專利名稱：：一種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法及監(jiān)視裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于電測量領域，尤其涉及一種用于變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的測量、監(jiān)控方法及其裝置。
背景技術：
：發(fā)電廠及變電站(所)中各種電氣設備的操作、控制、保護、信號及自動裝置，都需要有可靠的供電電源，由于這種電源特別重要，所以一般都專門設置，通常又稱其為操作電源。大中型發(fā)電廠及變電站(所)主要采用直流操作電源(亦簡稱直流系統(tǒng))。直流系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站(所)的重要設備系統(tǒng)，在正常運行和事故情況下都必須保證不間斷地供電，并滿足電壓質量和供電能力的要求。直流系統(tǒng)事故，特別是直流電源中斷，必將對廠、站(所)主設備造成嚴重損壞，對電力系統(tǒng)造成極其嚴重的事故和巨大經濟損失。由于過去直流系統(tǒng)的工作質量僅僅只能從"母線電壓"一個參數來判別，在特殊情況下若監(jiān)控裝置發(fā)生故障，往往使得直流系統(tǒng)失去監(jiān)控，實際運行中直流系統(tǒng)的電源質量往往由于充電裝置發(fā)生供電質量問題導致蓄電池提前失效、直流系統(tǒng)重要負載設備發(fā)生誤動等，由于缺乏技術手段監(jiān)視從而造成直流系統(tǒng)癱瘓，因而只能等事故發(fā)生了再去處理，但已經造成不良或嚴重后果。在實際工作中發(fā)現，直流母線電壓中交變分量(即紋波電壓)的大小，對其供電質量的好壞至關重要，很多情況下，紋波電壓的突然性或趨勢性增加，往往意味著直流系統(tǒng)部件出現了損壞，是直流系統(tǒng)發(fā)生供電質量故障的先兆?，F有對直流系統(tǒng)供電質量的監(jiān)測手段，通常只能監(jiān)測母線電壓的大小或高低，不能測量或監(jiān)視母線電壓中的紋波電壓及其變化范圍。
發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法及監(jiān)視裝置，其在對直流系統(tǒng)母線紋波電壓進行測量和顯示的同時，兼顧了對直流系統(tǒng)母線電壓的監(jiān)測，實現了對直流系統(tǒng)雙重化的監(jiān)測功能，起到了一機雙用的效果，為直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提供了更加有效的保障，減少了監(jiān)測裝置的數量，有利于節(jié)約購置、運行成本和系統(tǒng)維護/維修工作量。本發(fā)明的技術方案是提供一種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，包括對直流系統(tǒng)母線電壓的檢測、比較和輸出超/欠壓報警信號，其特征是(1)在對直流系統(tǒng)母線電壓的直流分量Us檢測的同時，經過隔直元件對母線電壓的交流分量U^進行檢測；(2)將Ua和U2分別進行模/數轉換，得到對應的U^和UV，使檢測到的模擬信號轉化為數字信號；(3)將Us'和U^送入控制單元；(4)預先設定好母線電壓上限值Ui、母線電壓下限值UT和紋波電壓最大值U交〃并存儲在控制單元的存儲器中；(5)控制單元將Us'與設定值U^和/或設定值UT進行比較；(6)若U^>U^，則控制單元輸出超壓報警信號，同時對超壓次數加l并將結果存入存儲器中；若Ui'<UT，則控制單元輸出欠壓報警信號，同時對欠壓次數加l并將結果存入存儲器中；(7)控制單元將U《'的絕對值與設定值UZ進行比較；(8)若IU交'I>U交〃，則控制單元輸出紋波電壓超限報警信號；(9)設置一時間間隔段T，在該時間間隔段內，根據不同輸入按鈕的指令，控制裝置可分別顯示超壓設定值、欠壓設定值、超壓次數或欠壓次數；(10)當時間超過時間間隔段T后或在復位按鈕的指令下，控制單元將U^送入顯示裝置，對其數值進行顯示。