直流监控系统在火力发电厂中的应用

直流监控系统在火力发电厂中的应用[摘要]本文根据火电厂直流监控系统的选型及设备要求，介绍了直流监控系统组成及各部分设备的原理，提高了系统自动化程度，为电厂的稳定运行及高效发电提供了可靠的技术保障。一、引言发电厂中的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作，一般采取直流电源，而直流电源部分由蓄电池组.充电设备.直流屏等设备组成，所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到发电厂的安全运行和可靠的发电。因此，发电厂的直流系统被人们称为企业的“心脏”，可见它在发电厂中地位是多么的重要。随着电力工业的迅速发展，为提高电厂的发电质量，使设备安全、稳定.经济的运行，并实现电力系统的自动化，为满足这些高标准的要求，需特别注意设备的选型。二．设备选型1．要求1）微机型整流器的基本要求∶全自动兼容手动功能，从开机到主充、均充、浮充，全自动化切换。整机按编制好的主充电、均充电、浮充电、正常运行、电网解列、恢复送电等程序，实行自控制、自诊断、自报警、自存贮和自打印，无需人员干预。带有遥信、遥测、遥控、遥调接口，与调度中心联网，及时准确的与调度中心联系并得到反馈信息，全面实现了直流电源的智能化。按键和显示面板直观显示，可设定电压、电流值，可随时修改充电装置工作参数。2）高频开关电源的基本要求：充电方式采用高频开关电源模块，体积小,重量轻,容量大，采用N+1备份,经济性好,可靠性高，模块本体能自动均流,充电电流连续可调,充电方式全部按程序进行，模块可任意并联,并可在线操作，隔离性好,设有完善的自我保护系统，功率因数高,效率高3）由于直流系统是一个不间断的直流电源，要求配置蓄电池系统。蓄电池组是一种独立的电源，不受交流电源的影响，因而整流系统交流失电或发生故障时，蓄电池继续给控制、信号、继电保护和自动装置供电，同时还可以保证事故照明用电。因此要求蓄电池具有容量大、寿命长、易浮充电等特点，既适合长时间小电流放电使用，又适合大电流瞬时放电使用，性能可靠、维护方便。2．选型针对以上对直流控制系统的要求，综合考虑设备的成本及其性能和他们能够实现的功能，特对设备选择如下：采用GZDW-M－100/220型智能高频开关电源系统，其特点是体积小，重量轻，技术指标优越，采用模块化设计，N＋1热备份方式，便于实现“四遥”等，充分满足了设计时对设备所提的要求。蓄电池全部采用阀控式密封铅酸免维护蓄电池，阀控式密封铅酸免维护蓄电池是近年来发展起来的新型蓄电池。该类蓄电池多采用紧装配密集极板，超细玻璃纤维作隔膜，贫电液结构或采用管式正极板，专用隔板胶体电解液的富电液结构，其基本原理都使气体在极板间转移，促进了再化合反应，同时利用减压阀保持电池内部有一定压力。这类蓄电池具有防酸式铅酸蓄电池的优点，而且基本上属于免维护，同时由于没有酸雾和氢体排出，可以与成套直流电源柜一起安装在主控室，所以是目前广泛被采用的首选蓄电池。监控装置采用WZCK-11型微机直流监控装置，它具有多级存储.单片机智能化扫描.分级控制管理等性能优点，并且有240X128点阵液晶显示，便于监控显示运行情况，并且能全部实现自动控制、诊断等智能化管理。三．设备的性能及原理一）智能高频开关电源1．我们采用的GZDW-M型智能开关电源是专为电力系统研制开发的新型“四遥”高频开关电源，采取高频软开关技术，模块化设计，输出标称电压为220V，配有标准RS232接口，易于与自动化系统对接，适用于各类变电站、发电厂和水电站使用。此设备有下列性能特点：1）高可靠性整机，模块化设计,电源模块采用N＋2热备,可平滑扩容。工作采用二组模块电源独立工作，一组通过电子降压装置和硅链调压向控制母线供电，另一组向电池充电，智能化管理二组模块，互为独立，每组模块都采用N+1模式，即N+2模式。关键部分双套保护向控制母线输出供电。2）监控功能完善，高智能化，采取大屏幕液晶汉字触摸屏显示，并有声光告警，易于实现人机对话。