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摘要：随着电力体制改革的深入，对电网运行的安全性、可靠性、稳定性及管理水平的要求不断提高，传统的有人值守变电站已不能满足社会的需求，电力系统变电站正朝着数字化、无人值守型方向发展，而直流电源系统自身的远程在线监控却无完善的实施方案和技术手段，使得变电站总体自动化水平受到影响，同时也给电网安全运行留下隐患。
关键词：直流电源；远程监控；系统设计
一、直流电源运行及维护管理现状
现阶段，变电站直流系统已普遍采用高频开关电源充电模块及阀控式密封铅酸蓄电池。高频开关电源模块具有体积小、重量轻、噪声低、稳压精度高、纹波系数小、配置灵活的特点，蓄电池密封好、无泄漏、无污染、放电性能好、无须加酸加水、维护量小。直流电源系统通过监控串口与变电站后台实现通讯，可在调度端实现对直流系统的“三遥”；但调度中心只能通过远动通道获取直流系统少量的重要信息，而不能反映直流系统的详细运行情况，无法及时了解现场直流设备和蓄电池组的工作状态、运行性能。目前，直流系统的维护只是对充电设备进行巡检、对蓄电池组进行日常维护和年度放电核对容量。由于电池参数、外部环境及单体自放电的差异，使得蓄电池组各单体电池的电压实际并不均衡，造成蓄电池组中某些单体蓄电池出现过充或欠充，缩短了蓄电池组的使用寿命。因此实现蓄电池组遥控放电和在线均衡，提高蓄电池维护效率、延长使用寿命，将分散的直流电源信息由人工巡检变为实时检测，对直流系统实施远程监控、满足智能电网的要求，是直流电源系统的重要发展方向。
二、直流电源远程监控系统的功能及作用
直流电源远程监控及维护系统利用分布在各变电站的站端装置、中心服务器和通讯网络，可实现以下主要功能：①远程采集各变电站直流系统所有运行参数进行在线检测。②远程在线进行蓄电池内阻测试及核对性放电试验。内阻测试采用分段式直流放电法，不向系统注入任何信号，无需电池组脱离系统；通过切换母线状态或电池虚脱机进行核对性放电试验，既实现了远程遥控放电，又保证了母线供电的连续性。③实现了运行中蓄电池组在线自主均衡。在线自主均衡按照间歇式低充高放，优先充电的双闭环控制原则，均充时只充不放，浮充时低充高放，使蓄电池组中每节电池都工作在最佳运行状态，从而延长电池正常使用寿命并提高直流系统运行安全性。
三、直流电源远程监控系统组网方案与设计
1本地监控装置功能及安装
本地监控装置负责本地数据的存储、显示、设置、查询、报警等，完成各种人机界面操作，同时通过光纤局域网端口或光端机空余串口将采集到的信息传送到数据中心服务器及远程监控终端，并接受远程监控终端的控制。
本地监控装置通过（专用协议转换器）连接原直流电源主监控装置。①通过电池均衡采集子系统采集电池组电压及电流、单体电池电压及内阻，控制实现蓄电池在线均衡；②通过电池智能放电子系统完成母线状态切换、电池虚脱机、蓄电池恒流放电，并采取多种软硬件保护措施防止电池过放，保证放电过程的安全；③通过馈线开关量采集子系统采集各馈线支路开关的合/分位置及脱扣状况；④通过与直流电源主监控装置通讯采集母线电压、电流、绝缘监察及充电机运行状况等直流电源数据，控制充电机状态转换及参数修改。
近几年，部分地区实际现场无本地监控，可以直接将相关数据送至数据中心服务器终端，提供各工作站平台进行数据监控。
2通信连接方式
目前，监控系统主要采用2M独立光纤，建设独立服务器并有搭建相关工作站和监控平台。采用供电通信电源接线，每段母线上配置一套电源模块。当两个模块发生故障时，对通信负荷供电的影响也很小，只有在一套电源模块退出检修而通信负荷又处于最大负荷运行时，需要适当减少通信负荷。而在工程实际应用中，整套装置故障的概率极低，因而配置两套电源模块对通信设备供电，可以满足通信设备的要求。
3电池均衡采集子系统组成及控制