進一步的，將上述的U^信號進行放大后，再進行模/數轉換。所述的模/數轉換為電壓/脈沖轉換和A/D轉換。所述的控制單元通過兩個繼電器分別對應輸出超/欠壓報警信號和紋波電壓超限報警信號。所述的控制單元將U^的峰值、有效值或平均值送入顯示裝置，對其數值進行動態(tài)顯示o所述的控制單元經其通訊端口將上述各測量值和/或測量值與設定值的差值傳送給上位儀表或上位機，起到電壓測量變送器的功能。本發(fā)明還提供了一種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視繼電器，包括依次連接的母線電壓取樣電路、第一V/F變換電路、A/D變換電路、設定/選擇電路、CPU電路和顯示電路，其特征是在母線電壓取樣電路和A/D變換電路之間設置依次連接的隔直電路、第二V/F變換電路和切換電路，母線電壓取樣電路經隔直電路與第二V/F變換電路連接，第一和第二V/F變換電路的輸出端經過切換電路擇一地與A/D變換電路連接。進一步地，在所述的母線電壓取樣電路和第一V/F變換電路之間，設置第一放大/整型電路；在所述的隔直電路和第二V/F變換電路之間，設置第二放大/整型電路。所述的CPU電路經其通訊端口與上位儀表或上位機連接。其隔直電路為電容隔直電路。第一、第二放大/整型電路為線性放大電路。第一、第二V/F變換電路為電壓/脈沖轉換電路。A/D變換電路為模擬/數字變換電路。CPU電路為單片機、可編程邏輯控制器或嵌入式PC機。顯示電路為數碼管式或液晶式顯示裝置。與現有技術比較，本發(fā)明的優(yōu)點i:1.同時對直流系統(tǒng)的紋波電壓和母線電壓進行監(jiān)測，其在對直流系統(tǒng)母線紋波電壓進行測量和顯示的同時，兼顧了對直流系統(tǒng)母線電壓的監(jiān)測，通過監(jiān)視紋波電壓，可提前發(fā)現直流系統(tǒng)潛在的問題，實現了對直流系統(tǒng)雙重化的監(jiān)測功能，為直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提供了更加有效的保障；2.—機雙用，減少了監(jiān)測裝置的數量，有利于節(jié)約購置、運行成本和系統(tǒng)維護/維修工作量；3.對于電壓的超、欠壓可以獨立進行告警，彌補了直流電源系統(tǒng)監(jiān)控器發(fā)生故障時監(jiān)控方面的空白，提高了直流系統(tǒng)的安全性。附圉說明圖l是本發(fā)明方法的信號處理流程示意圖2是本發(fā)明裝置的系統(tǒng)構成方框圖3是裝置實施例的線路圖4~圖17為各實施例中紋波電壓波形圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。圖l中，本發(fā)明的方法可以簡述為(1)在對直流系統(tǒng)母線電壓的直流分量Ui檢測的同時，經過隔直元件對母線電壓的交流分量U《進行檢測；(2)將U直和U交進行分別模/數轉換，得到對應的U直'和U交'，使檢測到的模擬信號轉化為數字信號；(3)將Us'和U^送入控制單元；(4)控制單元將U直'與設定值U^和/或設定值UT進行比較；(5)若U^>U±，則控制單元輸出超壓報警信號，同時對超壓次數加1并將結果存入存儲器中；若Ui'<UT，則控制單元輸出欠壓報警信號，同時對欠壓次數加l并將結果存入存儲器中；(6)控制單元將U《'的絕對值與設定值U《〃進行比較；(7)萄U交'I〉U交"，則控制單元輸出紋波電壓超限報警信號。更進一步的，預先設定好母線電壓上限值Uh母線電壓下限值U^和紋波電壓最大值UZ并存儲在控制單元的存儲器中。