變電站直流電源移動式微機檢測設(shè)備

1??? 概述

??? 發(fā)電廠、變電站中的直流系統(tǒng)正常情況下給控制、保護電路供電，事故情況下，在交流電源全停時，要保證1～2h的供電時間，而且要求提供給直流母線的電壓不低于額定值的90％。該備用容量由蓄電池組提供，蓄電池組的使用壽命和有效容量取決于充電機的技術(shù)指標（穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)）。在充電機長達10～20年的使用中，技術(shù)指標不可避免地會發(fā)生變化，嚴重時會造成蓄電池組充電容量不足，在變電站交流停電時，蓄電池組不能可靠地供電，而導致全站保護及開關(guān)拒動，造成主設(shè)備損壞、電網(wǎng)瓦解等重大事故。

??? 目前電力系統(tǒng)中運行的直流充電設(shè)備達到的技術(shù)指標，都是由生產(chǎn)廠家在設(shè)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(shè)備的技術(shù)指標是否滿足要求。而且隨著運行時間的推移，設(shè)備的技術(shù)指標會發(fā)生偏移，典型的后果是因充電機指標下降，穩(wěn)壓、穩(wěn)流、紋波系數(shù)超標，造成蓄電池失效，直接威脅電網(wǎng)的安全運行。

??? 因此，有必要研制一種采用微型計算機控制技術(shù)的檢測設(shè)備，通過對充電機等被測設(shè)備的交流輸入電壓、輸出負載按標準規(guī)定的設(shè)定值進行調(diào)節(jié)，同時檢測裝置自動進行采樣計算，組成一個可移動的自動化檢測系統(tǒng)，以便對直流電源設(shè)備的技術(shù)指標進行現(xiàn)場的全面測試。

2??? 總體方案

2.1??? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

??? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1??? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2??? 技術(shù)指標

??? 三相交流輸入電壓??? 380V，50Hz；

??? 三相交流輸出電壓??? 342V、380V、418V；

??? 直流輸出穩(wěn)壓時電流??? 0～50A；

??? 直流輸出穩(wěn)流時電壓??? 180～300V；

??? 紋波峰峰值范圍為??? 1.5～5.5V；

??? 測量精度

??? 測量穩(wěn)壓精度時，直流電壓測量精度≤±0.5％，紋波電壓精度≤±0.5％；

??? 測量穩(wěn)流精度時，直流電流測量精度≤±0.5％。

3??? 主要技術(shù)問題及解決

3.1??? 采集精度

3.1.1??? 采集精度的要求

??? 電壓、電流信號采集是本系統(tǒng)一切控制、測量及計算的基礎(chǔ)，對充電機輸出直流電壓波形進行高速采集，且采集精度高，是該系統(tǒng)能否研制成功的關(guān)鍵。

3.1.2??? 保證采集精度的措施

??? 1）電流、電壓采樣元件選用高質(zhì)量霍爾傳感器，具有高波形保真率、快速響應，良好的電氣隔離等特點。

??? 2）來自傳感器的電壓，電流信號經(jīng)同相放大、有源濾波等模擬信號電路處理后，送至A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量由數(shù)據(jù)總線送入中央處理器。由于A/D的時鐘為工頻整倍數(shù)，所以能抑制工頻干擾。模擬信號處理電路選用高精度、低溫度漂移系數(shù)、耐干擾性能好的器件組成。

??? 3）紋波電壓信號經(jīng)帶通濾波、峰值保持等處理后，到高速A/DTLC2543進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時間<10μs，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量由數(shù)據(jù)總線送入中央處理器，進行處理。

3.2??? 抗干擾

??? 由于該監(jiān)控系統(tǒng)工作于強電磁輻射環(huán)境，很容易受到各種干擾的影響。干擾一旦串入系統(tǒng)，輕則會引起誤報，嚴重時就會導致整個系統(tǒng)癱瘓，甚至造成重大事故。為此，本系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面考慮抗干擾措施，以保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運行。

