电力直流电源监控系统

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1、 -1- 第 1 章 绪论1.1 电力直流电源系统简介和发展电力直流电源系统是主要用于电力系统中各类电站的一种直流电源系统。它主要用于电力系统中的发电厂，水电站和各类变电站，用于断路器分合闸及二次回路中的仪表、仪器、继电保护、事故照明和交流不停电装置等负载的用电。电力直流电源系统主要包括交流配电、整流器、蓄电池组、降压装置、直流配电等部分，其典型结构如图 1-1 所示。动 力 母 线 控 制 母 线图 11 电力直流电源系统典型结构图 -2- 一般交流进线提供两路交流输入。交流配电完成两路交流输入的切换，为各路整流器提供交流输入电源，也可提供单相辅助电源。整流器将三相交流电转换为直流电，供给动

2、力母线，满足动力母线负荷用电，同时给蓄电池组充电。在交流电源故障或整流器故障时，蓄电池组向动力母线提供电源。降压装置将动力母线的电压降低，供给控制母线，并可根据动力母线的电压值来自动调整，使控制母线上的电压在一定范围内保持恒定，满足控制母线负荷用电的要求。在有些系统中，也有配置输出电压不同的两种整流器，一种供给动力母线，另一种供给控制母线。本次的实验装置仅是电力直流电源系统的模拟系统，因此只有一路交流输入，并且去掉了交流配电和直流配电两部分，只由控母电压给负载供电。 1 90 年代初期，我国发电厂和变电站中的直流电源设备有很多是较为落后的老旧设备，存在较多缺陷，甚至是带病运行，在电力系统中引发

3、了不少事故，造成了重大损失，因而引起了各方面的高度重视。为此电力部组织研制了先进的、系列化的直流电源成套装置来装备电网，以保证电网的安全可靠运行。此项任务完成以后，电力部又组织了微机控制电力直流电源系统的研制，用监控装置来代替人对直流系统进行维护和管理，以适应无人值守变电站的需要。这两项研制任务的完成，促进了我国电力工程直流电源系统的更新换代和直流电源制造行业的技术进步，提高了电网直流电源系统的自动化程度。进入 90 年代末期，电力直流电源系统又掀起了新一轮的技术改造， -3- 改造的重点集中在两处，一是研制高频开关电源模块替代相控电源，二是研制功能更强的新一代监控装置。 11.2 监控装置的

4、地位及作用发电厂、变电站 (所)等供配电部门 ,通常用蓄电池直流电源作为控制、信号、保护、事故照明、直流油泵、分合闸等装置的不间断电源。直流电源装置可靠与否直接影响到供配电系统的安全运行 ,而功能强弱则影响系统的良性运行和蓄电池的使用寿命 .随着电力系统自动化、计算机控制和电力电子技术的发展及实际现场运行和维护的需要 ,对直流电源装置的要求也在相应提高 ,因此在这方面进行研究和开发很有必要。电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时，当厂、站用电中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、发电厂直流电动

5、机拖动的厂用机械提供工作直流电源。它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。过去 ,电力系统的各个变电站都有人值守 ,可以对直流设备的运行状态进行定期检查 ,因而可以及时发现并处理其出现的异常现象 ,保证变电站的安全稳定运行。目前 ,电力系统推广无人值班变电站 ,虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息 ,但是对于直流部分只能得到少量的重要信息 (包括 :遥信量充电机交流电源故障, 充电机故障, 直流绝缘接地, 直流电源电压异常; 遥测量控母电压 )。它不能反映直流系统运行的详细信息 ,特别是它不能发现系统刚刚开始出现异常运行的情况 ,直到长期的异常运行发展 -4- 为故障时

6、才上发调度 ,此时 ,事故已经扩大。如果能在异常现象刚出现时就及时发现并及时处理 ,就可以避免异常情况扩大。所以需要设备维护人员对其进行定期检查。此外 ,对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。变电站多 ,维护人员少 ,显然无法保证按期按量完成。在这种情况下 ,直流监控系统应运而生。它的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上送到监控中心 ,供其查询 ,同时监控中心也可以向各站发送控制命令。这样 ,维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控 ,还可以及时发现设备运行的不正常状态 ,及时处理 ,而不等其发展演变成事故。所以 ,直流监控系统的建立 ,可以对电力直流电源系统和其控制系统

7、进行安全和及时有效的保护、控制，可以节省人力物力 ,提高工作效率，它是电厂和电站保护控制系统中的重要环节，是保证电力系统正常工作的基础。 2针对电力直流电源系统的现状和特点，本次毕业设计建立了基于工控机，在 Windows NT 环境下的智能监控系统和动态人机界面。该系统具有工业现场级的可靠性，对蓄电池充电装置系统采用智能化管理控制，对整个系统的运行状态进行实时监控，具有报警、趋势画面、数据实时显示等功能，对提高整个控制系统的可靠性和完善性具有重要的现实意义。1.3 国内外的研究现状目前，有关蓄电池监控方面的产品，国内只有为数不多的几家公司拥有这方面完整的产品和技术，国际上进行这方面产品研究生

