魏偉 杜松峰 南東亮 王廷旺 周杰

摘要：針對(duì)直流電源系統(tǒng)存在的蓄電池組定期維護(hù)工作量大、不規(guī)范絕緣裝置依然在電網(wǎng)中運(yùn)行、蓄電池運(yùn)行壽命無(wú)法有效估計(jì)與預(yù)測(cè)等問(wèn)題，對(duì)直流電源故障分析系統(tǒng)進(jìn)行研究。系統(tǒng)通過(guò)自采的方式及利用數(shù)據(jù)采集終端從集中監(jiān)控等運(yùn)行設(shè)備中獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，以TCP/IP方式及時(shí)發(fā)送到主站，從而對(duì)蓄電池、絕緣裝置、沖壓機(jī)等設(shè)備的工作狀態(tài)以及系統(tǒng)是否及時(shí)消缺、參數(shù)整定是否正確進(jìn)行判斷，旨在逐步實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，減少直流電源設(shè)備的維護(hù)工作量，進(jìn)而提高直流電源系統(tǒng)的供電可靠性。

關(guān)鍵詞：直流電源;監(jiān)測(cè)運(yùn)行;故障分析系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集終端

0 ? ?引言

近年來(lái)，在電力系統(tǒng)內(nèi)因變電站直流電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常而引起保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)的事故呈上升趨勢(shì)，而目前直流系統(tǒng)安裝的設(shè)備在事故狀態(tài)下卻無(wú)法捕捉到準(zhǔn)確和詳細(xì)的異常情況信息，缺乏事故數(shù)據(jù)支撐，給事故原因分析增添了許多不確定因素，導(dǎo)致采取的后續(xù)措施缺乏有效的技術(shù)依據(jù)。

另一方面，直流電源系統(tǒng)維護(hù)工作量龐大、維護(hù)效果不佳、維護(hù)人員不足，主要體現(xiàn)在：日常維護(hù)量大，由直流電源故障引起的電網(wǎng)事故頻發(fā);產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，造成直流電源供電可靠性不滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行要求;缺乏有效監(jiān)督手段，不合格產(chǎn)品依舊進(jìn)入電網(wǎng)。

由此研究直流電源系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)，實(shí)施直流電源系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)隨著無(wú)人值班站的推廣，直流電源系統(tǒng)在新的運(yùn)維模式中存在的缺點(diǎn)，查找蓄電池壽命縮短的原因，實(shí)時(shí)掌握直流電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，提升設(shè)備健康度，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，對(duì)于解放勞動(dòng)力，提高直流電源系統(tǒng)的供電可靠性，保障變電站的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

基于此，本文搭建了直流電源故障分析系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)確、詳細(xì)的監(jiān)測(cè)，掌握直流電源系統(tǒng)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的信息，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)的異?；蛉毕?，將設(shè)備歷史信息與實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息相結(jié)合，對(duì)直流系統(tǒng)故障進(jìn)行趨勢(shì)分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警。

1 ? ?國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)尚未對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)管理[1-2]，對(duì)于直流系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)也不全面，現(xiàn)有的離線監(jiān)測(cè)運(yùn)維手段，容易受到人為因素的影響，并且數(shù)據(jù)的連續(xù)性差，不容易進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，無(wú)法確切掌握整體系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

現(xiàn)階段研究分別從直流系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)故障[3]、繼電器線圈接地故障、交直流混路造成保護(hù)誤動(dòng)[4]等方面分析了不同故障帶來(lái)的各種危害并相應(yīng)提出了解決措施。同時(shí)針對(duì)直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)[5]、直流系統(tǒng)對(duì)地電容測(cè)量方法、直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置[6]、蓄電池容量的半荷內(nèi)阻測(cè)量等方法進(jìn)行了探討和研究，對(duì)解決目前由于絕緣監(jiān)測(cè)裝置缺陷導(dǎo)致的直流系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性具有重要意義，同時(shí)也對(duì)在蓄電池安全檢測(cè)、性能分析、壽命準(zhǔn)確估計(jì)與預(yù)測(cè)方面開(kāi)辟一條新的學(xué)術(shù)思路有所助益。

