直流系統

直流系統是變電站非常重要的組成部分，它的主要任務就是給繼電保護裝置、斷路器操作、各類信號迴路提供電源。直流系統的正常運行與否，關係到繼電保護及斷路器能否正確動作，會影響變電站乃至整個電網的安全運行。

直流系統由充電設備、蓄電池、直流屏、直流分屏、絕緣監察裝置、負載等組成。 ^[1] 

電力整流模塊就是把交流電整流成直流電的單機模塊，通常是以通過電流大小來標稱（如2A模塊、5A模塊、10A模塊、20A模塊等等），按設計理念的不同也可以分為：風冷模塊、獨立風道模塊、自冷模塊、自能風冷模塊和自能自冷模塊。它可以多台並聯使用，實現了N+1冗餘。模塊輸出是110V、220V穩定可調的直流電壓。模塊自身有較為完善的各種保護功能如：輸入過壓保護、輸出過壓保護、輸出限流保護和輸出短路保護等。

監控系統是整個直流系統的控制、管理核心，其主要任務是：對系統中各功能單元和蓄電池進行長期自動監測，獲取系統中的各種運行參數和狀態，根據測量數據及運行狀態及時進行處理，並以此為依據對系統進行控制，實現電源系統的全自動管理，保證其工作的連續性、可靠性和安全性。監控系統分為兩種：一種是按鍵型還有一種是觸摸屏型。監控系統提供人機界面操作，實現系統運行參數顯示，系統控制操作和系統參數設置。 ^[2] 

直流系統絕緣監測單元是監視直流系統絕緣情況的一種裝置，可實時監測線路對地漏電阻，此數值可根據具體情況設定。當線路對地絕緣降低到設定值時，就會發出告警信號。直流系統絕緣監測單元有母線絕緣監測、支路絕緣監測。

電池巡檢單元就是對蓄電池在線電壓情況巡環檢測的一種設備。可以實時檢測到每節蓄電池電壓的多少，當哪一節蓄電池電壓高過或低過設定時，就會發出告警信號，並能通過監控系統顯示出是哪一節蓄電池發生故障。電池巡檢單元一般能檢測2V～12V的蓄電池和巡環檢測1～108節蓄電池。

開關量檢測單元是對開關量在線檢測及告警幹節點輸出的一種設備。比如在整套系統中哪一路斷路器發生故障跳閘或者是哪路熔斷器熔斷後開關量檢測單元就會發出告警信號，並能通過監控系統顯示出是哪一路斷路器發生故障跳閘或者是哪路熔斷器熔斷。開關量檢測單元可以採集到1～108路開關量和多路無源幹節點告警輸出。 ^[2] 

降壓單元就是降壓穩壓設備，是合母電壓輸入降壓單元，降壓單元再輸出到控母，調節控母電壓在設定範圍內（110V或220V）。當合母電壓變化時，降壓單元自動調節，保證輸出電壓穩定。降壓單元也是以輸出電流的大小來標稱的。降壓單元有兩種，一種是有級降壓硅鏈，一種是無級降壓斬波。有級降壓硅鏈有5級降壓和七級降壓，電壓調節點都是3.5V，也就是説合母電壓升高或下降3.5V時降壓硅鏈就自動調節穩定控母電壓。無級降壓斬波就是一個降壓模塊，它比降壓硅鏈體積小，它沒有電壓調節點所以輸出電壓也比降壓硅鏈要穩定，還有過壓、過流、和電池過放電等功能。不過無級降壓斬波技術還不是很成熟常發生故障，所以還是降壓硅鏈使用效廣泛。 ^[2] 

配電單元主要是直流屏中為實現交流輸入、直流輸出、電壓顯示、電流顯示等功能所使用的器件如：電源線、接線端子、交流斷路器、直流斷路器、接觸器、防雷器、分流器、熔斷器、轉換開關、按鈕開關、指示燈以及電流、電壓表等等。 ^[2] 

