基于配电站直流电源无线监测系统设计研究

胡梓新 陈卓昀 陈志成

摘要：电力系统的正常运行关系到千家万户，为了保证电力系统正常运行和各级用电安全，电力系统会采取许多设备，如：保护、控制、自动装置、事故照明等，这些设备通常都需要直流电源进行供电，直流电源的持续性和可靠性对电力系统的稳定安全运行起到至关重要的作用。配电站的直流电源系统是自动装置、继电保护、传感器运行的基本保证，持续可靠运行可以起到预防系统破坏、事故扩大、设备严重损失的重要作用。本文将介绍一种基于直流电源无线监测系统设计的适用于高低压开关柜的移动式操作电源，结合本发明背景、目的和技术方案来详细介绍其应用是优缺点，为电力系统配电站之流电源系统的正常运行略作优化。

关键词：配电站;站用电源;无线监测

引言：目前，随着电力电子技术的高速发展和电力用户需求的不断增长，智能电网日渐成为电网统一发展趋势，世界多数国家包括我国在内都在智能电网的发展上投入了大量的精力。电能供应的安全性和可靠性是是电力科研方面的主要项目之一，配电站又是智能电网的基础组成部分，作为电网的重要基础和支撑，有着至关重要的作用。站用电源系统是保护及自动化装置、站内通信电源、操作电源等一系列设备正常运行的重要前提，对直流配电站电源进行实时监测可以对配电站安全运行打下坚实基础。配电站中高低压开关柜的电动操作机构需要直流电源，但有的时候，开关柜本身的电源可能会发生故障，当供电所操作人员需要进行电柜的分合闸操作的时候，只能采用手动的方式，操作不够便利，同时存在较大的作业风险。所以我们以此为研究基础，重点介绍基于这个问题的一种新发明-适用于高低压开关柜的移动式操作电源。

一、配电站直流电源无线监测系统背景及意义

在信息时代，资源环境压力都逐步显示出各方面的压力，能源需求也不断增加，电力市场有了开拓式发展，随之用户对电能系统的可靠性和质量要求也在不断提高，电力行业有着前所未有的挑战和机遇，如何建立一个更加经济、安全、环保的电力系统成了电能公司的主要目标。配电站是电网的重要枢纽，也是电力系统的基础设施之一，电力系统的安全可靠运行要凭借配电站来发挥重要作用，对于智能电网也是一项不可或缺的战略基础设施支撑。

配电站的电源系统是各类站内通信装置、控制装置、自动化装置的电源主要提供者，可以保障配电站设备的正常可靠运行。一旦电源系统出现故障，则会给配电站甚至整个供电系统安全产生直接或间接影响，甚至严重会导致事故，因此我们必须提升电源系统电力配置，并且同时应加强自动化和安全方面的监测，及时查找漏洞进行修复提升。由于直流电源技术、信息采集元件、微端处理器等硬件设备终端和计算机软件技术、通信技术等日渐完善，数据的分析处理水平会越来越智能化，智能电站会成为电能时代发展的主要成果之一，也为电站自动化指引了方向。

二、配电站直流电源无线监测系统总体方案设计

变电站直流电源监测系统主要组部分是无线传感节点、在线监控中心、无线网络协调器三大部分组成。直流电源检测传感器节点对应各自的节点所对应的直流电源设备电压、电流、温度等进行实时监测，进而通过无线传感器等网络技术经无线网络协调其对数据实时送入在线监测中心平台系统，实现了系统的无线遥测。

2.1无线传感器节点设计

无线传感器节点分布网络是通过无线传感器网络部署到研究区域的，用于手机转发信息、协作完成指定任务。每个节点上运行的程序可以相同，但是具有唯一ID。无线传感器节点由无线电信模块、发射模块、传感器模块以及供电模块组成。

本系统针对的配电站之流电源设备进行了电压、温度、电流等几项参数的监测，相应的信号检测数据通过非接触传感器完成，直流电源设备得以实现实时监测，相应的各检测单元分别可以与无线收发核心模块导线连接将采集的信号送入到无线网络协调器中应用。

