变电站直流电源的远程智能维护系统及其应用
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种变电站直流电源的远程智能维护系统，及其在直流电源监控和维护中的应用。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，为了给控制、保护、自动装置、事故照明和各种直流设备的用电，必须有可靠的直流电源。因此在发电厂及变电站均设有独立的直流电源蓄电池组和与之配套的充电、浮充电装置，简称直流电源系统。它的作用是正常时为变电站内的断路器提供和闸直流电源。故障时，当厂、站用电中断的情况下，为继电保护及自动装置、断路器和闸和跳闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供直流电源。因此变电站的直流电源系统是继电保护、自动装置和断路器正确启动的基本保证，其稳定运行对防止系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至为重要。
[0003]过去电力系统的各个变电站都有人值守，对直流设备的运行状态进行定期检查，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，无法反映直流系统运行的详细信息，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。
[0004]电子技术、计算机技术、网络技术、设计思想的革命，使得变电站数字化、无人值守的实现逐步成为现实。目前电力系统内各种电气设备已逐渐实现远方监控，而直流电源系统及监控系统本身的远程在线监视却无完善的实施方案和技术手段，将直接影响总体自动化水平。
[0005]针对电力系统中管辖区域广，变电站多，维护人员少，路途遥远，维护困难的实际情况，基本无法保证按期按量完成对直流设备及其蓄电池的定期检查与维护，这些问题都对电力系统供电安全性和可靠性带来了安全隐患。
[0006]在变电站中，直流供电系统一般采用直流电源加蓄电池的供电方式，老的变电站大部分为单组或两组可控硅相控整流电源充电装置单组蓄电池方式；在2003年后投运的500kV、220kV及部分IlOkV变电站中采用了两组高频开关电源充电装置和两组阀控式密封免维护铅酸蓄电池方式，根据使用工作电压的不同，分为IlOV直流系统和220V直流系统；近年来新建的35kV和1kV变电站大都采用了单组高频开关电源充电装置单组蓄电池方式。据统计，目前采用了高频开关电源的比例70%左右，采用阀控式密封免维护铅酸蓄电池的比例已经达到90 %，普通铅酸蓄电池大约仅占10 %，蓄电池实际平均运行年限3 — 4年。
[0007]目前，电力系统使用的直流电源已大部分采用高频开关电源，相控电源作为被淘汰产品也有部分在使用。相控电源的纹波、高次谐波干扰较大，效率低及体积庞大，监控系统不完善，难以满足综合自动化及无人值守变电站或发电厂的要求。高频开关电源具有稳压、稳流精度高，体积小，重量轻，效率高，输出纹波及谐波失真小，自化程度高等优点，从而逐步取代相控电源，成为电力操作电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠性的方向发展。计算机控制、计算机通信和计算机网络技术的快速发展，为电力操作电源监控系统的发展和完善提供了外部条件，使其发展逐步实现少人值守，直至无人值守。
[0008]现今国内外具有多种电池检测仪器，如国外产品有日本ΗΙ0ΚΙ、美国MICROCELLTRON、BTECH公司产品，他们是通过检测电池的内阻或电导来判定电池的优劣，然而单一的通过电池内阻或电导无法准确判定电池的优劣，因为电池的内阻和电导随电池的充放电状态、放电电流值的大小、电池环境温度变化很大，有时不在一个数量级以上。同时电池内阻值的数量级为πιΩ级，也无法精确测量，故单独定量的研究内阻来判断电池的优劣有一定弊端，同时它对电池的检测是通过人工测量，不具备实时性和在线性。现国内已有部分公司开发的电池在线检测系统，是通过VOLT检测法来完成电池的检测，而单独的VOLT检测法无法解决故障电池的累计电荷等一系列问题。
[0009]目前，在电源理论界普遍认为:校验电池容量的最好办法只有通过电池的满容量放电。根据这一理论，部分公司研发了容量测试仪、蓄电池放电监测仪，这类产品检测精度较高，可对整组电池进行放电检测，但不具备在线性，此类产品在进行电池容量测试时，必须将电池组与电源分离，消弱了电池组的后备完好性。
[0010]美国BMS (Battery Monitoring System)蓄电池监测系统技术发展于电力应用工业。1989年，美国电力研究所与国家电能研究公司合作，共同研究了无人值守场站PBWC铅酸蓄电池综合在线状态监测系统。经过4年的研究与开发，耗资200万美元，于1994年完成样机的现场试验。测定的参数包括:电池组电压、单体电压、(浮充电)维持电流、电池内部温度、电池组环境温度、电解液比重、电解液液面高度以及电极利用情况等。其方法是采用安装在每一只电池上的多传感器电池监测模块(叫“电池监测器”，是真空密封的)。这种模块通过光缆将状态数据传输到蓄电池组监测器，每一电池组监测器可监测256个单电池。远程控制中心通过MODEMS和公用电话线对电池组监测器进行监测，可监测的电池组监测器的数量不受限制。控制中心PC机能定期查询所有运行组的监测器，下载并处理储存的数据，存储和显示电池状态及其趋势的信息，能获得每一节电池的参数。其主要特征是运用特定传感器对电池组的每个电池进行独立监测。单电池电压的测量是使用传统的一个直接带有稳压的A/D转换器。电池组电压的测量是用一个与电池组连接的滑动变阻器和带有稳压参考的A/D转换器(由电池组供电)。电池组电流的测量用霍尔效应磁域传感器来测量。电池内部温度的测量通常是用直接与电池壁接触的固态集成电路温度传感器来测量，并且同外部环境如气流和阳光这样的热效应隔离。电池组温度的测量是用同样的装置来测量。为了描述电池组周围空气的平均温度，传感器一般位于电池组支架上。此项研究成果应用于电厂、变电站、通信、电动车辆及医疗等领域。
[0011]国外有人研究VMS (VRLA Battery Management System)阀控密封铅酸蓄电池管理系统。这个管理系统不是简单的监测蓄电池，而是设计成具有管理和控制蓄电池的功能。此系统的目的是改变蓄电池“恒压充电”的方法。因为恒压充电的方法不能满足不同蓄电池所需的不同充电电流。系统监测的内容包括:单电池电压、电池内部温度、放电电流及放电过程中测量电池组总电压。VMS中包含了 BMS。它是在监测的基础上对蓄电池进行分析，并进行管理和控制。这样更有利于对蓄电池的维护，延长蓄电池使用寿命。
[0012]但VMS和BMS造价较高，且不是以考核容量、恢复容量为目的的远程充放电，并不适合现今的变电站使用。
【发明内容】
[0013]本申请的目的在于提出一种可在线监测蓄电池组，并可远程对蓄电池组进行充、放电操作的变电站直流电源的远程智能维护系统。
[0014]本申请的目的是这样实现的:变电站直流电源的远程智能维护系统包括直流