但目前的研究依然存在如下技術(shù)瓶頸：

（1）直流電源系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容主要集中于系統(tǒng)絕緣故障監(jiān)測(cè)、蓄電池的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)與充放電等方面，但都是針對(duì)直流系統(tǒng)某一方面的獨(dú)立研究，對(duì)于直流電源系統(tǒng)全方位整體狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估尚未涉及。

（2）蓄電池組狀態(tài)監(jiān)測(cè)存在很多不足。目前絕大部分變電站僅安裝了蓄電池巡檢儀，僅實(shí)現(xiàn)了單體電壓和蓄電池組電壓監(jiān)測(cè)，但電壓測(cè)量偏差較大，無(wú)法對(duì)蓄電池的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

（3）接地告警功能不完善，存在重大安全隱患的絕緣裝置還在繼續(xù)使用，并且有類(lèi)似問(wèn)題的設(shè)備依然不斷流入電網(wǎng)[7]。

總的來(lái)講，目前直流電源故障檢測(cè)技術(shù)的研究主要面向單個(gè)設(shè)備，而未從直流電源系統(tǒng)的角度開(kāi)展。本文通過(guò)直接采樣及從現(xiàn)有設(shè)備中獲取等方式，將直流電源主要參數(shù)的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)數(shù)據(jù)集中上傳至故障分析系統(tǒng)主站，對(duì)各參數(shù)的縱、橫兩個(gè)方向進(jìn)行對(duì)比，并分析各參數(shù)之間的相互作用和影響，以全面、及時(shí)、準(zhǔn)確判斷直流電源發(fā)生的故障及設(shè)備性能的變化趨勢(shì)。

2 ? ?直流電源故障分析系統(tǒng)

考慮到該系統(tǒng)用戶的分布面廣，使用人員的地理位置分散，因此，系統(tǒng)軟件采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用程序和服務(wù)器都集中放置在總站，方便系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)及功能的擴(kuò)展。該系統(tǒng)可作為子系統(tǒng)接入地區(qū)電網(wǎng)狀態(tài)中心，可容納500個(gè)變電站站點(diǎn)接入。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

直流電源故障分析系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)和分析蓄電池、充電機(jī)、絕緣裝置及蓄電池監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行參數(shù)變化趨勢(shì)，深入了解上述設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池組、充電機(jī)的故障及不滿足有關(guān)規(guī)程、反措要求的絕緣監(jiān)測(cè)裝置。根據(jù)裝置、設(shè)備的性能劣化程度，提出檢修建議與方案，逐步實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，以大大減少直流電源設(shè)備的日常維護(hù)工作量;確保蓄電池組具有事故跳閘和2 h事故放電能力，防止直流電源消失引起保護(hù)拒動(dòng)事故;消除充電機(jī)不穩(wěn)定輸出對(duì)蓄電池造成的不利影響，從而提高直流電源系統(tǒng)的供電可靠性;交流竄入、直流環(huán)網(wǎng)、電壓偏差及電壓波動(dòng)等各種直流接地故障能及時(shí)告警并得到排除，以預(yù)防直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)。

3 ? ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直流電源故障分析系統(tǒng)在研究設(shè)計(jì)時(shí)分為以下三部分：數(shù)據(jù)采集終端研制、通信規(guī)約制定、分析輔助決策系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

3.1 ? ?研制數(shù)據(jù)采集終端

數(shù)據(jù)采集終端以通信方式從集中監(jiān)控、絕緣裝置、蓄電池巡檢儀獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，并將絕緣裝置、蓄電池巡檢儀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給集中監(jiān)控，獲取的數(shù)據(jù)包括各類(lèi)參數(shù)整定值、測(cè)量值和告警信息以及單體電池電壓、內(nèi)阻、溫度等。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采樣獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集終端可通過(guò)自采的方式采集蓄電池組浮充電流、均充電流、核容放電電流、事故跳閘放電電流，母線電壓、對(duì)地電壓與對(duì)地交流電壓等。系統(tǒng)具有B碼對(duì)時(shí)功能，以保證數(shù)據(jù)采集時(shí)與其他設(shè)備一致，便于事故分析與各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。