設置一時間間隔段T，在該時間間隔段內，根據不同輸入按鈕的指令，控制裝置可分別顯示超壓設定值、欠壓設定值、超壓次數或欠壓次數；當時間超過時間間隔段T后或在復位按鈕的指令下，控制單元將UV送入顯示裝置，對其數值進行顯示。具體的，為了保證轉換效果或精度，可先將所述的U《信號進行放大后，再進行模/數轉換。上述的模/數轉換為電壓/脈沖轉換和A/D轉換。前述的控制單元通過兩個繼電器分別對應輸出超/欠壓報警信號和紋波電壓超限報警信號。前述的控制單元可以根據需要或設定，將U^的峰值、有效值或平均值送入顯示裝置，對其數值進行動態(tài)顯示。在實際工作中發(fā)現，對于需要直流供電的電力系統(tǒng)中大量的二次設備，對紋波電壓的敏感性是不一樣的。對于電磁繼電器，對紋波電壓抵抗能力較強，較少的紋波電壓含量，只是導致繼電器線圈發(fā)熱，損耗升高，隨著紋波電壓含量的增加，將導致繼電器節(jié)點抖動、燒毀繼電器線圈甚至誤動作。對于以電子元器件、集成電路為主組成的靜態(tài)繼電器、微機保護，則對紋波電壓比較敏感。首先靜態(tài)繼電器、微機保護需要直流電源作為工作電源，以穩(wěn)定工作的環(huán)境，不受直流電壓中的紋波電壓含量影響；其次，靜態(tài)繼電器、微機保護的大量元器件都是密集布置在印刷電路板上的；印刷電路板的密集布線和高度精密性決定了它的抗紋波電壓干擾能力、耐壓能力極弱；當直流電源中紋波電壓含量超標時，一方面，不同頻率的紋波交變電壓含量極易導致電子元器件之間的干擾，導致繼電器接點抖動；另一方面，紋波電壓極大地降低了電路板和電子元器件的耐壓能力，大大增加了元器件的泄漏電流，隨著紋波電壓的升高，電子元器件及電路板布線之間極易形成交流短路、電子邏輯混亂，從而導致繼電器誤動作或燒毀。所以，通過監(jiān)視紋波電壓，可提前發(fā)現直流系統(tǒng)潛在的問題，同時監(jiān)測直流系統(tǒng)'的母線電壓和紋波電壓，實現了對直流系統(tǒng)雙重化的監(jiān)測功能，為直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提供了更加有效的保障。圖2中，本發(fā)明還提供了一種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視繼電器，包括依次連接的母線電壓取樣電路、第一V/F變換電路、A/D變換電路、設定/選擇電路、CPU電路和顯示電路，其發(fā)明點在于在母線電壓取樣電路和A/D變換電路之間設置依次連接的隔直電路、第二V/F變換電路和切換電路，母線電壓取樣電路經隔直電路與第二V/F變換電路連接，第一和第二V/F變換電路的輸出端經過切換電路擇一地與A/D變換電路連接。進一步地，在母線電壓取樣電路和第一V/F變換電路之間，設置第一放大/整型電路；在隔直電路和第二V/F變換電路之間，設置第二放大/整型電路。其CPU電路經其通訊端口與上位儀表或上位機連接。其隔直電路為電容隔直電路。其第一、第二放大/整型電路為線性放大電路。其第一、第二V/F變換電路為電壓/脈沖轉換電路。其A/D變換電路為模擬/數字變換電路。其CPU電路為單片機、可編程邏輯控制器或嵌入式PC機。其顯示電路為數碼管式或液晶式顯示裝置。采用上述紋波/母線電壓監(jiān)視繼電器后，通過大量使用、數據積累及現場測試統(tǒng)計，我們可知道在正常情況下紋波一般在什么范圍，超過多少說明是有問題了，而且這個問題大概發(fā)生在什么地方，總之可以提前預告事故的發(fā)生。如曾經發(fā)現A站的紋波非常大，經過停機檢查后發(fā)現原來是充電裝置的8個電解電容器全部損壞，沒有一點濾波作用，幸虧及時發(fā)現，不然在這種情況下將造成蓄電池的完全報廢。