直流屏通用名為智能免維護直流電源屏，簡稱直流屏，通用型號為GZDW。簡單地説，直流屏就是提供穩定直流電源的設備。（在輸入有380V電源時直接轉化為220V，在輸入（市電和備用電）都無輸入時，直接轉化為蓄電池供電——直流220V，實際上也可以説是一種工業專用應急電源）。發電廠和變電站中的電力操作電源現今採用的都是直流電源，它為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源，是當代電力系統控制、保護的基礎。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監控單元、監控模塊單元及絕緣監測單元組成。主要應用於電力系統中小型發電廠、水電站、各類變電站，和其他使用直流設備的用户（如石化、礦山、鐵路等），適用於開關分合閘及二次迴路中的儀器、儀表、繼電保護和故障照明等場合。

直流屏是一種全新的數字化控制、保護、管理、測量的新型直流系統。監控主機部分高度集成化，採用單板結構（All in one），內含絕緣監察、電池巡檢、接地選線、電池活化、硅鏈穩壓、微機中央信號等功能。主機配置大液晶觸摸屏，各種運行狀態和參數均以漢字顯示，整體設計方便簡潔，人機界面友好，符合用户使用習慣。直流屏系統為遠程檢測和控制提供了強大的功能，並具有遙控、遙調、遙測、遙信功能和遠程通訊接口。通過遠程通訊接口可在遠方獲得直流電源系統的運行參數，還可通過該接口設定和修改運行狀態及定值，滿足電力自動化和電力系統無人值守變電站的要求；配有標準RS232/485串行接口和以太網接口，可方便納入電站自動化系統。 ^[3] 

直流電源（DC power）有正、負兩個電極，正極的電位高，負極的電位低，當兩個電極與電路連通後，能夠使電路兩端之間維持恆定的電位差，從而在外電路中形成由正極到負極的電流。 單靠水位高低之差不能維持穩恆的水流，而藉助於水泵持續地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩恆的水流。與此類似，單靠電荷所產生的靜電場不能維持穩恆的電流，而藉助於直流電源，就可以利用非靜電作用（簡稱為“非靜電力”）使正電荷由電位較低的負極處經電源內部返回到電位較高的正極處，以維持兩個電極之間的電位差，從而形成穩恆的電流。因此，直流電源是一種能量轉換裝置，它把其他形式的能量轉換為電能供給電路，以維持電流的穩恆流動。直流電源中的非靜電力是由負極指向正極的。當直流電源與外電路接通後，在電源外部（外電路），由於電場力的推動，形成由正極到負極的電流。而在電源內部（內電路），非靜電力的作用則使電流由負極流到正極，從而使電荷的流動形成閉合的循環。 ^[3] 

電力系統中的直流電源部分由蓄電池組、充電設備、直流屏等設備組成。它的作用是：正常時為變電站內的斷路器提供合閘直流電源；故障時，當廠、站用電中斷的情況下為繼電保護及自動裝置、斷路器跳閘與合閘、載波通信、發電廠直流電動機拖動的廠用機械提供工作直流電源。它的正常與否直接影響電力系統的安全可靠運行。

過去，電力系統的各個變電站都有人值守，可以對直流設備的運行狀態進行定期檢查，因而可以及時發現並處理其出現的異常現象，保證變電站的安全穩定運行。電力系統推廣無人值班變電站，雖然調度中心可以通過遠動通道獲取變電站運行情況的實時信息，但是對於直流部分只能得到少量的重要信息（包括：遙信量——充電機交流電源故障，充電機故障，直流絕緣接地，直流電源電壓異常；遙測量——控母電壓）。它不能反映直流系統運行的詳細信息，特別是它不能發現系統剛剛開始出現異常運行的情況，直到長期的異常運行發展為故障時才上發調度，此時，事故已經擴大。如果能在異常現象剛出現時就及時發現並及時處理，就可以避免異常情況擴大。所以需要設備維護人員對其進行定期檢查。此外，對直流設備運行的控制也是由維護人員進行現場操作的。變電站多，維護人員少，顯然無法保證按期按量完成。在這種情況下，直流監控系統應運而生。它的主要作用就是把各變電站的直流設備信息上送到監控中心，供其查詢，同時監控中心也可以向各站發送控制命令。這樣，維護人員不但可以在監控中心對直流設備進行遠方監控，還可以及時發現設備運行的不正常狀態，及時處理，而不等其發展演變成事故。所以，直流監控系統的建立，可以節省人力物力，提高工作效率。 ^[4] 