3.2.1??? 硬件抗干擾措施

??? 1）光電隔離在輸入和輸出通道上，采用光電耦合器件進行信號隔離傳輸，這樣一來可以較好地防止串模干擾，干擾單片機的正常工作。

??? 2）去耦電路在電源進線端加去耦電路，消除各類高頻干擾。

??? 3）合理布置地線系統(tǒng)中的數(shù)字地與模擬地分開，最后在一點相連，避免了模擬信號對數(shù)字信號的干擾。

3.2.2??? 軟件抗干擾措施

??? 1）利用可編程邏輯看門狗將單片機從死循環(huán)和跑飛狀態(tài)中拉出，使單片機復位。

??? 2）對模擬量的采樣和處理，采用數(shù)字濾波技術(shù)。

??? 3）采用指令冗余和軟件陷阱，防止程序跑飛。

3.3??? 模塊化結(jié)構(gòu)

??? 為方便運輸與搬運，交流調(diào)壓裝置及負載調(diào)整裝置均設(shè)計為模塊化組裝結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)由以下幾個模塊組成：

??? 1）交流調(diào)壓模塊；

??? 2）負載調(diào)整模塊；

??? 3）檢測(系統(tǒng)主機)模塊。

4??? 直流監(jiān)測系統(tǒng)主機

??? 該部分是整體設(shè)備的測量控制中心，其主要是以串行口控制電動調(diào)壓器以及負載調(diào)整裝置，使充電機達到測試所需的狀態(tài)；測量被測充電機的有關(guān)輸出量并對結(jié)果實施分析計算，最終得出穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)三大參數(shù)。采用觸摸液晶顯示器、微型打印機作為人機界面，用于參數(shù)的設(shè)定、調(diào)整及結(jié)果的顯示。

4.1??? 數(shù)據(jù)采集

4.1.1??? 充電電壓

??? 采集電壓通過共扼線圈濾除雜波后，經(jīng)由CPU控制的模擬開關(guān)到達運放，由精密四運算放大器TL052構(gòu)成精密運放器，輸入到TC7109CPL進行A/D變換。

4.1.2??? 充電電流

??? 采集電壓通過共扼線圈濾除雜波后，經(jīng)由CPU控制的模擬開關(guān)到達運放器，輸入到TC7109CPL，進行A/D變換。

4.1.3??? 紋波系數(shù)

??? 取直流輸出的交流分量，首先通過共扼線圈，濾除干擾信號，再通過由精密運放TL052構(gòu)成的帶通濾波器（只允許接近工頻范圍的信號通過）同步跟隨后，到達精密全橋整流電路，將峰峰值相疊加后，輸入到TLC2543進行A/D變換。

4.2??? 串口通信電路

??? 主機采用模擬開關(guān)CD4052擴展通信口，實現(xiàn)主機CPU與輔機交流電壓調(diào)整裝置、直流輸出負載調(diào)整裝置的交互式通信及觸摸屏通信。

??? 通信電路擴展如圖2所示。

圖2??? 通信電路示意圖

4.3??? 人機界面

??? 本系統(tǒng)采用YD?612，8色/6英寸（15.24cm）觸摸液晶屏做為系統(tǒng)顯示輸入部件。它具有顯示信息量大（中文15行×20列，圖形點陣320×240）、畫面豐富（32K）的特點，它的使用使系統(tǒng)大量的數(shù)據(jù)輸入變得簡單易行，呈現(xiàn)給用戶的畫面更加友好，操作變得簡單快捷。用戶只要翻閱儲存在系統(tǒng)中的簡要使用說明，就可操作本系統(tǒng)，方便易學。

4.4??? 微型打印機

??? 本系統(tǒng)采用TPUP－40微型打字機做為系統(tǒng)的打印輸出設(shè)備,它與單片機89C55通過74HC574相連，接口簡單。只要測得P3.5（BUSY）為低電平，即可向打印機發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。它能夠打印中文字體，使得計算出的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)以表格形式，方便地輸出給用戶。

5??? 結(jié)語

??? 本檢測設(shè)備的研制成功，解決了目前國內(nèi)各變電站直流系統(tǒng)現(xiàn)場使用、維護單位不能進行直流電源現(xiàn)場檢測的難題，對保障電網(wǎng)安全運行具有重要意義。檢測系統(tǒng)采用微型單片計算機控制及測量技術(shù)，通過對被測設(shè)備的交流輸入電壓、直流輸出負載按標準進行調(diào)節(jié)，同時自動進行采樣計算，實現(xiàn)直流充電設(shè)備技術(shù)指標的現(xiàn)場標準檢測。在技術(shù)上主要采用磁補償原理、IGBT技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、多機通信技術(shù)、高速采樣技術(shù)，使檢測設(shè)備達到可移動式，且具備檢測精度高的特點。