又如，在新建B變電站投運前發(fā)現其紋波電壓比一般變電站的平均電壓要高，達到270mV電壓，由于該變電站還沒有投運，因此有條件進行全站檢査，采用排除法對可疑設備一臺一臺進行停機檢査終于發(fā)現原來是一臺事故照明逆變產生的干擾，該機的EMI濾波器性能欠佳所致。通過同時檢測紋波電壓/直流母線電壓，可提前發(fā)現直流系統(tǒng)許多潛在的問題，保證了直流系統(tǒng)的安全性，從而保障了電網安全。由于該裝置隱含著電壓監(jiān)測的功能，所以在省掉一個表計的同時，監(jiān)測功能大大加強，對于電壓的超/欠壓可以獨立進行告警，彌補了直流電源系統(tǒng)監(jiān)控器發(fā)生故障時監(jiān)控方面的空白，提高了直流系統(tǒng)的安全性。該繼電器的面板上有告警試驗按紐，使得運行值班人員在巡視時可以通過按紐進行信號通道的檢測，保證信號通道的完好性。實踐證明，該繼電器提供的功能，大大提高了直流系統(tǒng)的安全性，在功能的設計開發(fā)和使用方面，符合現場實際的需要，方便了運行人員的檢查，人機界面友好。圖3中，U+為直流母線電壓輸入端，經過保護熔斷器B后，再經過二極管D7，分別與電源電路、超壓/欠壓試驗電路和第一V/F變換電路連接，同時U+經過隔直電容Cll與第二V/F變換電路連接；其中，電源電路由DC/DC集成電路P1、穩(wěn)壓電路P2和電源輸出集成電路P3及其外圍電路元件構成；超壓/欠壓試驗電路由實驗按鈕RlR2可調電阻R39R41和電阻R10R12構成；第一V/F變換電路由V/F變換集成電路V/F1構成；第二V/F變換電路由V/F變換集成電路V/F2構成。第一和第二V/F變換電路的輸出端分別與單片機U3的P04和P07端對應連接；U3的PI2~PI4端分別與集成電路U2的SCL、SDA和INT端對應連接。在集成電路U2的DigO~Dig4端和SegA端之間，分別依次設置過壓限值設定、欠壓限值設定、過壓次數顯示、欠壓次數顯示和放電按鈕電路，其分別對應由按鈕S1S5和電阻R5R9依次串接構成。在集成電路U2的DigODig4端分別與數碼顯示電路U3的6、8、9和12管腳對應連接，其SegBSegH端端分別與數碼顯示電路U3的7、4、2、1、10、5和3管腳對應連接，其SegA端還與數碼顯示電路U3的11管腳對應連接單片機U3的POO~P02端，分別經過電阻R42、R3和R4與發(fā)光二極管BX、MV和LV對應連接，構成信號顯示電路；其P06和P07端，分別經過電阻R1、R2和三極管TR1、TR2，與信號繼電器J1、J2對應連接，構成信號輸出電路。在實際制作時，保護熔斷器B根據實際運行狀況按電力系統(tǒng)常規(guī)的負荷功率與過流倍數的對應關系選擇，V/F變換集成電路芯片可選用HA15058系歹U、TC940X系列、LMX31系列或VFQ-XC系列的V/F轉換器芯片；DC/DC集成電路P1、穩(wěn)壓電路P2和電源輸出集成電路P3、A/D轉換集成電路U2、液晶數碼顯示電路U3、直流繼電器J1、J2均為常規(guī)產品，無特殊要求。由于上述各電路、元件均為現有技術，其具體連接關系和工作原理在此不再敘述。在理解和領會了本發(fā)明的方法、思路之后，本領域的普通技術人員，在參考相關集成電路芯片之生產廠家的公開產品資料后，無需經過創(chuàng)造性勞動，完全可以再現本技術方案。實施例C變電站通訊蓄電池在07年3月6日放電時發(fā)生蓄電池容量普遍不足，測試數據如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>一、測量交流電壓及其波形對比用F179萬用表測量直流母線的交流電壓，C站為105mV,D站為2.5mV。用示波器測試兩站直流母線的交流電壓波形，只投入左邊第一個模塊時，C站波形如圖4所示，D站波形如圖5所示。只投入左邊第二個模塊時，C站波形如圖6所示，D站波形如圖7所示。在3個模塊均投入的情況下，C站波形如圖8所示，D站波形如圖9所示。二、測量蓄電池高頻電流C站因為沒有分流器，測量的是熔絲壓降；D站測量的是200A/75mV分流器上的壓降。