陈晓辉 靳生鹏
国家电网青海省电力公司检修公司青南换流站 青海省海南州 813000
摘要：直流电源系统运行的安全性和可靠性就关系到电力系统中输变电设备的安全可靠运行。将深入研宄直流电源系统中常见故障类型及其成因、现象、危害，进而从预防的角度，在直流电源系统的日常运维中，采取可靠手段，及时发现各类安全隐患并采取措施予以处理，将变电站直流电源系统运维从事后处理转变为事故前的预防。
关键词：变电站；直流电源系统；运维管理
1直流系统运维现状
20世纪80年代，我国电网中变电站直流电源系统发展滞后，设备可靠性较低，电力线路安全、稳定运行难以保障。经过数十年发展，直流电源行业逐步制定并完善了相关标准。尤其是近些年来，电力系统可靠性逐步提髙，产生了巨大的经济和社会贡献，直流电源系统功不可没。分析国内电网中变电站直流电源系统的运行情况，仍存在以下问题。一是直流电源系统在线监测装置的原理分析不清晰，设计思路不明确。二是直流电源监测系统功能集成有待改善，市面上的监察装置没有明确的设计功能规范，功能千差万别。三是蓄电池组的巡检及其在线监测长期被忽视，蓄电池没有有效监控。四是变电站直流系统安全设计不到位。针对某供电公司对变电站直流电源系统的运行维护管理工作，蓄电池脱离直流母线运行、断路器上下级级差配合不符合要求、开关类型及运行位置不正确等重大安全隐患无法做到提前诊断预警，致使隐患点难以排查处理，在发生交流失电或负载短路时极易导致事故扩大，严重时将会造成变电站全站停电。并且存在对交流窜入直流系统的监测漏洞，缺少故障分析、事故后检测等有效的分析处理手段。因此在拥有庞大数据的变电站直流电源运行环境中，迫切的需要构建一套变电站直流电源系统智能监控管理的完整体系，实现对直流电源系统运行中的蓄电池组、充电装置、断路器状态及级差配合要求、绝缘状况等进行全方位的故障预测、动态评估、状态评价和运行风险评估，解决直流电源系统运行及维护过程中存在的各种问题，为变电站安全运行提供可靠的直流电源。通过对变电站直流电源系统运行数据的全面监测，包括对蓄电池的运行电压、电流、温度、内阻等参数的在线监测，对高频开关电源的输入输出电压、电流、温度的监测，对直流系统绝缘状况的监测，对直流馈线状态的监测，可以对直流系统的各个模块进行有效监控，并可通过全面综合分析，建立直流电源系统状态评估模型，对直流电源的运行状态进行正确评价，为变电站安全运行提供保障。
2直流电源运维管理系统的硬件设计方案
2.1监控终端硬件电路的总体设计方案
硬件电路整体结构主要包含控制电路，电池电压、电流、内阻检测电路，温度检测电路，母线电压检测电路，馈线电流检测电路，终端显示电路以及电源电路。变电站直流电源监控系统采用STM32F407ZGT6芯片为控制核心，连接晶振、复位和下载等外围电路。通过控制和采集电路实现数据采集、数据预处理、数据显示、通信等功能。
2.2控制单元电路设计
控制单元以STM32F407ZGT6构成控制核心，完成监控系统的数据采集、处理。芯片通过无线通信模块实现与液晶触摸屏的交互，方便终端维护人员进行巡检与操作。STM32F407ZGT6控制系统电路包括复位电路、晶振电路、程序下载接口等。STM32F407ZGT6的晶振电路采用8MHz和32.768kHz的晶体振荡器，系统默认8MHz的时钟源，将两个20pF的电容与8MHz的晶振并联，与1MΩ电阻串联组成系统主要时钟电路。为了保证单片机在工作异常时能够实现“重启”，需要设计单片机的复位电路。设计阻容复位电路实现系统复位功能。复位电路由复位开关与对地祸合电容并联，最后串联10kΩ限流电阻组成。对地耦合电容实现按键消抖，确保按键准确性，限流电阻防止过大电流击穿芯片。芯片正常工作时，按键断开，通过10kΩ限流电阻将NRST引脚上拉至高电平；芯片需复位操作时，按下按键，NRST被强制拉低至低电平，芯片开始复位重启。
