控制核心,接收主機(jī)指令，控制負(fù)載調(diào)整裝置以控制充電機(jī)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(diào)電阻，實(shí)現(xiàn)對輸出負(fù)載的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。

2.3參數(shù)測試裝置

該部分是整體設(shè)備的測量控制中心，它控制電動(dòng)調(diào)壓器以及負(fù)載調(diào)整裝置，使充電機(jī)達(dá)到測試所需狀態(tài);測量被試充電機(jī)的有關(guān)輸出量，并對結(jié)果實(shí)施分析計(jì)算，最終得出3個(gè)參數(shù)。

2.3.1主機(jī)電路板

采用89C52單片機(jī)作為智能控制的核心，輔以A/D轉(zhuǎn)換7109及鍵盤電路、通訊電路、報(bào)警電路等外圍電路，使整機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化。由傳感器反饋回的電壓信號(hào)和電流信號(hào)同時(shí)也通過7109轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后進(jìn)入單片機(jī)，通過單片機(jī)調(diào)整后，顯示輸出;采用液晶顯示器、微型打印機(jī)、薄膜按鍵作為人機(jī)界面，漢化方式。

2.3.2A/D轉(zhuǎn)換部分

來自傳感器的電壓、電流信號(hào)經(jīng)同相放大、有源濾波、模擬開關(guān)(4051)選擇后，送至12位A/D轉(zhuǎn)換器AD7109，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量由數(shù)據(jù)總線送入89C52。由于A/D的時(shí)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(kuò)展接法。

紋波電壓信號(hào)經(jīng)帶通濾波、峰值保持等處理后到高速AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)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(gòu)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(guān)CD4052擴(kuò)展通訊口實(shí)現(xiàn)與輔機(jī)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(diào)整裝置通訊,一路與直流輸出負(fù)載調(diào)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(gòu)成。

2.3.5控制軟件

控制軟件包括主程序、中斷服務(wù)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(shè)置，進(jìn)行鍵盤處理和刷新顯示等功能。中斷服務(wù)程序主要執(zhí)行采樣信號(hào)處理，包括浮點(diǎn)運(yùn)算子程序、定點(diǎn)運(yùn)算子程序、E2PROM讀寫子程序等若干子程序。其核心是采樣信號(hào)處理，因?yàn)殡妷?、電流的反饋信?hào)是一切控制的基礎(chǔ)，采樣信號(hào)的穩(wěn)定性和誤差度直接影響著控制精度。在設(shè)計(jì)上通過啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連續(xù)多次采樣，將采樣結(jié)果累加起來，經(jīng)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(hào)。

3、現(xiàn)場應(yīng)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(shè)備，首次應(yīng)用于新投設(shè)備的交接驗(yàn)收工作中。結(jié)合某110kV變電站直流電源改造投運(yùn)工作，檢修人員將該套系統(tǒng)運(yùn)至變電站，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，對該站新裝充電機(jī)進(jìn)行3項(xiàng)指標(biāo)的全自動(dòng)檢測，并對蓄電池組進(jìn)行了容量試驗(yàn)。檢測結(jié)果顯示，#1充電機(jī)穩(wěn)壓精度低于國標(biāo)規(guī)定，充電機(jī)生產(chǎn)廠方對充電機(jī)控制回路重新進(jìn)行了調(diào)整，使指標(biāo)達(dá)到了要求，保證了設(shè)備的投運(yùn)質(zhì)量。

該班組于2002年10月，首次實(shí)現(xiàn)對直流電源系統(tǒng)的現(xiàn)場檢測，并將該項(xiàng)檢測納入定期維護(hù)工作內(nèi)容，并先后進(jìn)行了中華、大河等站充電機(jī)的3項(xiàng)指標(biāo)測試，有效地保障了直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。