一种新型直流电源监控系统的设计

安科瑞师晴晴

江苏安科瑞电器制造有限公司  无锡  214400

摘要：介绍了一款无人职守的智能直流电源监控系统，阐述了综合监控模块、电池巡检模块和绝缘监测模块。该系统采用分散控制、集中管理的模块化方式，能自动检测直流电源系统的各种数据，并对系统故障进行实时监测及报警，实现蓄电池的智能管理，较好地满足无人值守变电站及配网自动化的需求。--   一种新型直流电源监控系统的设计                         

   关键字：直流电源系统；实时监测；模块化

中图分类号：TM933    文献标识码：A       文章编号：1007-3175（2014）05-0026-03

    The new design of a DC power supervise control system

Abstract：The unattended DC power supervise control system are introduced in this article，and the module of comprehensive monitoring、the module of battery inspection and the module of insulation monitoring are  significantly introduced. The form of decentralized management and centralized management are taken in the system，and the dates of DC power supervise control system are all monitored automatically，and it can also supervise the failure of the system and send off alarm，so as to achieve the intelligence management for storage battery。By doing so，we can satisfy the meeting of transformer substation and power distribution automation without people on duty.

Key words: Direct current power supervise control system; Real-time monitoring; Modularization

本文结合现代计算机技术以及自动化技术，设计了一款无人职守的直流电源监控系统。该系统采用集中管理、独立控制的模块化

设计，具有“遥测、遥信、遥控、遥调”功能，

易于实现电力系统综合自动化，是传统直流电

源监控系统的新一代替换产品[3]。

作者简介：王波（1987），男，工学硕士，主要从事工业自动化的研究；包林杰（1982），男，工学学士，主要从事工业自动化的研究；朱大卫（1984），男，工学学士，主要从事工业自动化的研究。

1  直流电源监控系统

本直流电源监控系统采用集中管理，独立控制，主要适用于20～200AH单电单充系统，可实现24节电池巡检和30路支路绝缘监测。系统由综合监控模块、电池巡检模块、绝缘监测模块、充电模块以及上位机显示控制模块组成，其中电池巡检、绝缘检测通过RS485接口与综合监控模块联机。该直流电源监控系统采用集中一体式加扩展单元的组合结构，接线简单，安装方便。其结构如图1所示。

 图1 系统结构框图

Fig.1  Overall configuration of system

  2  综合监控模块

综合监控模块是直流监控系统的神经**，其采用知名公司的真正工业级32位处理器作为主控芯片，能够限度地提高系统的可靠性和运行速度。综合监控模块经RS-485接口对其他模块进行集中管理控制[4]。其中电池巡检模块、绝缘监测模块分别将监测到的单体电池电压、温度及母线电压、支路绝缘电阻等信号通过RS485接口发送给综合监控模块。综合监控模块根据内部预先设定的报警值进行比较产生报警信号并记录报警的起始与结束时间。另外综合监控模块可根据电池组电流大小自动进行均、浮充管理，从而大大延长了蓄电池组的使用寿命。

此外综合监控模块本身可监测8路系统开关量状态，三相交流输入电压、合母/控母的电压、电流以及母线绝缘状态。

蓄电池作为备用电源与整个直流供电系统的可靠性密不可分，因此保证蓄电池的正常运行是整个直流电源系统的首要任务[5]。本文通过电池巡检模块对电池组中每节电池的端电压、电流、温度进行巡检，并将结果通过RS485总线传送给综合监控模块。若某一节蓄电池电压低于或高于指定值,则由综合监控模块发出报警指示,并自动进行必要的操作；若电池组电流过高,则指示充电模块停止充电；若电流过低,表明该蓄电池的性能变差或过度放电，则指示充电模块进行充电。从而能够对电池进行维护，延长电池使用寿命，确保系统**可靠运行。本电池巡检模块多可检测24节单体电池电压，可分别检测2、6、12V单体电池，测量精度为0.2%,其原理如图2所示。

图2 电池巡检模块原理框图

Fig.2  Diagram of the module of battery inspection

在对单体电池电压进行测量时，因系统中蓄电池多采用串联结构,其输出电压高达250V,所以输入通道的多路转换是一个难点。目前常用的多路转换方法:电阻分压法和继电器隔离法。继电器隔离法操作简单，给每个电池配一个继电器，当要检测某节电池时，打开该继电器即可。控制继电器应使用译码器，保证任何时候只有一个继电器导通[6]。由于普通机械继电器的使用寿命有限(不超过10万次)，远远不能满足蓄电池巡检装置的要求。所以选用了光继电器对每节电池进行隔离,其结构如图3所示。

图3 电压检测示意图

Fig.3  Diagram of voltage monitoring

在电池巡检模块中，对每一节蓄电池配置一光继电器，由CPU控制其关段，正常情况下光继电器处于断开状态，当要对电池进行巡检时，每次只将一节电池接入采样电阻，然后将采样信号送入运算放大器后再由电池巡检仪进行运算处理，从而得到蓄电池电压。

直流电源系统的常见故障是一点接地，在一般情况下一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，又发生另一点接地故障就可能会发生事故，所以对直流系统绝缘状况进行实时监测，出现接地故障时及时排除是非常必要的[7-9]。

本绝缘监测模块具有检测30路支路绝缘电阻的功能，测量精度为±0.3KΩ，同时还能检测母线（合母、控母和母线负）对地电压，测量误差为±0.4V。绝缘监测模块将监测到的对地电压值和对地电阻值通过RS485总线发送给综合监控模块，并由综合监控模块作出相应处理。其原理如图4所示。

图4 绝缘监测模块原理框图

Fig.4 Diagram of the module of insulation monitoring

图5 绝缘监测示意图

Fig.5  Diagram of insulation monitoring

本文介绍的这种直流电源监控系统，在总体上具有功能强、结构开放灵活、实时性好、可靠性高等优点，每个环节均采用技术，反映了当前直流电源监控系统的发展趋势，具有十分广阔的应用前景。

文章来源：《电工电气》 2014年 第5期 

[1] 邹甲,王礼帅,乔黎,等 .电力直流屏用智能充电电源的研制 [J].电源世界，2008(5):32-35.      

[2] 吕志宁,杨忠亮，变电站直流监控系统的实现[J]，广东电力，1999,12(3):13-15.

[3] 李利森,徐彦.电力系统用微机监控直流电源[J].电源技术应用.2001.4(7):347-350.

[4] 王新,杜庆楠,陈立香,崔景岳，变电站直流系统微机监测控制装置的研究[J]，焦作工学院学报，1999,18(5):372-375. 

[5] 马福舟,杨顺江,徐莉,董克俭.分散式直流屏蓄电池监控系统[J].电源技术.2008(5):69-70.  

[6] 吕勇军,智能蓄电池在线监测仪的设计[J]，国外电子元器件，2001(9):55-57.

[7] 徐天奇,蔡骏峰.直流系统接地故障判断和定位装置的设计[J] .仪表技术，2011(12) :7-8.   

[8]君怀，陈怡欢，直流绝缘监测的应用与发展[J]，高压电器，2000,36(6):47-49.

[9]向小民,胡翔勇,曾维鲁,高学军，直流系统绝缘监察装置[J]，中国电力，1999,32(8):38-39.

[10]周振雄,张艳萍，变电站直流系统接地检测仪的研制[J]，北华大学学报：自然科学版，2001.2(1):84-88.