“低壓直流系統(tǒng)”是應(yīng)用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其它使用直流設(shè)備的用戶，為給信號設(shè)備、保護、自動裝置、事故照明、應(yīng)急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設(shè)備。直流系統(tǒng)是一個獨立的電源，它不受發(fā)電機、廠用電及系統(tǒng)運行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證由后備電源—蓄電池繼續(xù)提供直流電源的重要設(shè)備。

　　高壓直流系統(tǒng)主要用于輸電，當(dāng)前的高壓直流輸電電壓可達到±1000KV，輸送電流5000A，輸送容量8000MW(800萬千瓦)，是西電東輸?shù)闹饕M成部分。

　　直流系統(tǒng)是變電站非常重要的組成部分，它的主要任務(wù)就是給繼電保護裝置、斷路器操作、各類信號回路提供電源。直流系統(tǒng)的正常運行與否，關(guān)系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(wǎng)的安全運行。

　　直流系統(tǒng)由充電設(shè)備、蓄電池、直流屏、直流分屏、絕緣監(jiān)察裝置、負(fù)載等組成。

　　整流模塊系統(tǒng)

　　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(biāo)稱(如2A模塊、5A模塊、10A模塊、20A模塊等等)，按設(shè)計理念的不同也可以分為：風(fēng)冷模塊、獨立風(fēng)道模塊、自冷模塊、自能風(fēng)冷模塊和自能自冷模塊。它可以多臺并聯(lián)使用，實現(xiàn)了N+1冗余。模塊輸出是110V、220V穩(wěn)定可調(diào)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(jiān)控系統(tǒng)

　　監(jiān)控系統(tǒng)是整個直流系統(tǒng)的控制、管理核心，其主要任務(wù)是：對系統(tǒng)中各功能單元和蓄電池進行長期自動監(jiān)測，獲取系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)和狀態(tài)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)及時進行處理，并以此為依據(jù)對系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的全自動管理，保證其工作的連續(xù)性、可靠性和安全性。監(jiān)控系統(tǒng)分為兩種：一種是按鍵型還有一種是觸摸屏型。監(jiān)控系統(tǒng)提供人機界面操作，實現(xiàn)系統(tǒng)運行參數(shù)顯示，系統(tǒng)控制操作和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。[2]

　　絕緣監(jiān)測單元

　　直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測單元是監(jiān)視直流系統(tǒng)絕緣情況的一種裝置，可實時監(jiān)測線路對地漏電阻，此數(shù)值可根據(jù)具體情況設(shè)定。當(dāng)線路對地絕緣降低到設(shè)定值時，就會發(fā)出告警信號。直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測單元有母線絕緣監(jiān)測、支路絕緣監(jiān)測。

　　電池巡檢單元

　　電池巡檢單元就是對蓄電池在線電壓情況巡環(huán)檢測的一種設(shè)備。可以實時檢測到每節(jié)蓄電池電壓的多少，當(dāng)哪一節(jié)蓄電池電壓高過或低過設(shè)定時，就會發(fā)出告警信號，并能通過監(jiān)控系統(tǒng)顯示出是哪一節(jié)蓄電池發(fā)生故障。電池巡檢單元一般能檢測2V～12V的蓄電池和巡環(huán)檢測1～108節(jié)蓄電池。

　　開關(guān)量檢測單元

　　開關(guān)量檢測單元是對開關(guān)量在線檢測及告警干節(jié)點輸出的一種設(shè)備。比如在整套系統(tǒng)中哪一路斷路器發(fā)生故障跳閘或者是哪路熔斷器熔斷后開關(guān)量檢測單元就會發(fā)出告警信號，并能通過監(jiān)控系統(tǒng)顯示出是哪一路斷路器發(fā)生故障跳閘或者是哪路熔斷器熔斷。開關(guān)量檢測單元可以采集到1～108路開關(guān)量和多路無源干節(jié)點告警輸出。[2]

