CN109143088B - 直流蓄电池监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变电站直流系统一次回路，变电站测控装置领域。具体为一种直流蓄电池监测装置。解决了目前直流系统缺乏一种能够有效监测直流蓄电池是否在线的装置的技术问题。一种直流蓄电池监测装置，包括电压接线端口、电压采集模块、处理器、按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块；所述电压接线端口为两组，其输入端分别用于采集来自直流蓄电池和直流母线系统的电压；电压接线端口与电压采集模块相连接；电压采集模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连接；所述按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块均与处理器相连接；所述处理器包括压差运算单元、平衡桥电流测试单元和报警电路。

Description

直流蓄电池监测装置

技术领域

本发明涉及变电站直流系统一次回路，变电站测控装置领域。尤其涉及变电站直流系统接线，具体为一种直流蓄电池监测装置。

背景技术

目前，变电站没有较全面的电压互感器二次回路监测装置，二次回路发生异常及故障时不能及时发现并排除，从而影响继电保护装置正常运行。针对国网陕西省电力公司陕西西安330千伏南郊变(110千伏韦曲变)发生主变烧损事故中，因330千伏南郊变(110千伏韦曲变)站外35千伏韦里III线故障，韦曲变35千伏、10千伏母线电压降低，#1、#2、#0站用变低压侧脱扣跳闸，直流系统失去交流电源。在前期施工改造过程中更换后的两组新蓄电池未与直流母线导通(未导通原因为该两组蓄电池至两段母线之间的刀闸在断开位置)，充电屏交流电源失去后，造成直流母线失压(正常运行时由站用交流通过充电模块向直流母线供电)。从而导致全站保护及控制回路失去直流电源，监控系统未报警，造成故障越级。

低压直流系统的作用是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。因此对于直流系统来说蓄电池是否在线(连接至直流母线排上)对于整个直流系统来说至关重要，若失去这一后备电源，就会发生类似陕西省电力公司陕西西安330千伏南郊变(110千伏韦曲变)发生主变烧损事故的恶性事故。

发明内容

本发明为解决目前直流系统缺乏一种能够有效监测直流蓄电池是否在线的装置的技术问题，提供一种直流蓄电池监测装置。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种直流蓄电池监测装置，包括电压接线端口、电压采集模块、处理器、按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块；所述电压接线端口为两组，其输入端分别用于采集来自直流蓄电池和直流母线系统的电压；电压接线端口与电压采集模块相连接；电压采集模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连接；所述按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块均与处理器相连接；所述处理器包括压差运算单元、平衡桥电流测试单元和报警电路；压差运算单元包括一个反相放大器，所述直流母线系统的电压信号输入至反相放大器的反向输入端，直流蓄电池的电压信号输入至反相放大器的正相输入端；所述平衡桥电流测试单元包括一个平衡电桥电路，平衡电桥电路的两臂分别接收直流母线的电压信号以及直流蓄电池的电压信号；所述报警电路包括两个光电二极管、两个光电三极管以及一个三极管；一个光电二极管与一个光电三极管组成一对；组对的光电二极管与光电三极管的基极对应；两个光电二极管的正极均作为一个高电平输入端且分别与平衡电桥的输出端和反相放大器的输出端相连接；其中第一光电三极管的集电极与电源Vcc相连接，第一光电三极管的发射极与第二光电三极管的集电极相连接，第二光电三极管的发射极与三极管的基极相连接，三极管的集电极与电源相连接，三极管的发射极与报警模块相连接；第二光电三极管的发射极以及三极管的发射极分别接地；光电三极管和三极管均为NPN型。

所述直流蓄电池在线监测装置接收来自蓄电池、直流母线系统的电压。

所述直流蓄电池在线监测装置实时采集蓄电池以及直流母线电压，通过电压差值，以及平衡桥电流算法计算分析判断蓄电池是否在线，超出阈值由报警模块报警提醒。

所述直流蓄电池在线监测装置通过显示屏幕显示实时的采样值与计算值，并显示顺序记忆故障事件，通过按钮切换显示的内容电压差值、蓄电池电压以及母线电压。

本发明的有益效果是：能够及时发现蓄电池电压回路发生的故障，帮助运维人员对蓄电池回路进行实时在线监测是否在线，及时排除故障，保证全站保护及控制回路直流电源持续可靠供电，监控系统正常，确保电力系统的安全可靠运行。

附图说明

图1是直流系统原理简图；图2是监测装置逻辑框图；图3蓄电池在线监测装置模块化原理图；图4是蓄电池在线监测装置电路原理图；图5是蓄电池在线监测装置模型。

具体实施方式

一种直流蓄电池监测装置，包括电压接线端口、电压采集模块、处理器、按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块(如图3所示)；所述电压接线端口为两组，其输入端分别用于采集来自直流蓄电池和直流母线系统的电压；电压接线端口与电压采集模块相连接；电压采集模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连接；所述按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块均与处理器相连接；所述处理器包括压差运算单元、平衡桥电流测试单元和报警电路；压差运算单元包括一个反向放大器，所述直流母线系统的电压信号输入至反相放大器的反向输入端，直流蓄电池的电压信号输入至反相放大器的正相输入端；所述平衡桥电流测试单元包括一个平衡电桥电路，平衡电桥电路的两臂分别接收直流母线的电压信号以及直流蓄电池的电压信号；所述报警电路包括两个光电二极管、两个光电三极管以及一个三极管；一个光电二极管与一个光电三极管组成一对；组对的光电二极管与光电三极管的基极对应；两个光电二极管的正极均作为一个高电平输入端且分别与平衡电桥的输出端和反相放大器的输出端相连接；其中第一光电三极管的集电极与电源Vcc相连接，第一光电三极管的发射极与第二光电三极管的集电极相连接，第二光电三极管的发射极与三极管的基极相连接，三极管的集电极与电源相连接，三极管的发射极与报警模块相连接；第二光电三极管的发射极以及三极管的发射极分别接地；光电三极管和三极管均为NPN型(如图4所示)。