电池均衡采集子系统由一个电源模块和多个均衡采集模块组成，采用下放式安装结构，利用总线构成传感器网络，与本地监控装置通讯。其中，电源模块采集蓄电池组电压、电流，并为其他均衡采集模块提供工作及均衡充电电源；均衡采集模块集电池均衡和电压、内阻检测为一体，每个模块可实时采集电池的电压、温度，采用分段式直流放电法在线测量内阻，同时按间歇式低充高放、优先充电的双闭环控制原则，当单只电池电压与电池平均电压差大于整定值时，实时启动均衡模块，使电压高的电池放电、电压低的电池充电，达到电池电压的均衡，从而延长电池正常使用寿命并提高直流系统运行安全性。接线采用可插拔端子，方便接线和维护操作，带有自恢复保险丝不会烧毁模块和导致短路，使系统维护风险降低到最低。
4电池智能放电子系统运行及维护
蓄电池组核对放电试验是电池维护的重要内容。对新安装的阀控密封蓄电池组，应进行全核对性放电试验；以后每隔3年进行一次核对性放电试验；运行6年后的蓄电池组每年做一次核对性放电试验。电池智能放电子系统是直流电源远程监控及维护系统的重要组成部分，负责蓄电池就地或远程核对性放电试验，由电动操作机构、直流接触器和放电装置构成。
（1）单母线分段直流系统。有两套直流设备，在按规定进行定期试验时，需进行直流倒方式操作，将试验的一套直流设备退出运行，由另一套直流设备带两段直流母线；对试验的蓄电池组进行全核对性放电。通过对各开关的操作，可就地或远程实现蓄电池核对性放电试验。以某电池组为例具体放电控制过程为例，在本地监控装置的控制流程如图1，首先操作闭合①母联开关、断开②联机开关，切换运行方式，两段母线并列运行，由充电机蓄电池供给全部直流负荷，再断开④充电机开关、闭合⑥放电开关，完成蓄电池脱离系统并接通放电回路。放电装置采用脉宽调制方式以实现恒流放电，在放电过程中实时监视电池组电压、单体电压、放电时间、放电容量等保护值参数，满足任一放电终止条件或出现异常情况时，立即停止放电，断开⑥放电开关、闭合④充电机开关，对该蓄电池进行充电，均充完成后，闭合②联机 （2）单组蓄电池直流系统。只有一组蓄电池，不能退出运行，也不能作全核对性放电，只能用电流恒流放出额定容量的50%。通过操作，可就地或远程实现蓄电池核对性放电试验。
5馈线开关量采集子系统
馈线开关量采集子系统主要用于采集母线及各馈线开关合/分位置和脱扣状态，由若干个开关量采集模块组成，利用总线与本地监控装置通讯，每个模块可同时监测开关量，每路开关量均通过光电隔离，抗干扰性强，采用下放式安装结构，方便接线和维护。
6充电机通讯子系统
充电机通讯子系统通过接口连接原直流电源主监控装置，支持
多种通讯规约，采集母线电压、电流、绝缘监察及充电机运行状况等直流电源数据，控制充电机状态转换及参数修改。
6数据中心服务器
数据中心服务器安装于通讯机房，通过光纤局域网负责与每个变电站的本地监控装置通信，接收其发来的所有数据并对数据进行处理、分析，分发信息到局域网上的各个远程监控终端；并存储每个子站发来的报警数据和需要保存的历史数据，建立各子站直流电源装置台帐，可查询、更改每个装置的设置。
7 远程监控终端
各个远程监控终端在局域网上可浏览各个变电站直流系统所有信息，设置每个变电站的直流系统模拟图，并可在模拟图上直接显示母线电压、电流，电池电压、电流，馈线空开的运行状态及绝缘监察等实时和历史信息；可根据各自权限，对任一变电站直流系统信息及参数进行更改设置，查看和远程更改现场采集模块的相关设置，并提供母线状态切换、蓄电池放电、电池均衡等相关远程控制；具有完善的告警功能，可根据告警性质自动分级，以告警窗、声光、语音、短消息、邮件等多种方式告警，保证系统所有重要告警都能被及时发现。
总结
（1）目前变电站直流电源系统的运行维护管理现状还比较落后，无法满足智能电网及数字化变电站的要求，为此以上提出了一种变电站直流电源远程监控及维护系统的设计方案，论述了系统的组成结构、总体功能及组成部分，可供实践。