2.2无线传感协调器的设计

无线网络协调器主要负责收集接收各个系统无线传感器节点反馈回来的数据，并对此进行相关处理，之后无线发射送至在线监测中心平台，计算机进行处理，最后实现系统直流电源设备的实时远程监测。

2.3系统硬件组成部分

2.3.1温度监测单元设计，此单元主要采用数字温度湿度传感器，是一款含有校准数字信号输出的复合型传感器，它应用专用的数字模块采集温湿度数据，具有极高的可靠性和长期稳定性;电压电流监测电路设计，此系统设计可以为配电站直流电源设备电压电流监测提供非接触式实时传感处理。

2.3.2系统主要控制单元设计，针对变压直流设备中蓄电池组进行了监测实验，监测实验数据实时送至系统平台进行计算，然后界面进行结果显示，包含温度、电压、电流值。

三、适用于高低压开关柜的移动式操作电源的发明技术方案详述

文章之前部分介绍了配电站无线监测系统的总体设计方案与实现，但是对于高低电压开关柜的电动操需要直流电源，开关柜本身可能存在故障，导致后续操作工不够安全便利，产生作业风险，我们提出了如下技术发明方案来避免此类问题的出现。

3.1发明详述方案。采用电量检测模块进行采集电源电量数据，并将电源电量数据发送到主控模块。主控模块根据设定的电源电量最大阀值判断当时电源电量是否到达饱和状态;如果电源电量到达饱和状态，主控模块通讯控制开关模块，控制开关模块关闭充电电路，停止充电。主控模块根据设定的电源电量最小阀值判断当时电源电量是否到达最低状态;如果电源电量到达最低状态，主控模块通讯控制开关模块，控制开关模块关闭放电电路，停止放电。

3.2、本项技术发明的关键点和欲保护点阐释说明。一方面，此项适用于高低压开关柜的移动式操作电源设计有便携式的充电机构，可用于移动充电，一定程度上提升了电源的适应性和应用能力。另一方面，本项技术发明设计有防过充过放的保护回路，一旦在充电过程中超过设定值，移动电源会自动关闭充电电路，大大提高了安全性。

3.3、与现有的手动式分合闸操作直流电源电柜技术相比，本项适用于高低压开关柜的移动式操作电源发明的技术方案显示出以下优点：具有正负极核对的功能，可以防止正负极线路接错的失误。

本发明的目的是研发一种适用于高低压开关柜的移动式操作电源，可适用各类各种型号的高低压开关柜的电动操作机构。实现随时都能正常使用高低压柜，为操作人员降低手动作业的风险;同时该项发明产品也具有正负极核对功能，防止正负极线路接错的失误，再一次降低作业风险，提高运维安全水平。

四、结束语

本文从配电站直流电源无线监测系统设计研究出发，介绍了配电站直流电源无线监测系统背景及意义以及该系统的总体方案设计，在国家电网企业发展方向和能源趋势上，以及细节上的系统传感器及硬件部分做了技术上的详细阐释，也为本项技术发明--用于高低压开关柜的移动式操作电源作出了技术设计铺垫。本项技术发明可以解决长久以来高低电压开关柜直流电源可能发生故障，导致操作问题和风险的问题，同事因其同时具备正负极线路核对功能，可以有效防止线路错接等失误，能再次降低作业风险，提高了电网整体的运维安全水平，与国家智能电站发展方向一致，响应了建设更加经济、安全、环保的电力系统的号召。

参考文献：

[1]黃华勇，游步新，全智，等.  通信在线监视分析系统在智能变电站中的应用[J].  电力自动化设备.2011，31（4）：124-127.

[2] 张丰 ， 郭碧媛.  变电站智能操作票系统与程序化操作系统结合方式探讨 [J].  电力自动化设备.2010，30（12）：117-120.

[3]鲁东海 ， 孙纯军 ， 王晓虎 .  智能变电站站中在线监测系统设计[J].  电力自动化设备.2011，31（1）：134-137.

[4]丁明玲.基于Zigbee的无限通信传感网络关键技术[J]. 广东通信技术，2017，（12）：69-72