胡湘　葉偉　侯紅衛(wèi)　黃瑞玲

摘要：目前常見的變電站直流監(jiān)測(cè)裝置只考慮了直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)各種信息采集，未有直流系統(tǒng)在發(fā)生異常時(shí)相關(guān)故障信息的采集與記錄功能。一旦變電站繼電保護(hù)裝置或安全自動(dòng)化裝置因直流系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致無法正確動(dòng)作時(shí)，我們對(duì)直流系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)的各種信息只能通過事后調(diào)查分析去獲取，給準(zhǔn)確地分析事故原因帶來了極大的困難。為了準(zhǔn)確地獲取直流系統(tǒng)發(fā)生故障瞬間的相關(guān)信息，本文提出在DJX8直流在線監(jiān)測(cè)儀的基礎(chǔ)上研制一種變電站直流故障信息存儲(chǔ)裝置。

關(guān)鍵詞：變電站直流系統(tǒng)；直流監(jiān)測(cè)裝置；直流故障信息存儲(chǔ)裝置

0引言

變電站的直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其為保護(hù)測(cè)控裝置和安全自動(dòng)化裝置的正常運(yùn)行及正確動(dòng)作、斷路器的分合閘操作和GIS變電站刀閘的操作等提供電源，在站用交流失電的情況下；直流電源將通過UPS向變電站提供站用交流電，保障站內(nèi)交流用電設(shè)備的正常運(yùn)行。直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)防止事故擴(kuò)大，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。直流系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)將遭受各種干擾，如：直流接地故障等，使直流系統(tǒng)的電能質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，影響著保護(hù)測(cè)控裝置及安全自動(dòng)化裝置的安全運(yùn)行，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來較大隱患。近年來因變電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)異常而引起保護(hù)裝置或者安全自動(dòng)化裝置誤動(dòng)和拒動(dòng)的事故呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，如：2016年某站6.18主變燒損事件的一個(gè)原因是直流系統(tǒng)異常造成保護(hù)拒動(dòng)。而目前大部分的直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置只能提供直流系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)告警信息和一定數(shù)量的歷史告警信息，對(duì)于直流系統(tǒng)來說，變電站內(nèi)的故障錄波裝置也只是錄取了其母線電壓的波形；在直流系統(tǒng)發(fā)生故障或者其它異常情況下，我們無法獲得其它更多準(zhǔn)確和詳細(xì)的信息，導(dǎo)致事故分析中直流系統(tǒng)方面的數(shù)據(jù)缺失，給事故原因分析帶來了許多不確定性。

為了能重現(xiàn)直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的情形，在DJX8直流在線監(jiān)測(cè)儀的基礎(chǔ)上，研究了一種變電站直流故障信息存儲(chǔ)裝置，能很好的記錄下直流系統(tǒng)在故障狀態(tài)或告警狀態(tài)下各電氣量的瞬時(shí)值及變化情況，為故障分析和快速查找直流系統(tǒng)故障提供了有力數(shù)據(jù)支持。

1DJX8直流在線監(jiān)測(cè)儀

DJX8直流在線監(jiān)測(cè)儀是杭州高特電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的一款智能蓄電池組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其主要包括監(jiān)控主機(jī)、蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊、放電模塊等，可在線監(jiān)測(cè)每節(jié)電池的內(nèi)阻和電壓、電池組端電壓、充放電電流和溫度，靜態(tài)放電測(cè)試電池容量，綜合測(cè)量判定電池性能及其變化趨勢(shì)；具備對(duì)失效電池予以顯示和報(bào)警的功能；同時(shí)具備內(nèi)阻超限、電壓超限、溫度超限、電壓均差值超限等多種故障報(bào)警功能。系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，遠(yuǎn)程服務(wù)器可通過以太網(wǎng)對(duì)各變電站的蓄電池組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)管理。

2DJX8網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

通信協(xié)議是指雙方為完成通信所必須遵守的規(guī)則和約定。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，信息單元應(yīng)該包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時(shí)序等，從而確保網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)能順利地傳送到確定的地方，同時(shí)以便對(duì)方識(shí)別通信的內(nèi)容。

2.1DJX8網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的數(shù)據(jù)類型和命令類型

DJX8網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的數(shù)據(jù)類型和命令類型見表1和表2

2.2DJX8網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議中數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)

對(duì)于16bit數(shù)據(jù)類型，先傳輸高字節(jié)，再傳輸?shù)妥止?jié)。對(duì)于32bit浮點(diǎn)型、32bit整型等32bit數(shù)據(jù)類型，先傳輸高16bit字，再傳輸?shù)?6bit字。字符串?dāng)?shù)據(jù)傳輸時(shí)先傳輸較靠前的字符。布爾型數(shù)據(jù)主要分布在離散輸入寄存器中。離散輸入寄存器實(shí)際以字節(jié)為單位存儲(chǔ)和傳輸。較低地址的寄存器存儲(chǔ)在一個(gè)字節(jié)的較低位上，傳輸時(shí)，先傳輸較低地址的寄存器值。存儲(chǔ)較低地址的8個(gè)寄存器的字節(jié)先于存儲(chǔ)較高地址的8個(gè)寄存器的字節(jié)傳輸。

