直流电源现场检测系统的开发与应用分析

1、直流电源设备现场检测工作现状

      在DL/T724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》第5.3条中，对充电装置的稳压精度、稳流精度、纹波系数3项技术指标（以下简称3项指标）的现场交接试验有明确的规定及技术要求。试验内容主要是通过调压装置（如变压器）将充电机交流输入电压在额定电压±10%内变化，通过负载调整装置（如放电电阻），使充电机的直流输出电压及输出电流在规定范围内变化（电压调整范围为额定值的90%～145%，电流调整范围为额定值的0～100%），在调整范围内测量电压、电流及纹波值，通过计算，得到充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数3个参数（以下简称3个参数）。

      但目前电力系统中运行的直流电源设备达到的技术指标，都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段，难以确认设备的技术指标是否满足要求。而且运行实践证明，随着运行时间的推移，特别是投运1～3a内，设备的技术指标会发生偏移，典型的后果是因充电机指标下降，3个参数超标，同样因现场不具备相应的测试手段，无法及时发现、调整。所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏，直接威胁电网的安全运行。

      特别是对于广泛采用的阀控密封铅酸蓄电池，虽具有不需加酸加水、维护量小的优点，但对于充电设备的3项指标具有严格的要求，如不满足要求则会发生干涸、热失控等故障，很快失效报废。如1999年,石家庄供电公司220kV大河站、王里站2组GFM-300Ah阀控密封铅酸蓄电池投运，因充电机技术指标不满足要求，仅运行了1a和3a即报废，对变电站乃至电网的安全运行造成了重大威胁。

      另外，目前变电站多采用综合自动化技术，蓄电池采用柜式安装，与自动化设备同装一室，充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题，严重者甚至发生爆炸。

      国内进行直流电源性能检测的机构以及生产厂家用于直流电源检测的设备均为固定式设备，如固定式调压器、负载箱，体积、重量大，无法移动、检测，分析仪器仪表均为常规设备如电压表、电流表、示波器等，接线复杂，使用不便，不适合在各变电站移动使用。

      目前，对于直流电源的检测不具备调整交流输入电压设备，只能采用市电交流，因此不能检验交流输入电压变化情况下的3个参数，而充电机往往在输入交流电压变化时稳压，稳压精度不能满足要求；而且现场一般通过电炉丝调节充电机输出电压、电流，但输出容量往往过小，达不到规定范围。造成的后果就是现场人员不能按照规定进行全部测试点的检测，特别是一些易发现问题的极限点的检测，如交流输入电压+10%、输出空载情况下的稳压精度。本文介绍一种自行研制的、适合变电站使用的移动式直流电源微机检测系统。

2、系统组成及功能

      该系统采用的检测方法严格按DL/T459-2000《电力系统直流电源柜定货技术条件》规定执行，实现对充电机3项指标的检测，避免由于检测方法的争议造成用户与生产厂商对检测结果的争议。
系统可实现的三相交流输入电压调整范围为380V±15%；检测数据精度≤0.5%，额定检测容量50A，可实现50A及以下容量充电机的检测，以及500A·h及以下蓄电池组容量试验。系统可自动检测；汉化液晶显示，可打印测试结果；且人机对话方便。

      该系统在设计上采用模块化组合结构，2人即可搬动，方便车载运输及在各变电站移动检测。

      系统由参数测试装置（系统主机）、交流电压调整装置、直流输出负载调整装置组成，见图1。采用微型计算机控制技术，通过调节被试充电机的交流输入电压及输出负载，同时系统主机自动进行采样计算，实现对充电机3项技术指标的检测。

      2.1交流电压调整装置

      由三相可调变压器及其控制系统组成。控制系统以辅助单片机为控制核心,接收系统主机指令，通过伺服电机控制三相可调变压器调节输出电压大校为降低体积与重量，从设计角度考虑，充分利用调整电压范围不大（20%）的特点进行了专门设计。

      2.2直流输出负载调整装置

   由发热元件及其控制系统组成。控制系统以辅助单片机为控制核心,接收主机指令，控制负载调整装置以控制充电机输出电压或电流的大校为降低体积与重量，发热元件采用PTC发热陶瓷元件，采用8421排列组合方式并配合可调电阻，实现对输出负载的准确调节。

      2.3参数测试装置

      该部分是整体设备的测量控制中心，它控制电动调压器以及负载调整装置，使充电机达到测试所需状态；测量被试充电机的有关输出量，并对结果实施分析计算，最终得出3个参数。

      2.3.1主机电路板

      采用89C52单片机作为智能控制的核心，辅以A/D转换7109及键盘电路、通讯电路、报警电路等外围电路，使整机实现智能化。由传感器反馈回的电压信号和电流信号同时也通过7109转换成数字信号后进入单片机，通过单片机调整后，显示输出；采用液晶显示器、微型打印机、薄膜按键作为人机界面，汉化方式。

      2.3.2A/D转换部分

      来自传感器的电压、电流信号经同相放大、有源滤波、模拟开关（4051）选择后，送至12位A/D转换器AD7109，转换后的数字量由数据总线送入89C52。由于A/D的时钟为工频整倍数，所以能抑制工频干扰。AD7109与89C52采用典型的总线扩展接法。

      纹波电压信号经带通滤波、峰值保持等处理后到高速AD进行模数转换,转换后的数字量由数据总线送入89C52。

      2.3.3工艺参量存贮部分

      EEPROMX25045与89C52、P17～P14接口，构成工艺参量存贮器，通过软件控制，可将需要记忆的参量写入X25045，这些数据停电后仍可保持10a之久。

      2.3.4串行口通道

      采用模拟开关CD4052扩展通讯口实现与辅机的交互式通讯。一路与触摸屏通讯,一路与三相输入交流电压调整装置通讯,一路与直流输出负载调整装置通讯。该通信方式为全双工异步串行通信，波特率为9600，每帧由1位起始位（0）、8位数据位（低位在先）、1位停止位（1）构成。

      2.3.5控制软件

      控制软件包括主程序、中断服务程序及若干子程序，全部软件约5Ｋ字节。主程序主要执行初始化程序，接受工作状态设置，进行键盘处理和刷新显示等功能。中断服务程序主要执行采样信号处理，包括浮点运算子程序、定点运算子程序、Ｅ2ＰＲＯＭ读写子程序等若干子程序。其核心是采样信号处理，因为电压、电流的反馈信号是一切控制的基础，采样信号的稳定性和误差度直接影响着控制精度。在设计上通过启动A/D转换器进行连续多次采样，将采样结果累加起来，经抗干扰去极值处理后，除以有效采样次数，即得到稳定的采样信号。

      3、现场应用情况

      2002年9月，石家庄供电公司检修工区某班组装备该套设备，首次应用于新投设备的交接验收工作中。结合某110kV变电站直流电源改造投运工作，检修人员将该套系统运至变电站，按照国家标准，对该站新装充电机进行3项指标的全自动检测，并对蓄电池组进行了容量试验。检测结果显示，#1充电机稳压精度低于国标规定，充电机生产厂方对充电机控制回路重新进行了调整，使指标达到了要求，保证了设备的投运质量。

      该班组于2002年10月，首次实现对直流电源系统的现场检测，并将该项检测纳入定期维护工作内容，并先后进行了中华、大河等站充电机的3项指标测试，有效地保障了直流系统的安全可靠运行。

      4、结论

      移动式直流电源设备微机检测系统成功地解决了直流电源的现场检测问题，可以定期验证和发现设备技术性能问题，杜绝事故隐患，便于变电站、发电厂直流电源设备进行现场整机技术性能的检测，确保电力系统的安全可靠运行。