　　降壓單元

　　降壓單元就是降壓穩(wěn)壓設(shè)備，是合母電壓輸入降壓單元，降壓單元再輸出到控母，調(diào)節(jié)控母電壓在設(shè)定范圍內(nèi)(110V或220V)。當(dāng)合母電壓變化時，降壓單元自動調(diào)節(jié)，保證輸出電壓穩(wěn)定。降壓單元也是以輸出電流的大小來標(biāo)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(diào)節(jié)點都是3.5V，也就是說合母電壓升高或下降3.5V時降壓硅鏈就自動調(diào)節(jié)穩(wěn)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(diào)節(jié)點所以輸出電壓也比降壓硅鏈要穩(wěn)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(shù)還不是很成熟常發(fā)生故障，所以還是降壓硅鏈?zhǔn)褂眯V泛。[2]

　　配電單元

　　配電單元主要是直流屏中為實現(xiàn)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(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕開關(guān)、指示燈以及電流、電壓表等等。

　　直流屏系統(tǒng)

　　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。簡單地說，直流屏就是提供穩(wěn)定直流電源的設(shè)備。(在輸入有380V電源時直接轉(zhuǎn)化為220V，在輸入(市電和備用電)都無輸入時，直接轉(zhuǎn)化為蓄電池供電——直流220V，實際上也可以說是一種工業(yè)專用應(yīng)急電源)。發(fā)電廠和變電站中的電力操作電源現(xiàn)今采用的都是直流電源，它為控制負(fù)荷和動力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護的基礎(chǔ)。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(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測單元組成。主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中小型發(fā)電廠、水電站、各類變電站，和其他使用直流設(shè)備的用戶(如石化、礦山、鐵路等)，適用于開關(guān)分合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護和故障照明等場合。

　　直流屏是一種全新的數(shù)字化控制、保護、管理、測量的新型直流系統(tǒng)。監(jiān)控主機部分高度集成化，采用單板結(jié)構(gòu)(All in one)，內(nèi)含絕緣監(jiān)察、電池巡檢、接地選線、電池活化、硅鏈穩(wěn)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(tài)和參數(shù)均以漢字顯示，整體設(shè)計方便簡潔，人機界面友好，符合用戶使用習(xí)慣。直流屏系統(tǒng)為遠程檢測和控制提供了強大的功能，并具有遙控、遙調(diào)、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(tǒng)的運行參數(shù)，還可通過該接口設(shè)定和修改運行狀態(tài)及定值，滿足電力自動化和電力系統(tǒng)無人值守變電站的要求;配有標(biāo)準(zhǔn)RS232/485串行接口和以太網(wǎng)接口，可方便納入電站自動化系統(tǒng)。[3]

　　直流電源系統(tǒng)

　　直流電源(DC power)有正、負(fù)兩個電極，正極的電位高，負(fù)極的電位低，當(dāng)兩個電極與電路連通后，能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差，從而在外電路中形成由正極到負(fù)極的電流。 單靠水位高低之差不能維持穩(wěn)恒的水流，而借助于水泵持續(xù)地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩(wěn)恒的水流。與此類似，單靠電荷所產(chǎn)生的靜電場不能維持穩(wěn)恒的電流，而借助于直流電源，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(fù)極處經(jīng)電源內(nèi)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(wěn)恒的電流。因此，直流電源是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能供給電路，以維持電流的穩(wěn)恒流動。直流電源中的非靜電力是由負(fù)極指向正極的。當(dāng)直流電源與外電路接通后，在電源外部(外電路)，由于電場力的推動，形成由正極到負(fù)極的電流。而在電源內(nèi)部(內(nèi)電路)，非靜電力的作用則使電流由負(fù)極流到正極，從而使電荷的流動形成閉合的循環(huán)。

　　電力系統(tǒng)中的直流電源部分由蓄電池組、充電設(shè)備、直流屏等設(shè)備組成。它的作用是：正常時為變電站內(nèi)的斷路器提供合閘直流電源;故障時，當(dāng)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(fā)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(tǒng)的安全可靠運行。