（2）从实际应用情况看，该系统实现了变电站直流电源设备的远程监控和维护，可实时掌握直流系统的运行状况，节省了大量的人力、物力，提高了维护效率，增强了直流电源及电力系统运行的安全性，具有良好的工程实用性。
关键词：直流电源；远程监控；系统设计
一、直流电源运行及维护管理现状
现阶段，变电站直流系统已普遍采用高频开关电源充电模块及阀控式密封铅酸蓄电池。高频开关电源模块具有体积小、重量轻、噪声低、稳压精度高、纹波系数小、配置灵活的特点，蓄电池密封好、无泄漏、无污染、放电性能好、无须加酸加水、维护量小。直流电源系统通过监控串口与变电站后台实现通讯，可在调度端实现对直流系统的“三遥”；但调度中心只能通过远动通道获取直流系统少量的重要信息，而不能反映直流系统的详细运行情况，无法及时了解现场直流设备和蓄电池组的工作状态、运行性能。目前，直流系统的维护只是对充电设备进行巡检、对蓄电池组进行日常维护和年度放电核对容量。由于电池参数、外部环境及单体自放电的差异，使得蓄电池组各单体电池的电压实际并不均衡，造成蓄电池组中某些单体蓄电池出现过充或欠充，缩短了蓄电池组的使用寿命。因此实现蓄电池组遥控放电和在线均衡，提高蓄电池维护效率、延长使用寿命，将分散的直流电源信息由人工巡检变为实时检测，对直流系统实施远程监控、满足智能电网的要求，是直流电源系统的重要发展方向。
二、直流电源远程监控系统的功能及作用
直流电源远程监控及维护系统利用分布在各变电站的站端装置、中心服务器和通讯网络，可实现以下主要功能：①远程采集各变电站直流系统所有运行参数进行在线检测。②远程在线进行蓄电池内阻测试及核对性放电试验。内阻测试采用分段式直流放电法，不向系统注入任何信号，无需电池组脱离系统；通过切换母线状态或电池虚脱机进行核对性放电试验，既实现了远程遥控放电，又保证了母线供电的连续性。③实现了运行中蓄电池组在线自主均衡。在线自主均衡按照间歇式低充高放，优先充电的双闭环控制原则，均充时只充不放，浮充时低充高放，使蓄电池组中每节电池都工作在最佳运行状态，从而延长电池正常使用寿命并提高直流系统运行安全性。
三、直流电源远程监控系统组网方案与设计
1本地监控装置功能及安装
本地监控装置负责本地数据的存储、显示、设置、查询、报警等，完成各种人机界面操作，同时通过光纤局域网端口或光端机空余串口将采集到的信息传送到数据中心服务器及远程监控终端，并接受远程监控终端的控制。
本地监控装置通过（专用协议转换器）连接原直流电源主监控装置。①通过电池均衡采集子系统采集电池组电压及电流、单体电池电压及内阻，控制实现蓄电池在线均衡；②通过电池智能放电子系统完成母线状态切换、电池虚脱机、蓄电池恒流放电，并采取多种软硬件保护措施防止电池过放，保证放电过程的安全；③通过馈线开关量采集子系统采集各馈线支路开关的合/分位置及脱扣状况；④通过与直流电源主监控装置通讯采集母线电压、电流、绝缘监察及充电机运行状况等直流电源数据，控制充电机状态转换及参数修改。
近几年，部分地区实际现场无本地监控，可以直接将相关数据送至数据中心服务器终端，提供各工作站平台进行数据监控。
2通信连接方式
目前，监控系统主要采用2M独立光纤，建设独立服务器并有搭建相关工作站和监控平台。采用供电通信电源接线，每段母线上配置一套电源模块。当两个模块发生故障时，对通信负荷供电的影响也很小，只有在一套电源模块退出检修而通信负荷又处于最大负荷运行时，需要适当减少通信负荷。而在工程实际应用中，整套装置故障的概率极低，因而配置两套电源模块对通信设备供电，可以满足通信设备的要求。
3电池均衡采集子系统组成及控制