3）监控系统配有标准RS232和RS485串行接口，方便地与中央控制单元连网，实现办公自动化，实行远距离通讯，实施“四遥”及无人值守。4）对蓄电池自动管理及自动维护保养，实时监测蓄电池组的端电压，充、放电电流，自动控制均、浮充以及定期维护性均充。5）具有电池温度补偿功能。6）模块可带电插拔，更换安全方便。7）降压方式采取新型高频软开关无级双向调压，摒弃传统硅堆降压方式，输出电压精度高，动态响应速度快。8）采用最新软开关电源技术，采用进口器件。2．智能高频开关电源系统的组成及各部分作用智能高频开关电源系统由交流配电，绝缘检测，监控模块、整流模块、调压模块，直流馈电等组成。系统工作原理框图如图1所示。图1智能高频开关电源系统原理图交流配电为系统提供三相交流电源，监测三相电压、电流及接触器状态；判断交流输入是否满足系统要求，在交流输入出现过压、欠压、不平衡时自动切断有故障的一路，并切换到另一路供电，系统发出声光告警。装有每相通流量40kA、响应速度为25μs的三相避雷器，能有效地防止雷击对设备造成的损坏。绝缘监测采用进口非接触式直流微电流传感器，利用正负母线对地的接地电阻产生的漏电流，来测量母线对地的接地电阻大小，从而判断母线的接地故障。这一技术无需在母线上叠加任何信号，对直流母线供电不会有任何不良影响，彻底根除由直流母线对地电容所引起的误判和漏判，对于微机接地监测技术是一重要突破。监控模块是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态实时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动精确管理，从而提高电源系统的可靠性，保证其工作的连续性、安全性和可靠性。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能，配有标准RS232接口，方便纳入电站自动化系统。整流模块为合闸母线、控制母线提供正常的负荷电流，本身具有LCD汉字显示、操作键盘，模块工作状态和工作参数一目了然，可以带电插拔，具有软件较准，自主均流、ZVS软开关技术。调压模块无论合闸母线电压如何变化，输出电压都被稳定控制在220（1±0.5％）V，具有带电插拔技术、软开关技术和双向调压特性。直流馈电设有控制输出、合闸输出、电池输入、闪光、事故照明、48V电源输出等。控制母线有三种途径供电，确保控制母线供电安全可靠，其控制母线电压稳定度≤±0.5%，控制母线电压纹波系数≤±0.5%，配有智能直流监控单元，可测量母线电压、电流及开关状态等。电池巡检仪对电池电压进行实时监测，将信息及时反馈到监控模块。蓄电池全密闭、免维护、无污染、无腐蚀，任何方向可放置使用，使用温度范围宽（－40℃～60℃）；深放电至零伏，24h内充电可恢复；可大电流放电，起动电流大，自放电率极低，具有安全防爆排气系统，是理想的操作、控制不间断电源。二）监控装置监控装置采用带CCFL背光液晶显示的WZCK-11型微机直流监控装置，它具有多级存储器，能有效及时的存储运行数据，防止数据丢失，其性能及工作原理如下：1．装置原理框图：（图二）图二2．各部分作用及工作原理：1)综合自动监控系统具备以下功能：a)电池管理功能，即选择最佳的充电方式或充电规律，以提高蓄电池的实际蓄电容量和使用寿命；b)交流电源中断时的自动处理功能，即保证在交流电源停电期间蓄电池不过度放电，以及交流电源恢复供电后对蓄电池组补充充电；c)对电池(分组)进行实时检测，对电池电压越限能够进行及时的故障报警；d)监视充电机的工作情况，一旦出现故障能立即将故障组切除并自动投入备用组且发出声光及远程报警信号，通知维修人员对故障进行及时处理；e)对母线和主要支路的熔断器进行监视，若出现熔断器熔断现象能及时发出声光及远程报警信号，以保证故障及时排除和熔芯的及时更换；f)监视动力母线和控制母线的对地绝缘电阻，当其小于某一设定值时，能及时准确的发出声光及远程报警信号；g)对检测到的故障数据，如控母电压过高、控母电压过低、控母电压纹波超限、交流失电、缺相等及时存储；h)具有远方通讯接口，以保证调度中心对操作电源工作状态的了解及远程控制，即具有遥控、遥信、遥调、遥测功能。