變電站上送調度中心的各種信息，如遙測、遙信、遙控、主要設備狀態和報警信息等，都是通過遠動通道傳輸的，這些信息對實時性的要求很高，不希望其它信息佔用而使通道擁擠，影響調度的正常工作。所以直流設備的運行信息必須從另一個通道進行遠方傳送。變電站中除遠動通道之外，還有一個電話通道，這個通道一般是作為工作人員現場工作時使用，以及其它輔助系統如安全報警系統必要時使用。通常此通道是處於閒置狀態，但又是必設的，所以可以用它作為直流監控系統的信息通道。

直流監控系統的數據信息量少，發送時佔用通道時間短。這樣，可以在工作時撥通，佔用通道，結束後掛掉，和其它系統分時地使用通道，從而保證各個系統的正常運行。

監控中心計算機通過 modem 連入電話網。而監控器也通過 modem 與電話網相連。雙方 modem 都可以相互呼叫對方，通過雙方 modem 和電話網建立通信鏈路，互傳信息。這樣，監控中心計算機可以通過這個通信鏈路，採取各站監控器的信息，發送控制命令，各站監控器也可把每日定時運行數據和異常情況信息上報中心。系統包括3部分：監控器是前置機系統，負責設備數據的採集、運行狀態的控制和信息的上送；監控中心是後台機系統，是基於 PC 機上運行的，它負責對所有變電站的監控器發送命令，接收其運行數據以及對數據進行處理和分析;兩者之間的數據通信依靠 modem 和電話網建立。監控中心和監控器是一對多系統。 ^[4] 

1.監控器原理

監控器是安裝在各變電站的一套系統，它採集各直流設備的運行狀態信息，對其進行控制，把各數據信息上送監控中心和其它監控單元。

監控器用工控機設計，其 I/O 端口作輸入和輸出使用，它可直接從直流設備上採得測量量、狀態量以及蓄電池絕緣狀態等信息，也可以對直流設備進行控制和調節，如充電機的開關機動作、均充浮充改變、均浮充電壓的改變以及饋線的合斷等。另一方面，微機控制器通過 RS232 或 modem 方式把四遙信號上送到 RTU 或調度中心，把所有直流設備的運行信息通過 modem 經電話網送到設備維護人員所在的監控中心。

2.監控器軟件設計

監控器軟件由4個模塊組成：通信模塊，數據收發模塊，I/O 模塊和數據處理模塊。

通信模塊的作用是為數據的傳輸作好通信的準備，包括打開、關閉 modem 以及自動撥號的功能。軟件設置定時打開和關閉 modem，這使得本系統可以和其它如報警系統分時使用電話通道。自動撥號是在直流設備發生異常事件時，自動撥通監控中心的 modem，向其發送相應報警信息。

數據收發模塊主要負責通信鏈路建立後的數據收發事務。發送的數據包括：各直流設備當時的運行信息；本監控器存貯的24 h內固定時間歷史數據；24 h內所有報警信息。接收的數據包括監控中心的控制和調節命令等。

I/O模塊功能包括：提供監控器的人機輸入界面，監控器對各直流設備量的採集以及對其進行的控制。

數據處理模塊是監控器的核心模塊，它一方面把 I/O 模塊取得的數據進行處理，根據設定的時間間隔把每日的數據存入庫中，以待數據收發模塊上送監控中心。這些數據每日更新。另一方面，它把由收發模塊接收到的調控命令進行分析後，提供控制信息給 I/O 模塊使用。 ^[4] 