3直流故障信息存儲(chǔ)裝置

3.1裝置硬件

直流故障信息存儲(chǔ)裝置的主要硬件是一臺(tái)PC機(jī)，其通過網(wǎng)線與DJX8智能蓄電池組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信，讀取監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的電壓、電流數(shù)據(jù)、蓄電池的相關(guān)數(shù)據(jù)以及其告警信號(hào)等。其電源采用變電站的UPS電源，能保障其穩(wěn)定運(yùn)行。其物理連接示意圖如圖2。

3.2裝置軟件

軟件主要由數(shù)據(jù)庫、故障錄波部分和數(shù)據(jù)顯

示分析三個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)庫有兩個(gè)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和保存歷史數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)庫；軟件讀取DJX8智能在線監(jiān)測(cè)儀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分別存入兩個(gè)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫用于軟件界面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示和錄波啟動(dòng)后提供錄波數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)庫為錄波啟動(dòng)后提供故障前一段時(shí)間的故障錄波數(shù)據(jù)。錄波的啟動(dòng)包括兩個(gè)方面：一方面是讀取到DIx8智能在線監(jiān)測(cè)儀的告警信號(hào)，另一方面是直流故障信息存儲(chǔ)裝置軟件設(shè)定的判據(jù)成立時(shí)；其判據(jù)對(duì)應(yīng)的直流故障主要是直流系統(tǒng)絕緣降低（直流接地）、交流竄入、直流大負(fù)載動(dòng)作、直流母線電壓異常等。錄波文件生成后存儲(chǔ)在Pc機(jī)硬盤中一個(gè)指定的文件夾中，每個(gè)錄波文件按錄波的時(shí)間命名存儲(chǔ)于其中，便于故障后錄波文件的調(diào)取和拷貝。故障錄波的流程框圖如圖3。數(shù)據(jù)顯示分析部分由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波形顯示和故障錄波數(shù)據(jù)顯示分析組成。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波形顯示主要是顯示直流系統(tǒng)電壓、電流的實(shí)時(shí)值，故障錄波數(shù)據(jù)顯示分析以錄取的模擬量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算處理，分解出直流分量、交流分量、諧波分量，進(jìn)行生產(chǎn)相關(guān)曲線，以便故障分析。

4現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)

在軟硬件安裝完畢以及相關(guān)調(diào)試完成后，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了一次現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，分別進(jìn)行了直流系統(tǒng)絕緣降低模擬（高阻接地故障）、直流系統(tǒng)大負(fù)荷沖擊測(cè)試，以檢查錄波能否準(zhǔn)確啟動(dòng)、錄波數(shù)據(jù)與波形是否能完整地反映故障現(xiàn)象。

4.1直流母線負(fù)荷變動(dòng)模擬試驗(yàn)

在不影響直流負(fù)載正常運(yùn)行的情況下，通過對(duì)直流系統(tǒng)環(huán)供負(fù)荷轉(zhuǎn)移的方式實(shí)現(xiàn)直流母線負(fù)荷變動(dòng)的模擬試驗(yàn)。其錄波如圖4，由圖可知，直流母線負(fù)載變化對(duì)直流系統(tǒng)的影響主要是負(fù)載退出和投入的瞬間，將產(chǎn)生較大的沖擊電流。

4.2直流母線交流竄入試驗(yàn)

用一個(gè)可調(diào)交流電源輸出一個(gè)較小的交流電壓，然后串聯(lián)一個(gè)高阻接入直流系統(tǒng)來模擬直流母線竄入交流的試驗(yàn)。其錄波如如5

4.3直流系統(tǒng)絕緣降低試驗(yàn)

模擬直流系統(tǒng)絕緣降低試驗(yàn)采用直流母線后者支路經(jīng)電阻瞬間接地的方式，其錄波圖如圖6。

從直流母線交流竄入試驗(yàn)錄波圖和直流系統(tǒng)絕緣降低試驗(yàn)錄波圖的對(duì)比可得出，兩圖的故障母線電壓變化趨勢(shì)有很大的相似之處，因?yàn)榻涣飨到y(tǒng)是接地系統(tǒng)，而當(dāng)交流竄入直流系統(tǒng)時(shí)，也就相當(dāng)于直流系統(tǒng)出現(xiàn)了接地故障，從而直流系統(tǒng)的絕緣也降低了，所以兩種情況的波形很相似。

5結(jié)束語

本文所研究的變電站直流故障信息存儲(chǔ)裝置具有如下特點(diǎn)：

1、基于DIx8智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，所需的監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)均由DJX8智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供，減少了數(shù)據(jù)采集部分的軟硬件設(shè)計(jì)，節(jié)約了一定的成本。

2、通過現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，證明其能很好地記錄故障發(fā)生時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)，能為事故分析提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

3、因D1x8智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)局限，少部分可能引起直流系統(tǒng)故障的量無法反應(yīng)，如：直流充電機(jī)的交流進(jìn)線電壓的變化等。