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變電站直流電源移動式微機檢測設備
冶金部邯鄲518自動化電器廠
張文華,徐田中,李鋼
摘要: 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指標(穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數)。在充電機長達10~20年的使用中,技術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拒動,造成主設備損壞、電網瓦解等重大事故。
Abstract:
Key words :

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指標(穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數)。在充電機長達10~20年的使用中,技術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拒動,造成主設備損壞、電網瓦解等重大事故。

    目前電力系統(tǒng)中運行的直流充電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據。現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。而且隨著運行時間的推移,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,穩(wěn)壓、穩(wěn)流、紋波系數超標,造成蓄電池失效,直接威脅電網的安全運行。

    因此,有必要研制一種采用微型計算機控制技術的檢測設備,通過對充電機等被測設備的交流輸入電壓、輸出負載按標準規(guī)定的設定值進行調節(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),以便對直流電源設備的技術指標進行現場的全面測試。

2    總體方案

2.1    系統(tǒng)結構

    系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1    系統(tǒng)結構圖

2.2    技術指標

    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,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,電流信號經同相放大、有源濾波等模擬信號電路處理后,送至A/D轉換器,轉換后的數字量由數據總線送入中央處理器。由于A/D的時鐘為工頻整倍數,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、耐干擾性能好的器件組成。

    3)紋波電壓信號經帶通濾波、峰值保持等處理后,到高速A/DTLC2543進行模數轉換,轉換時間<10μs,轉換后的數字量由數據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)中的數字地與模擬地分開,最后在一點相連,避免了模擬信號對數字信號的干擾。

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,采用數字濾波技術。

    3)采用指令冗余和軟件陷阱,防止程序跑飛。

3.3    模塊化結構

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

    1)交流調壓模塊;

    2)負載調整模塊;

    3)檢測(系統(tǒng)主機)模塊。

4    直流監(jiān)測系統(tǒng)主機

    該部分是整體設備的測量控制中心,其主要是以串行口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的狀態(tài);測量被測充電機的有關輸出量并對結果實施分析計算,最終得出穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數三大參數。采用觸摸液晶顯示器、微型打印機作為人機界面,用于參數的設定、調整及結果的顯示。

4.1    數據采集

4.1.1    充電電壓

    采集電壓通過共扼線圈濾除雜波后,經由CPU控制的模擬開關到達運放,由精密四運算放大器TL052構成精密運放器,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,經由CPU控制的模擬開關到達運放器,輸入到TC7109CPL,進行A/D變換。

4.1.3    紋波系數

    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CD4052擴展通信口,實現主機CPU與輔機交流電壓調整裝置、直流輸出負載調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)大量的數據輸入變得簡單易行,呈現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)送命令和數據。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、紋波系數以表格形式,方便地輸出給用戶。

5    結語

    本檢測設備的研制成功,解決了目前國內各變電站直流系統(tǒng)現場使用、維護單位不能進行直流電源現場檢測的難題,對保障電網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,通過對被測設備的交流輸入電壓、直流輸出負載按標準進行調節(jié),同時自動進行采樣計算,實現直流充電設備技術指標的現場標準檢測。在技術上主要采用磁補償原理、IGBT技術、觸摸屏技術、多機通信技術、高速采樣技術,使檢測設備達到可移動式,且具備檢測精度高的特點。

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