第ｌ６卷第６期 ２０１０年６月 水利科技与经济 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｖ０Ｉ＿１６ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２０１０ 微机直流测控技术在：ｒｌＣ．￣，ｚｌＥ调东线 一期泵站枢纽中的应用 严 蕾 ，张斌 ，洪琪。 ２５０００１；３．济南市历源实业有限公 （１．山东省水利勘测设计院，济南２５００１３；２．山东黄河勘测设计研究院，济南司，济南２５０００１） ［摘要］ 随着电力系统自动化水平的提高和无人值守变电站的普及，对直流系统电源自动化 水平的要求也越来越高。作为直流系统电源的控制、管理核心——微机直流系统测控装置，就 是为了满足电力系统对直流电源的这种要求，代替人对直流电源系统进行维护和管理，其具有 的四遥功能：“遥测、遥信、遥控、遥调”，及对蓄电池的智能化管理等功能，能够满足电力系统 对直流电源无人或少人值守的要求。 ［关键词］直流系统电源；自动化控制；微机直流系统测控装置 ［中图分类号］ＴＰ３９ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００６—７１７５（２０１０）０６—０６９７—０３ 灵活。以微处理器为核心的集散式测量系统对充电模 块、电池组、母线电压及母线对地绝缘情况，实施全方位 １ 工程概况 南水北调工程是解决我国 ￡方地区水资源严重短缺 问题的重大战略举措。东线第一期工程从江苏省扬州附 近的长江下游干流取水，基本沿京杭运河向北送水，给黄 淮海平原东部和山东半岛补充水源。第一期工程首先调 水到山东半岛和鲁北地区，供水目标是补充沿线城市的 监视、测量、控制。 （１）测控装置采用模块化结构设计思想，每部分承担 相对独立的工作，不影响其它部分的工作：①提高了系统 的可靠性；②使得系统便于维护管理。 （２）主处理器采用３２位ＭＣＵ，多任务嵌入式操作系 统，多处理器协同工作，提高系统的运行效率。 生活、工业和环境用水，并兼顾农业和其它用水。 黄水河泵站为山东省胶东地区引黄调水工程新建七 级泵站中的第五级泵站。泵站共装设１０台机组，２台备 用。其中６台Ｔ １ ９００—８型１ ９００ ｋＷ为同步电动机、４台 Ｙ １ ９００—８型１ ９００ ｋＷ为异步电动机，电机额定电压均为 １０ ｋＶ。采用３５ ｋＶ电源进线两回。选择３台主变，其中 １Ｂ、２Ｂ主变容量为１６ ０００ ｋＶＡ，变比为３５／１０．５ ｋＶ，接线 采用联合扩大单元方式，３５ ｋＶ和１０ ｋＶ母线均为单母线分 段，水泵电机及４２Ｂ站变从１０ ｋＶⅡ、Ⅲ母线引接。另设 一（３）开关量输入单元集成在监控装置内部，共ｌ５路， 超过１５路，则增加开关量输入模块，其采用独立ＣＰＵ处 理，光电隔离，极大地减少了输入信号误报的可能，对事 件处理迅速、实时、准确，增强了系统的可靠性并便于维 护管理。 （４）开关量输出单元集成在监控装置内部，共７路， 大容量ＤＣ ２４ Ｖ继电器，确保驱动能力，可直接控制ＤＣ ２２０ Ｖ直流量。 台主变３Ｂ，容量为１ ｏｏｏ ｋＶＡ，变比为３５／１０．５ ｋＶ， 在副厂房保护室设置程控高频开关直流屏，屏数为２ （５）新型人机接口，触摸屏输入及菜单式设计，大屏 幕点阵式液晶显示器，全汉字显示，操作简便，便于学习； ３５ ｋＶ侧与１Ｂ主变同接于３５ ｋＶ Ｉ段母线。 并具有强大的在线帮助功能和组态功能，用户使用无后 顾之忧；单片机控制触摸屏输入，新型直观，基本实现触 摸“零”等待，极大地方便了操作和维护。 （６）各种实时数据、信息状态和告警信息的显示直 观、明了，可使用户及时、准确地掌握电源系统的运行状 况。 块，直流电压为２２０伏，免维护蓄电池组为６５ Ａ时，作为泵 站及变电所的直流操作电源。 为满足整个泵站的自动化要求，采用微机直流系统 测控装置，作为直流系统电源的控制。 ２ 系统的性能及特点 整个直流系统采用分散测量及控制，集中管理的集 散模式，这种设计思想使系统组成层次分明，扩容方便、 （７）整个测控装置采用硬件看门狗监视软件的运行， 同时软件设计采用了软件陷阱、运行数据多级单元存储 等多种抗干扰技术，保证系统运行的可靠性和存储数据 ［收稿１５ｔ期］２０１０—０１—１４ ［作者简介］严蕾（１９７１一），女（满族），河南信阳人，高级工程师，工学学士，研究方向为水电工程及自动控制；张 斌（１９７４一），男，河南焦作人，工程师，工学学士；洪琪（１９７３一），男，山东惠民人，工程师，工学学士． ．