电池均衡采集子系统由一个电源模块和多个均衡采集模块组成，采用下放式安装结构，利用总线构成传感器网络，与本地监控装置通讯。其中，电源模块采集蓄电池组电压、电流，并为其他均衡采集模块提供工作及均衡充电电源；均衡采集模块集电池均衡和电压、内阻检测为一体，每个模块可实时采集电池的电压、温度，采用分段式直流放电法在线测量内阻，同时按间歇式低充高放、优先充电的双闭环控制原则，当单只电池电压与电池平均电压差大于整定值时，实时启动均衡模块，使电压高的电池放电、电压低的电池充电，达到电池电压的均衡，从而延长电池正常使用寿命并提高直流系统运行安全性。接线采用可插拔端子，方便接线和维护操作，带有自恢复保险丝不会烧毁模块和导致短路，使系统维护风险降低到最低。
4电池智能放电子系统运行及维护
蓄电池组核对放电试验是电池维护的重要内容。对新安装的阀控密封蓄电池组，应进行全核对性放电试验；以后每隔3年进行一次核对性放电试验；运行6年后的蓄电池组每年做一次核对性放电试验。电池智能放电子系统是直流电源远程监控及维护系统的重要组成部分，负责蓄电池就地或远程核对性放电试验，由电动操作机构、直流接触器和放电装置构成。
（1）单母线分段直流系统。有两套直流设备，在按规定进行定期试验时，需进行直流倒方式操作，将试验的一套直流设备退出运行，由另一套直流设备带两段直流母线；对试验的蓄电池组进行全核对性放电。通过对各开关的操作，可就地或远程实现蓄电池核对性放电试验。以某电池组为例具体放电控制过程为例，在本地监控装置的控制流程如图1，首先操作闭合①母联开关、断开②联机开关，切换运行方式，两段母线并列运行，由充电机蓄电池供给全部直流负荷，再断开④充电机开关、闭合⑥放电开关，完成蓄电池脱离系统并接通放电回路。放电装置采用脉宽调制方式以实现恒流放电，在放电过程中实时监视电池组电压、单体电压、放电时间、放电容量等保护值参数，满足任一放电终止条件或出现异常情况时，立即停止放电，断开⑥放电开关、闭合④充电机开关，对该蓄电池进行充电，均充完成后，闭合②联机 （2）单组蓄电池直流系统。只有一组蓄电池，不能退出运行，也不能作全核对性放电，只能用电流恒流放出额定容量的50%。通过操作，可就地或远程实现蓄电池核对性放电试验。
5馈线开关量采集子系统
馈线开关量采集子系统主要用于采集母线及各馈线开关合/分位置和脱扣状态，由若干个开关量采集模块组成，利用总线与本地监控装置通讯，每个模块可同时监测开关量，每路开关量均通过光电隔离，抗干扰性强，采用下放式安装结构，方便接线和维护。
6充电机通讯子系统
充电机通讯子系统通过接口连接原直流电源主监控装置，支持
多种通讯规约，采集母线电压、电流、绝缘监察及充电机运行状况等直流电源数据，控制充电机状态转换及参数修改。
6数据中心服务器
数据中心服务器安装于通讯机房，通过光纤局域网负责与每个变电站的本地监控装置通信，接收其发来的所有数据并对数据进行处理、分析，分发信息到局域网上的各个远程监控终端；并存储每个子站发来的报警数据和需要保存的历史数据，建立各子站直流电源装置台帐，可查询、更改每个装置的设置。
7 远程监控终端
各个远程监控终端在局域网上可浏览各个变电站直流系统所有信息，设置每个变电站的直流系统模拟图，并可在模拟图上直接显示母线电压、电流，电池电压、电流，馈线空开的运行状态及绝缘监察等实时和历史信息；可根据各自权限，对任一变电站直流系统信息及参数进行更改设置，查看和远程更改现场采集模块的相关设置，并提供母线状态切换、蓄电池放电、电池均衡等相关远程控制；具有完善的告警功能，可根据告警性质自动分级，以告警窗、声光、语音、短消息、邮件等多种方式告警，保证系统所有重要告警都能被及时发现。
总结
（1）目前变电站直流电源系统的运行维护管理现状还比较落后，无法满足智能电网及数字化变电站的要求，为此以上提出了一种变电站直流电源远程监控及维护系统的设计方案，论述了系统的组成结构、总体功能及组成部分，可供实践。
（2）从实际应用情况看，该系统实现了变电站直流电源设备的远程监控和维护，可实时掌握直流系统的运行状况，节省了大量的人力、物力，提高了维护效率，增强了直流电源及电力系统运行的安全性，具有良好的工程实用性。