采用2uS時基單位進行測量，C站波形如圖10所示，D站波形如圖11所示。采用50uS時基單位進行測量，C站波形如圖12所示，D站波形如圖13所示。三、110V直流系統(tǒng)充電機輸出直流電壓中紋波電壓對比C站是E廠產品，D站是F廠產品。采用50uS時基單位進行測量，C站波形如圖14所示，D站波形如圖15所示。采用5uS時基單位進行測量，C站波形如圖16所示，D站波形如圖17所示。四、分析從上述對比中發(fā)現，在各模塊分別投入或全部投入的情況下，C站的紋波電壓明顯巨大，這從電壓波形可以明顯反映出來，從對蓄電池的高頻電流監(jiān)視中也明顯的佐證了這一結論。由于C站沒有分流器，現場只能利用蓄電池熔絲內阻進行測量，從中看出C站確實存在對蓄電池的高頻電流，D站基本沒有，是否高頻電流影響蓄電池壽命目前還很難下結論。結合過去G站紋波電壓波動大而造成蓄電池失水(平均每周加一次水)，最后蓄電池整組失效的情況來看，紋波電流對蓄電池應該是有影響的，進行測量紋波是有意義的，但是用何種方法存在探討的空間，從試驗結果看用峰一峰值監(jiān)測沒有意義，反映不出實際紋波狀況。用有效值還是用平均值反映還要做進一步的工作，同時還要請生產C站充電機的E廠家對模塊進行檢查，重點是輸出濾波電容衰退的程度和濾波性能的提高。以上是現場測量紋波和分析，所以我們采用的是平均測量法，可以及時發(fā)現由于充電裝置高頻電流充入蓄電池，而造成蓄電池損傷。應該指出，上述實施方式的列舉，僅僅是為了有助于更好地理解本發(fā)明的技術方案，而不應看作是對本技術方案的限定。本領域的普通技術人員，在領會和掌握了本發(fā)明的創(chuàng)新意圖和設計思路后，無需經過創(chuàng)造性勞動，完全可以在本發(fā)明上述技術方案的基礎上，派生出各種等同的或具有相同功能的變形方案，而這些變形方案亦應屬于本發(fā)明請求保護的范圍。本發(fā)明可廣泛用于變配電系統(tǒng)直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的測量、監(jiān)控和安全運行領域。權利要求1.一種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，包括對直流系統(tǒng)母線電壓的檢測、比較和輸出超/欠壓報警信號，其特征是(1)在對直流系統(tǒng)母線電壓的直流分量U直檢測的同時，經過隔直元件對母線電壓的交流分量U交進行檢測；(2)將U直和U交分別進行模/數轉換，得到對應的U直′和U交′，使檢測到的模擬信號轉化為數字信號；(3)將U直′和U交′送入控制單元；(4)預先設定好母線電壓上限值U上、母線電壓下限值U下和紋波電壓最大值U交″并存儲在控制單元的存儲器中；(5)控制單元將U直′與設定值U上和/或設定值U下進行比較；(6)若U直′＞U上，則控制單元輸出超壓報警信號，同時對超壓次數加1并將結果存入存儲器中；若U直′＜U下，則控制單元輸出欠壓報警信號，同時對欠壓次數加1并將結果存入存儲器中；(7)控制單元將U交′的絕對值與設定值U交″進行比較；(8)若|U交′|＞U交″，則控制單元輸出紋波電壓超限報警信號；(9)設置一時間間隔段T，在該時間間隔段內，根據不同輸入按鈕的指令，控制裝置可分別顯示超壓設定值、欠壓設定值、超壓次數或欠壓次數；(10)當時間超過時間間隔段T后或在復位按鈕的指令下，控制單元將U交′送入顯示裝置，對其數值進行顯示。2.按照權利要求1所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，其特征是將所述的U《信號進行放大后，再進行模/數轉換。3.按照權利要求l所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，其特征是所述的模/數轉換為電壓/脈沖轉換和/或A/D轉換。