　　過去，電力系統(tǒng)的各個變電站都有人值守，可以對直流設(shè)備的運行狀態(tài)進行定期檢查，因而可以及時發(fā)現(xiàn)并處理其出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，保證變電站的安全穩(wěn)定運行。電力系統(tǒng)推廣無人值班變電站，雖然調(diào)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，但是對于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(tǒng)運行的詳細(xì)信息，特別是它不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)剛剛開始出現(xiàn)異常運行的情況，直到長期的異常運行發(fā)展為故障時才上發(fā)調(diào)度，此時，事故已經(jīng)擴大。如果能在異常現(xiàn)象剛出現(xiàn)時就及時發(fā)現(xiàn)并及時處理，就可以避免異常情況擴大。所以需要設(shè)備維護人員對其進行定期檢查。此外，對直流設(shè)備運行的控制也是由維護人員進行現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運而生。它的主要作用就是把各變電站的直流設(shè)備信息上送到監(jiān)控中心，供其查詢，同時監(jiān)控中心也可以向各站發(fā)送控制命令。這樣，維護人員不但可以在監(jiān)控中心對直流設(shè)備進行遠方監(jiān)控，還可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行的不正常狀態(tài)，及時處理，而不等其發(fā)展演變成事故。所以，直流監(jiān)控系統(tǒng)的建立，可以節(jié)省人力物力，提高工作效率。[4]

　　通道選擇

　　變電站上送調(diào)度中心的各種信息，如遙測、遙信、遙控、主要設(shè)備狀態(tài)和報警信息等，都是通過遠動通道傳輸?shù)模@些信息對實時性的要求很高，不希望其它信息占用而使通道擁擠，影響調(diào)度的正常工作。所以直流設(shè)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(xiàn)場工作時使用，以及其它輔助系統(tǒng)如安全報警系統(tǒng)必要時使用。通常此通道是處于閑置狀態(tài)，但又是必設(shè)的，所以可以用它作為直流監(jiān)控系統(tǒng)的信息通道。

　　直流監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息量少，發(fā)送時占用通道時間短。這樣，可以在工作時撥通，占用通道，結(jié)束后掛掉，和其它系統(tǒng)分時地使用通道，從而保證各個系統(tǒng)的正常運行。

　　系統(tǒng)構(gòu)成

　　監(jiān)控中心計算機通過 modem 連入電話網(wǎng)。而監(jiān)控器也通過 modem 與電話網(wǎng)相連。雙方 modem 都可以相互呼叫對方，通過雙方 modem 和電話網(wǎng)建立通信鏈路，互傳信息。這樣，監(jiān)控中心計算機可以通過這個通信鏈路，采取各站監(jiān)控器的信息，發(fā)送控制命令，各站監(jiān)控器也可把每日定時運行數(shù)據(jù)和異常情況信息上報中心。系統(tǒng)包括3部分：監(jiān)控器是前置機系統(tǒng)，負(fù)責(zé)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、運行狀態(tài)的控制和信息的上送;監(jiān)控中心是后臺機系統(tǒng)，是基于 PC 機上運行的，它負(fù)責(zé)對所有變電站的監(jiān)控器發(fā)送命令，接收其運行數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)進行處理和分析;兩者之間的數(shù)據(jù)通信依靠 modem 和電話網(wǎng)建立。監(jiān)控中心和監(jiān)控器是一對多系統(tǒng)。[4]

　　監(jiān)控器設(shè)計

　　1.監(jiān)控器原理

　　監(jiān)控器是安裝在各變電站的一套系統(tǒng)，它采集各直流設(shè)備的運行狀態(tài)信息，對其進行控制，把各數(shù)據(jù)信息上送監(jiān)控中心和其它監(jiān)控單元。

　　監(jiān)控器用工控機設(shè)計，其I/O端口作輸入和輸出使用，它可直接從直流設(shè)備上采得測量量、狀態(tài)量以及蓄電池絕緣狀態(tài)等信息，也可以對直流設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)，如充電機的開關(guān)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(diào)度中心，把所有直流設(shè)備的運行信息通過 modem 經(jīng)電話網(wǎng)送到設(shè)備維護人員所在的監(jiān)控中心。

　　2.監(jiān)控器軟件設(shè)計

　　監(jiān)控器軟件由4個模塊組成：通信模塊，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，I/O 模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。

　　通信模塊的作用是為數(shù)據(jù)的傳輸作好通信的準(zhǔn)備，包括打開、關(guān)閉 modem 以及自動撥號的功能。軟件設(shè)置定時打開和關(guān)閉 modem，這使得本系統(tǒng)可以和其它如報警系統(tǒng)分時使用電話通道。自動撥號是在直流設(shè)備發(fā)生異常事件時，自動撥通監(jiān)控中心的 modem，向其發(fā)送相應(yīng)報警信息。