－－－——６９７－－－－—— 第ｌ６卷第６期 ２０１０年６月 水利科技与经济 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｖｏ１．１６ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２０１０ 囤国后 的不嚣（）８ 流系 直流系统测控模块提供 一ＲＳ ２ 、３２ ＲＳ ４一 和８５ Ｒ ３Ｓ ／装置结构及组成原理 ＇ — ～“ Ｊ、 一４２２多种通讯方式与上位机进行通讯。 （９）具有在线诊断和自恢复能力。 ３．１ 原理框图 原理框图见图１。 图１原理框图 ３．２装置功能 ３．２．１硬件功能 ３．２．１．１人机接口 测控模块前面板上方有两个指示灯和一个复位键， 一非常容易和灵活，各串口隔离电压均可达到ＤＣ １ ０００ Ｖ。 ３．２．２软件功能 ３．２．２，１显示功能 测控模块可实时显示各个下级设备的各种信息，包 括采集数据、设置数据等；通过监控装置的触摸板和 个用来指示装置的运行状态，另一个用于指示后台通 讯状况；下方有指示灯，分别用于指示监控模块运行过程 中６类异常状况的发生情况，如果系统发生异常，对应红 ＬＣＤ，可以随时查看整个直流系统的运行状况，如系统母 线电压、整流器参数（电压、电流）、电池参数（电压、电流、 色指示灯将点亮，同时模块内的蜂呜器会发出告警声：液 晶显示一屏可显示１５×２０个汉字，可视化对比调节，屏幕 温度、容量）、绝缘电阻（母线正负对地电阻）、电池单体电 压、交流电压，测控模块与各个上级或下级设备的通讯数 据内容及各种实时和历史记录数据的详细内容等。 ３．２．２．２设置功能 保护时间调节，当在设置保护时问之内不点击屏幕时，背 光等将自动熄灭，以节能并延长其使用寿命，同时保护后 点击屏幕任意一点时均能使背光灯重新点亮；触摸屏处 理由一片８９ｃ５１单片机来进行控制，该８９ｃ５１不停地扫描 触摸屏是否有按下，如有按下便将采集的电压值转换为 坐标后以通讯的方式上送给主处理器，保证了触摸按点 设置功能包括出厂参数设定、工程组态、维护参数设 定，通过触摸板和ＬＣＤ，可将测控装置或各个下级模块运 行中需要的参数输入到系统中，进入设置时有密码保护， 维护级密码用户在线可以自行修改。出厂设定和工程组 态是核心的、重要的参数，具体设置内容包括：系统运行 保护参数、各下级运行设备的相关通讯参数等，工程组态 包括开入量组态、开出量组态、模入量组态及后台通讯组 的“零”等待得以实现。 ３．２．１．２扩展存储器 采用多级存储，即将主控运行程序、基本配置数据文 件等固化于３２位ＭＣＵ自带的ＦＬＡＳＨ内，将运行时需要 态，维护设置包括智能化电池管理参数、报警保护值参 数、后台通讯参数、各串口波特率、液晶保护参数等设置， 对于后台通讯参数和串口波特率参数；另外对于以上参 数的输入，系统增加了一项富有特色的功能：输人有效性 实时保存的信息存放于另行扩展的一片ＮＶＲＡＭ内，这样 就保证了运行数据的存储可靠，不丢失，增加了系统的可 靠性和稳定运行。 ３．２．１．３通信扩展电路 通过主ＭＣＵ的总线由ＵＡＲＴ芯片扩展出４个ｒＩＴＩ１Ｌ电 检查，即对所有的输入值都进行了合适的值域检查，一方 面对产品的用户友好性、可操作性、可抗毁性等各方面都 有较大的好处，另一方面防止误操作时导致系统出现令 人难以预料的后果。 平的非隔离串行１：３及主ＭＣＵ自带的３个串口经高速光电 隔离器及通信物理接口芯片扩展出７个串口。可以方便 地扩充下级设备，及与多台上位机通信，使系统扩容变的 ．．．——６９８．．．—— 严 蕾，等：微机直流测控技术在南水北调东线一期泵站枢纽中的应用 ３．２．２．３告警功能 第６期 路器脱扣，单体电压异常，母线过压等状态，如果都正常 才允许启动均充。 （１）启动均充条件１：整流器处于限流状态，并持续一 定时间，测控装置会自动控制整流器启动均充。 （２）启动均充条件２：用户可在系统维护的“电池维 护”中，设置是否投入定时均充，如果设置为“是”，并设定 当直流系统某些信号出现异常时，开入量采集单元 就会立即将相应的信号通过１０口传给主ＣＰＵ，当变送器 模块上送给测控模块的某些量越限时，测控模块也会自 动进行判断，产生相应的声音告警，自动弹出相应的报警 窗口。