直流电源现场检测系统的开发与应用
张贺伟1，王文岐2，王炜1，李睿3，武高峰3
(1. 石家庄供电公司，河北石家庄 050051；
2.邯郸供电公司，河北邯郸 056035；
3. 河北省电力公司，河北石家庄 050021）
摘 要：由于目前直流电源设备缺乏现场检测技术手段，对安全运行构成威胁。文章分析了直流电源现场检测的必要性，介绍一种移动式直流电源微机检测系统的开发与应用。
关键词：直流电源；现场检测；开发应用
1直流电源设备现场检测工作现状
在DL/T 724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》第5.3条中，对充电装置的稳压精度、稳流精度、纹波系数3项技术指标（以下简称3项指标）的现场交接试验有明确的规定及技术要求。试验内容主要是通过调压装置（如变压器）将充电机交流输入电压在额定电压±10%内变化，通过负载调整装置（如放电电阻），使充电机的直流输出电压及输出电流在规定范围内变化（电压调整范围为额定值的90%～145%，电流调整范围为额定值的0～100%），在调整范围内测量电压、电流及纹波值，通过计算，得到充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数3个参数（以下简称3个参数）。
但目前电力系统中运行的直流电源设备达到的技术指标，都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段，难以确认设备的技术指标是否满足要求。而且运行实践证明，随着运行时间的推移，特别是投运1～3 a内，设备的技术指标会发生偏移，典型的后果是因充电机指标下降，3个参数超标，同样因现场不具备相应的测试手段，无法及时发现、调整。所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏，直接威胁电网的安全运行。
特别是对于广泛采用的阀控密封铅酸蓄电池，虽具有不需加酸加水、维护量小的优点，但对于充电设备的3项指标具有严格的要求，如不满足要求则会发生干涸、热失控等故障，很快失效报废。如1999年, 石家庄供电公司220 kV大河站、王里站2组GFM-300Ah阀控密封铅酸蓄电池投运，因充电机技术指标不满足要求，仅运行了1 a和3 a即报废，对变电站乃至电网的安全运行造成了重大威胁。
另外，目前变电站多采用综合自动化技术，蓄电池采用柜式安装，与自动化设备同装一室，充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题，严重者甚至发生爆炸。
国内进行直流电源性能检测的机构以及生产厂家用于直流电源检测的设备均为固定式设备，如固定式调压器、负载箱，体积、重量大，无法移动、检测，分析仪器仪表均为常规设备如电压表、电流表、示波器等，接线复杂，使用不便，不适合在各变电站移动使用。
目前，对于直流电源的检测不具备调整交流输入电压设备，只能采用市电交流，因此不能检验交流输入电压变化情况下的3个参数，而充电机往往在输入交流电压变化时稳压，稳压精度不能满足要求；而且现场一般通过电炉丝调节充电机输出电压、电流，但输出容量往往过小，达不到规定范围。造成的后果就是现场人员不能按照规定进行全部测试点的检测，特别是一些易发现问题的极限点的检测，如交流输入电压+10%、输出空载情况下的稳压精度。本文介绍一种自行研制的、适合变电站使用的移动式直流电源微机检测系统。
2系统组成及功能
该系统采用的检测方法严格按DL/T 459-2000《电力系统直流电源柜定货技术条件》规定执行，实现对充电机3项指标的检测，避免由于检测方法的争议造成用户与生产厂商对检测结果的争议。
系统可实现的三相交流输入电压调整范围为380 V ±15%；检测数据精度≤0.5%，额定检测容量50 A，可实现50 A及以下容量充电机的检测，以及500 A·h及以下蓄电池组容量试验。系统可自动检测；汉化液晶显示，可打印测试结果；且人机对话方便。
该系统在设计上采用模块化组合结构，2人即可搬动，方便车载运输及在各变电站移动检测。
系统由参数测试装置（系统主机）、交流电压调整装置、直流输出负载调整装置组成，见图1。采用微型计算机控制技术，通过调节被试充电机的交流输入电压及输出负载，同时系统主机自动进行采样计算，实现对充电机3项技术指标的检测。
2.1交流电压调整装置
由三相可调变压器及其控制系统组成。控制系统以辅助单片机为控制核心,接收系统主机指令，通过伺服电机控制三相可调变压器调节输出电压大小。为降低体积与重量，从设计角度考虑，充分利用调整电压范围不大（20%）的特点进行了专门设计。
2.2直流输出负载调整装置
由发热元件及其控制系统组成。控制系统以辅助单片机为控制核心,接收主机指令，控制负载调整装置以控制充电机输出电压或电流的大小。为降低体积与重量，发热元件采用PTC发热陶瓷元件，采用8421排列组合方式并配合可调电阻，实现对输出负载的准确调节。
2.3参数测试装置
该部分是整体设备的测量控制中心，它控制电动调压器以及负载调整装置，使充电机达到测试所需状态；测量被试充电机的有关输出量，并对结果实施分析计算，最终得出3个参数。
2.3.1主机电路板
采用89C52单片机作为智能控制的核心，辅以A/D转换7109及键盘电路、通讯电路、报警电路等外围电路，使整机实现智能化。由传感器反馈回的电压信号和电流信号同时也通过7109转换成数字信号后进入单片机，通过单片机调整后，显示输出；采用液晶显示器、微型打印机、薄膜按键作为人机界面，汉化方式。
2.3.2A/D转换部分
来自传感器的电压、电流信号经同相放大、有源滤波、模拟开关(4051)选择后，送至12位A/D转换器AD7109，转换后的数字量由数据总线送入89C52。由于A/D的时钟为工频整倍数，所以能抑制工频干扰。AD7109与89C52采用典型的总线扩展接法。
纹波电压信号经带通滤波、峰值保持等处理后到高速AD进行模数转换, 转换后的数字量由数据总线送入89C52
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