还包括一个外壳，所述电压采集模块、处理器、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块均位于外壳内部；所述按键模块、显示模块、电压接线端口位于外壳外表面；外壳表面还设有控制电源模块的开关。报警模块采用蜂鸣器。

直流蓄电池在线监测方法，包括如下步骤：

步骤一：实时采集直流蓄电池，直流母线真实电压、正负电位U_{正直流蓄电池}、U_{负直流蓄电池}、U_{直流母线正}、U_{直流母线负}；

步骤二：根据已有的两种差值计算方法准确辨识直流蓄电池是否在线，进行故障判别：

a：基于直流蓄电池电压参数，通过电压差值算法；

△U＝U_{直流蓄电池电压}-U_{直流母线电压} ①

以及平衡桥电流算法：

计算得到ΔU和ΔI；

b：通过分析计算得出的电压差值与电流突变量是否达到阈值来判断直流蓄电池是否在线；

△I≥I_set △U≥U_set

其中I_set和U_set分别为电流阈值和电压阈值，根据实际情况而定；

步骤三：若计算得到的若超过阈值则发报警信号，并通过通讯总线上传告警信号。

本发明的工作原理：

(1)直流蓄电池作为直流母线的备用电源，起到了在站用变失电后逆变器不工作后，为直流母线供电的作用，保障在站用变失电情下保护装置监控装置以及后台机不失电提高主网运行的可靠性。如图1所示，所述装置接入电网中，电压接线端口分别接在主网回路以及蓄电池组的供电回路中。

(2)装置通过电压接线端口把蓄电池电压以及直流母线电压采集到装置后背接线口处，通过电压采集模块将电压模拟值录入到CPU模块，经过差值计算以及电流桥平衡算法，双计算方式只要有一个电位超过阈值通过或门启动报警蜂蜜器并上传至后台机SOE事件(如图2所示)。

(3)装置采用双计算法，确保装置可靠报警达到实时监测蓄电池是否在线的重要依据。实时采集蓄电池以及直流母线电压，通过电压差值[即蓄电池以及母线电压一个作为减数一个做为被减数通过差值运算得出结果]，以及平衡桥电流算法[通过采集蓄电池正电位以及直流母线正电位通过平衡桥电流算法，其中(R1*R3≠R2*R4)，通过中点接地若存在差流则对地存在电位差则电流互感器流过电流]，根据电流值和电压差值计算分析当超过所整定的阈值则启动蜂鸣器报警，并通过通讯口232上传事故追忆信息至SOE供运维人员作为直流蓄电池是否在线的辅助判断依据。

(4)阈值的设定由检修人员对6各站进行多次试验得出，具有普遍意义，可以作为阈值参考。但由于各地不同，可根据各地实际情况设定阈值。

具体设计方案参见图1、图2、图3、图4、图5。图1是直流系统原理简图；图2是监测装置逻辑框图；图3蓄电池在线监测装置模块化原理图；图4是蓄电池在线监测装置电路原理图；图5是蓄电池在线监测装置模型。

本发明专门为监视蓄电池是否在线而设计，具有使用方便，结构简单，实用性强等特点，能够实时对蓄电池电压、直流母线电压、蓄电池是否在线进行监视并且发出报警信号上传至监控后台，方便运行维护人员及时排除故障，提高了保护装置运行的可靠性以及电网的安全稳定运行。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，作出具体的改变或变化均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种直流蓄电池监测装置，其特征在于，包括电压接线端口、电压采集模块、处理器、按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块；所述电压接线端口为两组，其输入端分别用于采集来自直流蓄电池和直流母线系统的电压；电压接线端口与电压

采集模块相连接；电压采集模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连接；所述按键模块、显示模块、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块均与处理器相连接；所述处理器包括压差运算单元、平衡桥电流测试单元和报警电路；压差运算单元包括一个反相放大器，所述直流母线系统的电压信号输入至反相放大器的反相输入端，直流蓄电池的电压信号输入至反相放大器的正相输入端；所述平衡桥电流测试单元包括一个平衡电桥电路，平衡电桥电路的两臂分别接收直流母线的电压信号以及直流蓄电池的电压信号；平衡电桥电路输出电流差值ΔI，ΔI通过采集直流蓄电池的正电位以及直流母线的正电位后采用平衡桥电流算法得出；所述报警电路包括两个光电二极管、两个光电三极管以及一个三极管；一个光电二极管与一个光电三极管组成一对；组对的光电二极管与光电三极管的基极对应；两个光电二极管的正极均作为一个高电平输入端且分别与平衡电桥的输出端和反相放大器的输出端相连接；其中第一光电三极管的集电极与电源Vcc相连接，第一光电三极管的发射极与第二光电三极管的集电极相连接，第二光电三极管的发射极与三极管的基极相连接，三极管的集电极与电源相连接，三极管的发射极与报警模块相连接；第二光电三极管的发射极以及三极管的发射极分别接地；光电三极管和三极管均为NPN型。

2.如权利要求1所述的直流蓄电池监测装置，其特征在于，还包括一个外壳，所述电压采集模块、处理器、通讯模块、时钟模块、电源模块以及报警模块均位于外壳内部；所述按键模块、显示模块、电压接线端口位于外壳外表面；外壳表面还设有控制电源模块的开关。

3.如权利要求1或2所述的直流蓄电池监测装置，其特征在于，报警模块采用蜂鸣器。

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