4.按照權利要求1所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，其特征是所述的控制單元通過兩個繼電器分別對應輸出超/欠壓報警信號和紋波電壓超限報警信號。5.按照權利要求1所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，其特征是所述的控制單元將U^的峰值、有效值或平均值送入顯示裝置，對其數值進行動態(tài)顯示。6.按照權利要求1所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，其特征是所述的控制單元經其通訊端口將上述各測量值和/或測量值與設定值的差值傳送給上位儀表或上位機，起到電壓測量變送器的功能。7.—種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視繼電器，包括依次連接的母線電壓取樣電路、第一V/F變換電路、A/D變換電路、設定/選擇電路、CPU電路和顯示電路，其特征是在母線電壓取樣電路和A/D變換電路之間設置依次連接的隔直電路、第二V/F變換電路和切換電路，母線電壓取樣電路經隔直電路與第二V/F變換電路連接，第一和第二V/F變換電路的輸出端經過切換電路擇一地與A/D變換電路連接。8.按照權利要求7所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視繼電器，其特征是在所述的母線電壓取樣電路和第一V/F變換電路之間，設置第一放大/整型電路；在所述的隔直電路和第二V/F變換電路之間，設置第二放大/整型電路。9.按照權利要求7所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視繼電器，其特征是所述的CPU電路經其通訊端口與上位儀表或上位機連接。10.按照權利要求7所述的變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視繼電器，其特征是所述的隔直電路為電容隔直電路，所述的第一、第二放大/整型電路為線性放大電路；所述的第一、第二V/F變換電路為電壓/脈沖轉換電路；所述的A/D變換電路為模擬/數字變換電路；所述的CPU電路為單片機、可編程邏輯控制器或嵌入式PC機；所述的顯示電路為數碼管式或液晶式顯示裝置。全文摘要一種變電所直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視方法，屬測量領域。包括對直流系統(tǒng)母線電壓的檢測、比較和輸出超/欠壓報警信號，其在對母線電壓的直流分量檢測的同時，經過隔直元件對母線電壓的交流分量U_交進行檢測，將U_交′的絕對值與設定值U_交″進行比較，若|U_交′|＞U_交″，則控制單元輸出紋波電壓超限報警信號。本發(fā)明還提供了一種直流系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視裝置。本發(fā)明實現了對直流系統(tǒng)雙重化的監(jiān)測功能，起到了一機雙用的效果，為直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提供了更加有效的保障，減少了監(jiān)測裝置的數量，有利于節(jié)約購置、運行成本和系統(tǒng)維護/維修工作量。可廣泛用于變配電系統(tǒng)直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的測量、監(jiān)控和安全運行領域。文檔編號H02J1/00GK101316050SQ20071017320公開日2008年12月3日申請日期2007年12月26日優(yōu)先權日2007年12月26日發(fā)明者戴春怡申請人:上海市電力公司超高壓輸變電公司