8、产的公司 -5- 不少，但产品价格较高。本文研制的电力直流电源监控系统功能较强，性能稳定，适用于国内用户的需要，并且能很好的融合到正在大力发展的动力集中监控中去。从这一方面的意义出发，的确有研制该系统的必要。 31.4 本文所作的工作本文所作的工作主要有：(1) 介绍电力直流电源系统，分析监控电力直流电源系统的目的、作用以及意义，并分析国内外这方面工作的现状。(2) 简要概述电力直流电源模拟监控系统的组成，包括硬件组成、软件作用以及它们的作用、功能。(3) 分析 PLC 的梯形图程序，包括如何组态，每一部分程序的具体功能。(4) 具体说明如何用 Powermonitor 3000 实现对电力直

9、流电源系统的模拟监控。 -6- 第 2 章 电力直流电源模拟监控系统的功能及构成2.1 电力直流电源模拟监控系统的功能随着电力系统自动化程度的提高，对电力直流电源系统监控装置的要求也提高了。对电力直流电源系统进行监控运行维护是一件技术要求较高，较为繁琐的工作。属于后备电源的蓄电池组的维护技术并未收到足够的重视；而且，蓄电池的动态指标好坏的测量与分析技术多年来未有多大的改进，若运行维护不当，会大大降低电池的使用寿命；另外运行中蓄电池的故障不易被及时发现和排除。这样，就迫切需要一种新装置来完成原来单靠手工操作完成的任务，并且解决手工操作中难以解决的问题。鉴于目前这种状态，本文研制了电力直流电源监控

10、系统，在对电力直流电源系统进行监控的问题上做了一些有益的探索。本文实现的微机监控装置具有如下一些功能：测量并实时显示电力直流电源系统的动力母线电压、控制母线电压、蓄电池组中各个单节电池电压、电流及给定量。检测并显示电力直流电源系统各种实时故障报警量及运行状 态。蓄电池智能化管理。实时自动检测蓄电池的端电压、充电电流、放电电流和环境温度；可根据环境温度自动调节蓄电池组的充电电压；每半年自动进行一次放电，然后再进行均充，以维护蓄电池；当停电时， -7- 可自动置位标志位，来电后，可自动进行均充。可计算蓄电池目前的容量及目前可放电的时间，并可根据蓄电池最近 5 次计算出的容量值求出电池的衰老速率，然

11、后由此预测蓄电池的寿命。具有以上功能的电力直流电源系统模拟监控装置的实现，代替人对直流电源系统进行监视控制，把人所具有的经验移植到监控装置内，时刻监视直流电源系统的运行，这种装置必将大幅度提高电力直流电源系统的自动化水平，延长蓄电池的寿命，减少由于人为因素而引起的故障，保证直流电源系统的可靠运行。2.2 系统的硬件构成该电力直流电源系统由以下几部分组成：三相变压器、整流器、可编程逻辑控制器、工控机、蓄电池组、硅堆降压装置、温度传感器等。可编程逻辑控制器(PLC)是该系统的控制核心，工控机作为上位机进行监控。该系统由相电压为 220V 的三相交流电供电， 220V 的交流电先经过一个三相变压器，

12、变为线电压为 18V 的三相交流电，此三相电作为整流电路的输入，整流电路是由 6 个二极管组成的三相不可控桥式整流电路，整流后的直流电作为动力母线的电源，由三节蓄电池组成的蓄电池组挂在动力母线上，作为后备电源，然后再通过由 7 个二极管组成的硅堆降压装置给控制母线供电。控制母线上的电压维持在 18V 左右，当动母电压过高时，系统就会自动多投入几个二极管以降掉一些电压，当动母电压过低时，系统又会少投入几个二极管，这样，控制母线上的电压就会 -8- 在一定范围内维持在 18V。正常状态下，三相交流电给控制母线供电，同时对蓄电池组进行浮充电；当停电时，作为后备电源的蓄电池组给控制母线供电。图 2-1

13、 系统硬件结构图一个可编程序控制器包括以下几个部分：1. CPU 模块CPU 模块是可编程序控制器的核心模块，它主要由微处理器和存储器两部分组成。微处理器。由大规模或超大规模集成电路微处理器芯片构成，常用 -9- 的有 Z80A,8031,8085,80826 等专用的 CPU 芯片。CPU 芯片的性能关系到可编程序控制器处理控制信号的能力和速度。（1） 存贮器。可编程序控制器的存贮器包括系统存贮器和用户存贮器两部分2输入/输出（I/O）模块输入/输出（I/O）模块是可编程序控制器与现场设备连接的接口。输入模块用来接收和采集现场设备的输入信号。输出模块则用来向各执行机构输出控制信号3编程设备编程设备是可编程序控制器系统中最重要的外围设备，利用它可以输入、检查、修改、调试用户程序，也可以在线监视可编程序控制器的工作情况。4电源模块电源模块将交流电源转换成可编程序控制器所需要的直流电源，使可编程序控制器能够正常工作。PLC 是整个监控装置的核心，它的性能好坏直接决定了监控装置的好坏。本次毕业设计采用的是美国罗克韦尔自动化公司所属 A-B 公司的PLC 系列中的 PLC5，A-B 公司的 PLC 与其他公司的产品相比，除了性能好，可靠性高等特点以外，在通信网络、编程软件等方面还具有独特的优势，列举如下：A-B 的世界级自动化系统给用户提供了一个开放性的网络。