　　數(shù)據(jù)收發(fā)模塊主要負(fù)責(zé)通信鏈路建立后的數(shù)據(jù)收發(fā)事務(wù)。發(fā)送的數(shù)據(jù)包括：各直流設(shè)備當(dāng)時的運行信息;本監(jiān)控器存貯的24 h內(nèi)固定時間歷史數(shù)據(jù);24 h內(nèi)所有報警信息。接收的數(shù)據(jù)包括監(jiān)控中心的控制和調(diào)節(jié)命令等。

　　I/O模塊功能包括：提供監(jiān)控器的人機輸入界面，監(jiān)控器對各直流設(shè)備量的采集以及對其進行的控制。

　　數(shù)據(jù)處理模塊是監(jiān)控器的核心模塊，它一方面把 I/O 模塊取得的數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)設(shè)定的時間間隔把每日的數(shù)據(jù)存入庫中，以待數(shù)據(jù)收發(fā)模塊上送監(jiān)控中心。這些數(shù)據(jù)每日更新。另一方面，它把由收發(fā)模塊接收到的調(diào)控命令進行分析后，提供控制信息給 I/O 模塊使用。[4]

　　監(jiān)控中心設(shè)計

　　監(jiān)控中心是一臺微機，其上運行監(jiān)控中心后臺軟件。

　　監(jiān)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(nèi)直流設(shè)備進行遠方監(jiān)控的系統(tǒng)，它利用了站內(nèi)的電話通道，可以實現(xiàn)直流設(shè)備遠方監(jiān)控、直流設(shè)備運行歷史查詢和設(shè)備運行異常的情況上報等功能。當(dāng)廠、站部分通信模塊，數(shù)據(jù)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(jiān)控器的通信模塊功能相同，作用為撥通變電站的監(jiān)控器 modem，建立通信鏈路，向下發(fā)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(fā)，它僅僅根據(jù)通信的要求，撥通 modem，建立通信的鏈路即可。可送具體數(shù)據(jù)則與其無關(guān)，由主控軟件部分負(fù)責(zé)處理。

　　數(shù)據(jù)處理模塊兩個作用：一是形成各站的直流設(shè)備的信息庫;二是把每日采集來的各站的日數(shù)據(jù)整理入庫，形成所有變電站直流設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)庫。用戶可以根據(jù)實際情況，靈活地建立各個變電站及站內(nèi)所有直流設(shè)備的數(shù)據(jù)庫，靈活地維護所有站內(nèi)信息，維護后此系統(tǒng)自動存庫，靈活性強并且操作簡單方便。此外，各變電站監(jiān)控器每日定時把日數(shù)據(jù)上送監(jiān)控中心，后者在接收后根據(jù)各站名存入各自數(shù)據(jù)庫中，形成歷史庫，供報表打印系統(tǒng)查詢時使用。

　　主控軟件提供人機界面，是基于 Windows 95 操作系統(tǒng)的操作界面，用鼠標(biāo)和鍵盤對屏幕上的圖形進行操作。只要用鼠標(biāo)點取設(shè)備元件所對應(yīng)的圖元，就可以查詢和控制此設(shè)備，也可以用鍵盤輸入設(shè)備的參數(shù)達到對設(shè)備運行參數(shù)遠方調(diào)節(jié)的目的。維護人員對運行站內(nèi)設(shè)備的查詢和控制可以通過鼠標(biāo)和鍵盤實現(xiàn)。當(dāng)通信模塊建立通信鏈路后，它可以打開遠方送來的數(shù)據(jù)信息，顯示在屏幕上，并把這些數(shù)據(jù)交數(shù)據(jù)處理模塊處理。另外它也把操作者的控制命令以數(shù)據(jù)包的形式向遠方發(fā)送。它是本系統(tǒng)的核心。

　　報表打印模塊根據(jù)工作的需要，對數(shù)據(jù)處理模塊保存的歷史數(shù)據(jù)庫進行查詢，制作日報表、月報表和其它報表以及作出相應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線，供分析和查詢使用還有最后必須要檢查有沒有出錯。