監控中心是一台微機，其上運行監控中心後台軟件。

監控中心軟件主要包括4個要提出了一種可對無人值班變電站內直流設備進行遠方監控的系統，它利用了站內的電話通道，可以實現直流設備遠方監控、直流設備運行歷史查詢和設備運行異常的情況上報等功能。當廠、站部分通信模塊，數據庫形成模塊，主控模塊以及報表打印模塊。

通信模塊的作用和監控器的通信模塊功能相同，作用為撥通變電站的監控器 modem，建立通信鏈路，向下發送控制命令信息，此外它也可以被對方叫通，接收其上傳的信息。此模塊用 Visual Basic 5.0 開發，它僅僅根據通信的要求，撥通 modem，建立通信的鏈路即可。可送具體數據則與其無關，由主控軟件部分負責處理。

數據處理模塊兩個作用：一是形成各站的直流設備的信息庫；二是把每日採集來的各站的日數據整理入庫，形成所有變電站直流設備的歷史數據庫。用户可以根據實際情況，靈活地建立各個變電站及站內所有直流設備的數據庫，靈活地維護所有站內信息，維護後此係統自動存庫，靈活性強並且操作簡單方便。此外，各變電站監控器每日定時把日數據上送監控中心，後者在接收後根據各站名存入各自數據庫中，形成歷史庫，供報表打印系統查詢時使用。

主控軟件提供人機界面，是基於 Windows 95 操作系統的操作界面，用鼠標和鍵盤對屏幕上的圖形進行操作。只要用鼠標點取設備元件所對應的圖元，就可以查詢和控制此設備，也可以用鍵盤輸入設備的參數達到對設備運行參數遠方調節的目的。維護人員對運行站內設備的查詢和控制可以通過鼠標和鍵盤實現。當通信模塊建立通信鏈路後，它可以打開遠方送來的數據信息，顯示在屏幕上，並把這些數據交數據處理模塊處理。另外它也把操作者的控制命令以數據包的形式向遠方發送。它是本系統的核心。

報表打印模塊根據工作的需要，對數據處理模塊保存的歷史數據庫進行查詢，製作日報表、月報表和其它報表以及作出相應的數據曲線，供分析和查詢使用還有最後必須要檢查有沒有出錯。 ^[4] 

蓄電池正常運行檢查項目

1.蓄電池室內温度在5℃～35℃為蓄電池的最佳工作環境温度。但不能長期超過30℃，防止因環境温度過高使蓄電池容量嚴重下降，運行壽命縮短。

2.電池電壓及電池電解液麪正常,電池外殼和極柱温度正常，電池殼蓋無變形和滲液。

3.蓄電池室內應乾燥、通風良好，照明充足，防爆燈的護欄或護網應牢固可靠，防止墜落造成蓄電池短路。

4.蓄電池室嚴禁煙火，嚴禁攜帶和存放易燃物品。

5.各蓄電池間浮充電壓差<±50mV。

6.各連接處應緊固，無鬆動現象。

7.充電器應工作在室温不低於-10℃，不高於40℃的環境中，空氣相對濕度平均不超過90%（日平均≤95%），周圍應沒有導電及易爆塵埃，沒有腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體及蒸汽。巡檢人員對運行中的直流電源裝置，主要監視交流輸入電壓值，充電裝置輸出電壓和電流值，蓄電池組電壓值，直流母線電壓值，浮充電流值及絕緣電壓值是否正常。巡檢人員每日應對直流電源裝置和微機監控器的工作狀態，各種信號燈，聲響報警進行檢查，若不正常，及時退出運行，通知檢修人員修復。 ^[4] 

直流系統的用途：廣泛應用於水力、火力發電廠，各類變電站和其它使用直流設備的用户（如發電廠、變電站、配電站、石化、鋼鐵、電氣化鐵路、房地產等），為信號設備、保護、自動裝置、事故照明及斷路器分、合閘操作提供直流電源，它也同樣廣泛的應用於通信部門、計算機房、醫院、礦井、賓館，以及高層建築的可靠應急電源，用途十分廣泛。還有直流系統的心臟是蓄電池，對蓄電池進行科學維護是直流系統的核心工作。 ^[2]