电力直流电源系统状态检修实现.doc

电力直流电源系统状态检修实现赵学华宁夏银川供电局摘要：关键字：直流系统运行维护现状分析在线监测技术设备状态监测结论引言直流电源设备由充电装置、蓄电池、馈出回路、调压装置和相关的控制、测量、信号、保护、调节单元等设备组成，是电力系统发电厂、变（配）电站重要的控制、信号、动力电源，它在电力系统的安全运行中起着重要的作用，直流系统自身的可靠及安全直接影响到整个系统的安全。在系统发生故障，站用电中断的情况下，如果直流电源系统不能可靠的为工作设备提供直流工作电源，随之而来的便是保护失灵、开关拒动、通信中断后果不堪设想，将会产生不可估计的损失。随着智能电网的建设，集控运维运模式的实行，220 kV、110 kV 变电站逐步实现了无人值守，直流电源的日常巡视以及检修维护也发生了变化。传统的人工定期巡视很难及时发现系统故障，人工维护也存在数据测量和维护的人员差异，不利于对系统状态作出综合判断。应用先进的计算机技术、网络光纤通信等技术，将分散的直流电源信息由人工巡检变为在线实时监测、集中采集、自动分析诊断，实现先进的直流电源系统状态检修(condition based maintenance，CBM)的管理模式，是电力系统的重要发展方向和关键技术之一，也是实现智能化电网的技术要求，可有效提高电网的运行安全水平。本文将分析直流电源设备运行、监控和维护的现状，介绍基于网络化管理的直流电源系统状态检修平台的结构和功能。直流系统运行维护现状分析由于监控设备的不全，运行维护人员无法准确掌握直流设备的健康状况，因此只能被动的等着性能的恶化进而演变成为事故，影响到整个系统的安全，本文提出了一种完整地直流设备状态检测的实施方案，可以使运行、检修人员实时控制直流设备的运行参数，及时发现事故隐患，提高系统安全运行水平。目前，电力系统推广无人值班变电站，只有少量的重要信息可以看到。它不能反应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为故障时才上发调度，但是事故已经扩大。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直流监测系统应运而生。他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。所以，直流监控系统的建立，可以及时发现设备隐患，节省人力物力，提高系统的安全运行水平。基于网络化管理的状态检修平台基于上述对直流电源设备运行现状、直流电源监控以及传统设备定期检修模式的分析，本文提出一个统一的网络化管理的状态检修平台，并利用目前的设备在线监测装置，将充电机特性参数、蓄电池组在线监测7-8管理、绝缘监察等设备信息进一步整合、完善到一个统一平台中，将先进的计算机技术、人工智能技术、通信技术应用于变电站直流电源系统设备的状态监测和检修9-15。变电站直流电源系统参数在线监测管理系统可以将500 kV 变电站、220 kV 集控站中直流电源和蓄电池组的实时/历史信息进行集中网络管理，不但维护人员可以在监控中心对直流电源及蓄电池信息进行远方监测，及时发现直流电源及蓄电池组的实时运行状态、性能变化趋势，电池组主动均衡系统还将自动平衡各个单体电池电压，有利于电池使用的可靠性，提高使用寿命。由原来的定期状态监测提升到实时网络管理，能够及时发现问题，及时处理，而不等其发展演变成事故。所以，直流电源系统参数在线监测管理系统的建立，可以节省人力物力，有利于对直流电源系统实现无人值守，提高工作效率。可以预见，随着该监测系统在电力系统中的推广应用，建立变电站直流电源系统智能网络化管理系统的思想和实施方案将具有广阔的工程应用前景，将成为智能化电网的重要组成部分。对蓄电池剩余电量(state of charge，SOC)的预测是电池管理的重要环节和难点。由于电池结构比较复杂，电池剩余电量受到浮充电压、放电电流、内部温度、内阻等因素的影响，并且有较强的非线性特点，用传统的电池剩余电量测量方法(如电压曲线拟合法、等效电路法等)无法对电池的SOC 进行较精确的预测。本文采用了基于模糊神经网络的电池SOC 计算模型，以自适应神经网络模糊推理系统(adaptive neural fuzzy inference system，ANFIS)作为建模的理论基础16-17。模糊推理系统是对人脑思维的模糊性进行工程化模拟。模糊推理系统和神经网络结合，充分发挥了模糊推理系统易于直接在建模过程中包容人类对目标系统的专门知识的优点，和神经网络具有表示任意非线性关系和学习能力的优点。由于电池的放电特性受多方面因素的影响，现场可以采集到的数据主要有：浮充电压、浮充时间、放电电流、放电电压、电池内部温度、电池内阻。如果将这6 种采集量作为输入量，该模型需要106个训练数据, 显然实现起来很困难。在实际的应用中，采用了易于测量的主要影响因素，即放电电流、电池内阻的变化与电压的变化，将3 者结合起来监测电池的剩余电量。在确定输入变量后，以电池的SOC 作为输出构造了1 阶Sugeno 模糊模型，见图1，分别对每个输入使用3 个隶属函数进行训练。3 直流电源系统在线检测的实现方案3.1 蓄电池组在线监测每组蓄电池配置一套蓄电池在线检测仪，检测蓄电池单体电压、电流和温度等运行参数，任何参数超过阀值（由程序设定），系统自动做出报警；定时自动测试电池的内阻，自动分析内阻变化趋势，预测电池寿命；记录蓄电池的充、放电参数，对蓄电池充、放电进行动态管理，如图2所示。3.2 充电系统每套充电机配置一套微机监控单元，监控单元主要采集直流系统的有关信息，如交流输入电压、整流模块输出电流、蓄电池充放电电流、控制母线电压、蓄电池组电压以及蓄电池周围的环境温度等，根据采集的信息，控制整流模块实现蓄电池不同充电方式之间的转换以及浮充电方式下的温度补偿。并能计算充电机的稳流、稳压精度和纹波系数，以确保输出电压满足现场需求。同时可通过通讯口与当地监控或远方监控通信，实现“四遥”功能。3.3 绝缘监察仪和其他智能设备在直流主馈屏和分屏上装设直流绝缘监察装置，用于监视直流系统以及馈线的绝缘状况。当系统和馈线对敌的绝缘电阻小于设定值时，发出告警信息，防止出现人身伤亡事故和接地引起的微机保护装置误动。在直流屏要配置电压监察装置，在线监视直流母线的电压，过高或过低时均发出报警信号。如果需要，还可以装设专门的试验回路，图1中所示。完成核对性放电试验工作，放电数据由蓄电池在线监测仪记录，并上传至远方监控系统，完成对充电数据的自动记录和整理。3.4 远方监控系统远方监控单元相当于直流系统的大脑，应具有模拟量、信号量检测，蓄电池智能管理、信息上传等重要功能。监控软件通过以太网或者串行口收集所有信号显示并存储，用直观的模拟图方式显示主要数据和开关的运行状态，以表格形式显示实时数据和运行曲线，并要有事故记录，打印各种运行报告等功能。4 结束语直流系统是变电站二次设备的生命线，直流系统故障直接