變電站直流電源移動(dòng)式微機檢測設備

摘要：研制了一種適用于現場(chǎng)的可移動(dòng)式的電力直流電源檢測設備，能完成對充電機穩壓精度、穩流精度、紋波3項技術(shù)指標的全面檢測。

關(guān)鍵詞：電壓調整；負載調整；紋波

1 概述

發(fā)電廠(chǎng)、變電站中的直流系統正常情況下給控制、保護電路供電，事故情況下，在交流電源全停時(shí)，要保證1～2h的供電時(shí)間，而且要求提供給直流母線(xiàn)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（穩壓精度、穩流精度、紋波系數）。在充電機長(cháng)達10～20年的使用中，技術(shù)指標不可避免地會(huì )發(fā)生變化，嚴重時(shí)會(huì )造成蓄電池組充電容量不足，在變電站交流停電時(shí)，蓄電池組不能可靠地供電，而導致全站保護及開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，造成主設備損壞、電網(wǎng)瓦解等重大事故。

目前電力系統中運行的直流充電設備達到的技術(shù)指標，都是由生產(chǎn)廠(chǎng)家在設備出廠(chǎng)試驗時(shí)提供的數據?，F場(chǎng)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(shù)指標是否滿(mǎn)足要求。而且隨著(zhù)運行時(shí)間的推移，設備的技術(shù)指標會(huì )發(fā)生偏移，典型的后果是因充電機指標下降，穩壓、穩流、紋波系數超標，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)的檢測設備，通過(guò)對充電機等被測設備的交流輸入電壓、輸出負載按標準規定的設定值進(jìn)行調節，同時(shí)檢測裝置自動(dòng)進(jìn)行采樣計算，組成一個(gè)可移動(dòng)的自動(dòng)化檢測系統，以便對直流電源設備的技術(shù)指標進(jìn)行現場(chǎng)的全面測試。

2 總體方案

2.1 系統結構

系統結構圖如圖1所示。

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；

直流輸出穩壓時(shí)電流0～50A；

直流輸出穩流時(shí)電壓180～300V；

紋波峰峰值范圍為1.5～5.5V；

測量精度

測量穩壓精度時(shí)，直流電壓測量精度

≤0.5％，紋波電壓精度≤0.5％；

測量穩流精度時(shí)，直流電流測量精度3主要技術(shù)問(wèn)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(jìn)行高速采集，且采集精度高，是該系統能否研制成功的關(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(diǎn)。

2）來(lái)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轉換器，轉換后的數字量由數據總線(xiàn)送入中央處理器。由于A(yíng)/D的時(shí)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(jīng)帶通濾波、峰值保持等處理后，到高速A/DTLC2543進(jìn)行模數轉換,轉換時(shí)間10μs，轉換后的數字量由數據總線(xiàn)送入中央處理器，進(jìn)行處理。

3.2 抗干擾

由于該監控系統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，輕則會(huì )引起誤報，嚴重時(shí)就會(huì )導致整個(gè)系統癱瘓，甚至造成重大事故。為此，本系統從硬件和軟件兩方面考慮抗干擾措施，以保證監控系統的可靠運行。

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(jìn)行信號隔離傳輸，這樣一來(lái)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(jìn)線(xiàn)端加去耦電路，消除各類(lèi)高頻干擾。

3）合理布置地線(xiàn)系統中的數字地與模擬地分開(kāi)，最后在一點(diǎn)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(mén)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(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。該系統由以下幾個(gè)模塊組成：

1）交流調壓模塊；

2）負載調整模塊；

3）檢測(系統主機)模塊。

4 直流監測系統主機

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(dòng)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(guān)輸出量并對結果實(shí)施分析計算，最終得出穩壓精度、穩流精度、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(guò)共扼線(xiàn)圈濾除雜波后，經(jīng)由CPU控制的模擬開(kāi)關(guān)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(jìn)行A/D變換。

4.1.2 充電電流

采集電壓通過(guò)共扼線(xiàn)圈濾除雜波后，經(jīng)由CPU控制的模擬開(kāi)關(guān)到達運放器，輸入到TC7109CPL，進(jìn)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(guò)共扼線(xiàn)圈，濾除干擾信號，再通過(guò)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(guò)）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(jìn)行A/D變換。

4.2 串口通信電路

主機采用模擬開(kāi)關(guān)CD4052擴展通信口，實(shí)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。

4.3 人機界面

本系統采用YD?612，8色/6英寸（15.24cm）觸摸液晶屏做為系統顯示輸入部件。它具有顯示信息量大（中文15行20列，圖形點(diǎn)陣320240）、畫(huà)面豐富（32K）的特點(diǎn)，它的使用使系統大量的數據輸入變得簡(jiǎn)單易行，呈現給用戶(hù)的畫(huà)面更加友好，操作變得簡(jiǎn)單快捷。用戶(hù)只要翻閱儲存在系統中的簡(jiǎn)要使用說(shuō)明，就可操作本系統，方便易學(xué)。

4.4 微型打印機

本系統采用TPUP－40微型打字機做為系統的打印輸出設備,它與單片機89C55通過(guò)74HC574相連，接口簡(jiǎn)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，使得計算出的穩壓精度、穩流精度、紋波系數以表格形式，方便地輸出給用戶(hù)。

5 結語(yǔ)

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現場(chǎng)使用、維護單位不能進(jìn)行直流電源現場(chǎng)檢測的難題，對保障電網(wǎng)安全運行具有重要意義。檢測系統采用微型單片計算機控制及測量技術(shù)，通過(guò)對被測設備的交流輸入電壓、直流輸出負載按標準進(jìn)行調節，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行采樣計算，實(shí)現直流充電設備技術(shù)指標的現場(chǎng)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)，使檢測設備達到可移動(dòng)式，且具備檢測精度高的特點(diǎn)。