此时立即将该报警存为历史记录，可通过触摸板 和ＬＣＤ查看报警类型及详细的报警名称和起始时间，并 定时均充时间，监控模块就会在浮充或放电状态运行时 且ＣＰＵ通过１０口立即控制相应的继电器输出动作；系统 共分６类告警，每类告警可分别对应开出模块中任意一个 继电器（可通过组态实现）的输出接点。 ３．２．２．４控制功能 控制功能是测控模块通过触摸板和ＬＣＤ设置电池组 的运行方式为“手动”或“自动”。在“自动”运行方式下， 测控装置可自动完成蓄电池智能化管理的所有功能；在 “手动”运行方式下，用户可通过菜单控制整流器进行均 充、浮充运行或控制整流器进行开关机。建议用户在正 式投入运行时，设置测控装置工作在“自动”运行方式。 ３．２．２．５通讯功能 系统大部分的实时数据和控制数据都通过通讯来获 取和下发，同时系统上送给上位机的“遥测”和“遥信”数 自动计算运行时间，以便确定在何时控制整流器启动均 充。 （３）转浮充条件１：当整流器处于均充运行状态时， 如果均充运行时间大于均充时间设定值时，监控模块会 自动控制整流器转入浮充状态。 （４）转浮充条件２：当整流器处于均充运行状态时， 如果电池组容量已经达到额定容量时，此时如果电池组 充电电流值持续到设定时间都小于设定值时，监控模块 也会自动控制整流器转入浮充状态。 （５）温度补偿功能：当电池组的温度补偿设置中设置 为有温度补偿且模入组态有温度采样时，如果温度变化 超过５℃时，监控模块会自动计算当前电池组的实际下发 均浮充电压值，并对相应的整流器输出电压值进行调整。 据及上位机下发的“遥调”和“遥控”命令均通过通讯来实 现。通讯功能采用了中断技术，确保了测控模块获取数 据的实时性和在最短的时问内响应上位机的请求。 ３．２．２．６组态功能 （６）转换功能：当人工从手动运行改为自动运行状态 时，监控模块会自动计算电池组的实际浮充或均充电压 值，对相应的整流器输出电压值进行调整。 （７）限流调整功能：均充或浮充运行状态（自动或手 动均可）下，用户可以根据实际工程修改电池组参数设置 系统中所配备的各个设备的个数、母线段数、整流器 组数及电池组数都可以组态，尤其是各个模拟量和信号 量的工程组态，更能体现这一特色，同时与以上各设备数 相关的其它设置及显示都可以根据相应的修改动态变化 （浮动菜单技术），这样给用户的感觉就象是专为其设计 的系统，充分体现了系统的灵活性和易扩性。 ３．２．２．７蓄电池智能化管理 电池组在直流系统中非常重要，如何维护和管理是 中的充电限流值，监控装置可以自动下发给定限流值到 限流板，限流板会在以后的运行过程中自动检测电池组 的实时电流值进行有条件的限流。 ● ●＇ ｌ一 ４ 结 倍 随着电力系统自动化水平的提高，现代的水利工程 在多方面采用了微机自动化控制，包括微机继电保护等， 相应的作为整个系统中的重要部分——直流操作电源， 对其自动化水平的要求也越来越高。南水北调工程作为 国家重点工程，在其直流系统中采用了——微机直流系 统测控装置，作为直流系统电源的控制、管理核心，就是 为了满足电力系统对直流电源的这种要求，代替人对直 人们一直关注的一个问题，随着计算机技术的普及，智能 化管理在蓄电池中得到很好的应用。本系统独有“蓄电 池管理专家系统”，只需输入电池类型、数量、容量便可完 成对蓄电池的参数设置（亦可根据用户要求更改），实时 自动监测蓄电池的端电压、充放电电流、环境温度，根据 相应的条件调节整流器的输出电压，来维持合适的电池 电压，防止电池过充、欠充，从而延长电池使用寿命，保证 流电源系统进行维护和管理，其具有的四遥功能：“遥测、 遥信、遥控、遥调”，及对蓄电池的智能化管理等功能，能 够满足电力系统对直流电源无人或少人值守的要求。 蓄电池的可靠性。并具有电池过欠压等功能，还具有根 据实时温度来调整整流器输出电压和根据蓄电池充放电 流来调节整流器的输出电压等功能。 ［参考文献］ ［１］能源部西北电力设计院．电力工程电气设计手册 （电气二次部分）［Ｋ］．北京：水利电力出版社， １９９０．２６５—３１４． 蓄电池智能化管理启动条件： 首先必须确定电池组运行在“自动”状态下，当启动 均充的所有条件中任一条件满足时，监控模块先检测直 流系统的相关参数，具体包括控制母线是否过压，电池组 开路或短路，电池组严重欠压，电池组熔丝断，电池组断 （编辑：赵琳琳） ．．．——６９９．．－——