STM32F407ZGT6芯片支持SWD和JTAG下载方式。借助ST-LINK和JLINK等调试器完成芯片软件程序的烧写、调试功能。但JTAG下载方式接线较麻烦，故采用SWD下载方式，由SWCLK,SWDIO,GND以及电源引脚组成。为了实现对变电站直流电源监控系统人机交互功能，设计采用液晶触摸屏作为人机交互终端，通过STM32F407ZGT6与DGUS屏进行串口通信，可以实现各种状态数据的显示功能，同时也可以通过DGUS屏实现对终端的控制等。
3直流电源运维管理系统的软件设计
变电站直流电源监控系统主要对变电站内的直流电源系统的运行状况进行监控，当出现异常情况时能够及时进行预警以便运行维护人员进行检修，避免大规模停电事故的发生。因此系统的监控实时性和可靠性要求较高，而传统的前后台系统一般为自上而下地运行程序，且中断响应时间等都会影响整体的运行速度，采用嵌入式实时操作系统则可以避免这一现象。采用嵌入式实时操作系统可以降低系统的响应延迟，保证优先级最高的任务被首先执行。μC/OS-III是一个可剥夺型的内核，主要运行当前就绪的任务中优先级最高的，这样可以保证优先级最高的如故障报警等任务能够第一时间被执行，从而能够及时通知运行维护人员对变电站内的直流电源系统进行维护与检修。软件设计以嵌入式实时操作系统μC/OS-III为核心，核心程序主要包括蓄电池组温度检测、单节电池电压检测任务、电池回路电流检测任务、母线电压检测任务、馈线电流检测任务、液晶屏通信任务、数据分析处理任务。通过软件程序可以设置各个任务的优先级，从而保证有异常情况发生时系统可以及时做出预警或显示，从而可以方便运维人员进行检修。通过下述子程序可以实现对蓄电池组电压电流以及温度的检测，同时还可以采用液晶显示屏对数据进行显示，方便维护人员查看。下面对各个程序进行介绍。
4变电站直流电源系统运维管理总结
蓄电池组是直流电源系统的核心部分，其性能的优劣及运行状态的稳定直接影响着直流电源系统的稳定性。系统对地绝缘的变化，尤其是系统发生两点接地故障时，极易造成保护设备的误动或拒动。蓄电池等设备的故障会造成整个直流电源系统运行的异常。鉴于目前直流电源系统在线监测维护手段仍然比较落后，难以保障系统隐患在第一时间被发现，因此迫切需要完善直流电源系统的运维监控手段，辅助运维人员更好的对变电站直流电源系统的运行进行维护。通过完善设备的状态监测，对变电站直流电源系统运行数据的全面预警。具体包括蓄电池的运行电压、电流、温度、内阻等参数的在线监测，高频开关电源的输入输出电压、电流、温度的在线监测，直流系统绝缘状况、直流馈线状态的在线监测。通过对这些独立模块进好有效监控，结合人工智能及大数据的应用实现对直流电源系统状态的全面综合分析，建立直流电源系统状态评估模型，就可对直流电源的运行状态进行正确评价。及时发现并解决直流电源系统运行中的安全隐患，指导变电站直流系统的维护工作，以专业、安全、可靠的直流系统维护设备、方案及保护手段，做到有的放矢，提高维护效率，降低维护成本和劳动强度，为变电站安全运行提供保障。
5结束语
第三代智能变电站建设的推进，对站内直流电源系统的建设提出更新更高的要求，主要是加强对主设备的全面监控及状态的智能分析，这体现在集成化管理、
智能化诊断、自动化维护、全面化展示四个方面。实现这四个方面功能的新型智能直流电源系统必将为变电站安全稳定运行奠定坚实基础。
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