电力操作电源智能电池巡检系统的设计

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1 引言

  电力操作电源监测系统是随着电力系统自动化运行而产生的,该系统可以对变电站中的交流供电电源、直流控制电源、备用操作电源以及开关状态等进行参数监测、故障报警等操作。从而及时地发现电力系统的异常情况,提前做好防范以保证电力系统连续可靠地运行。同时,当电力系统出现故障时为继电器以及断路器等二次设备提供备用操作电源,对设备进行保护。

  电池巡检仪是备用电源的检测装置,主要的功能是对单体电池的电压、温度、容量等参数进行检测,提供充电控制以及故障报警等功能,从而可以合理地控制电池,延长电池使用寿命,提高系统的可靠性。

  电源监控系统起步于80年代末,当时它只能监控一个独立的直流供电系统或一个局(站),且电源监控水平不高,可靠性较低。90年代以后尤其是近几年来,伴随着计算机、通信技术的迅猛发展和电源装备水平的提高,电源监控也逐渐成熟起来,发展到可以监控多回路甚至是多个系统。

  电力操作电源监控系统配合合理的控制器,通过控制高压断路器以及其他的继电器设备,可以完全实现电力系统的安全运行和自动调度,从而满足现代化电力调度的需要。

  2 系统总体设计方案

  此电源管理仪器主要用于中小型变电站的操作电源以及备用电源的监测和管理,为了更好的节约备用电池的能源,选择低功耗的MSP430F149微控制器作为设备的处理器。

  2.1 采样模块

  交流模块采用ATT7022B交流三相电能计量器件处理交流部分的有功功率、无功功率、谐波、电压、电流等参数。ATT7022B价格比较便宜,而且具有SPI(serial peripheral interface,串行外围设备接口)接口,能够方便地与MSP430F149单片机进行通信。

  开关量监控,包括交流断路器分合闸状态(主、备用电源共两路)、交流控制电源8路、直流断路器的分合状态。

  直流量监控,包括环境温度、电池温度、单片机温度、单体电池电压、直流合闸电源2路、操作电压和合闸电流。

  2.2 人机接口模块

  键盘是主要的输入来源。为了节约成本,系统采用扫描方式实现矩阵键盘,采用中文液晶显示。

  2.3 通信模块

  由于单片机内具有UART,因此采用RS-232串行通信方式实现与上位机的通信。为了实现与上位机电平匹配,采用SP3220E作为接口电平转换器。设备的工艺流程如图1所示。

设备的工艺流程

  
       根据图1,由交流电压到直流电压的顺序介绍系统的工艺过程。

  蓄电池组管理。整流后的电压一般高于蓄电池组电压以供电池组充电,当其用于工作电源时,可通过二极管对其进行降压,K1、K2等开关用于选择降压值,其通断由处理器控制,处理器对电池组中单个电池状况进行巡回检测,实时反应电池的使用状态,便于及时了解电池状况。

  交流参数检测。系统采用专用的电能计量器件ATT7022B对交流电网的电压、电流、有功功率、功率因数、谐波等参数进行检测,并通过该器件自带的SPI接口与单片机相连。

  管理系统与上位机以串行方式通信。上位机可对此系统进行检测,并能修改控制参数,从而实现遥测、遥信、遥控、遥调等四种遥控功能。

  设备的硬件原理结构如图2所示。其主要功能模块包括:

设备硬件原理图