2)模拟量测量：采用带数字显示及通信接口的智能变送器完成模拟量测量。a)PCL-813B(模拟量输入)：模拟量输入模块为32路单端隔离，12位分辨率，可编程输入范围设定，完成对系统中主要物理量(如两台充电机的输出电压、电流，两段控制母线的电压、电流，两套电池组的充电电压和充电电流，三相交流输入电压、电流，环境温度等)的检测、两段直流母线对地绝缘电阻的检测和对蓄电池组的分组巡回检测等。b)PCL-728(模拟量输出)：模拟量输出模块有2路12位分辨率光电隔离模拟量输出卡2块，用于对两台充电机输出电压、输出电流的调节。第三台备用机采用本机自控工作方式，只在两台主充电机中有故障退出而需要备用机投入时，接受监控系统发出的开机命令投入运行，在故障机修复投入运行后便自动退出。3)整流器控制单元：进行整流器的输出电压调整、电池充电电流限流的执行单元，以模拟量输出的形式连到“整流器外控端口”4)开入量采集：采集直流系统的报警量、状态量、馈线开关位置。PCL-722(数字量输入)：144路数字量输入／输出卡，模拟8255状态0，用以实现对主要回路熔断器的监视。5)继电器干节点输出：以无源节点的形式扩展监控的报警指示、整流器开关机等功能。12路继电器输出，用于对各充电机交流电源开关及蓄电池总开关的控制，及电池巡回检测的选组及直流母线绝缘电阻的选线控制。6)绝缘监测：分别检测直流正、负母线对地电阻，两段母线共有两套检测电路。检测电路原理如（图三）所示。图三图中，Rd1和Rd2分别表示直流正负母线对地电阻。CB为来自工控机工作站的控制信号，给CB以高电平，VT1导通，继电器K1带电，常开触点闭合，则由直流正母线＋KM1、限流电阻R2、光耦O1、K1的常开触点、地、直流负母线对地电阻Rd2到直流负母线－KM1，形成一电流通路。该电流经光耦隔离、转换、阻容滤波后，输入计算机，根据该电流的数值和直流母线电压值及限流电阻值，可计算出Rd2的数值。给CB以低电平，VT1关断，K1失电，常闭触点闭合，则由直流正母线+KM1、直流正母线对地电阻Rd1到地、K1的常闭触点、光耦O2、限流电阻R1、直流负母线－KM1，形成一电流通路。该电流经O2隔离、转换、阻容滤波后，输入计算机，同样的方法，可以求出Rd1的数值。(5)数字量输出电路。本系统采用继电器输出来控制一些主要电气开关的闭合与断开，由于继电器触点容量有限，必须考虑用中间继电器等来加大触点容量。7)交流量监测：三相交流电压值和三相交流电流值的检测部分，用交流互感器进行检测，各充电机输出电压、输出电流值和各直流母线电压、电流值的检测部分，用霍尔模块作检测元件，同时实现信号变换和隔离功能。8)电池巡检：电池巡回检测电路，包括电池组的切换和电池组电压的输入两部分。电池组切换时，须同时切换电池组的正负两极，电池电压的输入部分应和工控机的工作电源实现电气上的隔离，后者对于保证直流操作电源监控系统的正常工作非常重要。3．装置系统性能带CCFL背光的240X128点阵液晶显示，对比度可调整51单片机扫描键码智能化处理，实现按键输入“零“等待扩展10路光电隔离串口，RS232、RS485／RS422任选采用多级存储，即将DOS系统文件、主控运行程序、基本配置数据文件等固化于EPROM芯片内将运行时需要实时保存的信息存放于另行扩展的一片NVRAM内，这样就保证了数据的存储可靠，不易丢失，增加了系统的可靠性和稳定运行智能变送器采集模拟量智能开关量采集智能开关量输出控制分级控制原理，在主监控装置下级针对整流器的控制设一智能控制单元，可设定安全运行值。当主监控因故丧失功能时，可由该控制器保证整流器的浮充运行，确保系统电压正常4．工作流程装置的工作过程为：微机测控装置通过RS485通信总线，从下级各设备采集数据，包括开入量、模入量、电池单只电压、母线绝缘电阻、交流输入电压，获得系统的运行状态并在液晶屏