GZDW智能高频开关电力操作电源技术手册

1、GZDW智能高频开关电力操作电源系统技术手册TH1-20020816-C-3.1主 编：王建华主 审：马晓峰 李明谦 祝佳林编 辑：丛福奎 任永山东泰开自动化有限公司内容介绍第一章 概述电力操作电源的应用、特点、种类、命名原则和配置列表、技术参数、系统组成清单。第二章 标准一体柜系统标准一体柜的结构及配电、馈电原理。系统的特点和性能指标。第三章 小型一体柜系统小型一体柜的结构及配电、馈电原理。系统的特点和性能指标。第四章 分屏柜系统分屏柜系统由充电柜和馈电柜组成。本章分别介绍充电柜I和II，以及标准馈电柜的结构、工作原理、特点和技术指标。第五章 充电模块本章介绍TH充电模块的特点、工作原理、关

2、键技术、技术指标、外形尺寸和安装形式。第六章 监控系统电力操作电源监控系统的构成、特点，分级监控原理，智能电池管理过程。第七章 系统通用组件介绍降压硅链单元以及分级防雷措施和系统接地。智能高频开关电力操作电源系统 产品说明书 第一章 概述标记和符号约定产品上的标记 在高压存在的地方有此标记。 在机柜底框架保护接地端上有此标记牌。手册中标记A 注意 注意字句指可能造成设备损坏的状况或做法第一章 概述1.1引言GZDW系列智能高频开关电力操作电源系统是我公司集多年开发和设备网上运行经验设计的高可靠产品。有标准一体柜系统、小型一体柜系统、分屏柜系统I和分屏柜系统II四种类型。主要应用在发电厂、水电站

3、以及各类变电站、开闭所和用户变中，为断路器分、合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明提供直流电源。1.2系统特点 采用开关电源特有的模块化设计，N+1热备份。 超宽的电压输入范围，电网适用性强，可用于环境相对恶劣的场所。 充电模块可带电插拔，在线维护，方便快捷。 采用我公司专利，具有国际领先水平的“谐振电压型双环控制的谐振开关电源”全程软开关技术，转换效率高，电磁干扰小。 硬件低差自主均流技术，模块间输出电流最大不平衡度小于±3%。 系统设计采用IEC（国际电工委员会）、UL等国际标准，可靠性与安全性有充分保障。 监控模块采用大屏幕液晶汉字显示，声光告警。 可通过监控模块进

4、行系统各部分的参数设置，界面友好，操作方便。 具备平滑调节输出电压和电流，蓄电池自动温度补偿等先进功能。 开放式接口设计，具有强大的通讯功能，很方便实现与变电站RTU装置或电厂计算机监控系统DCS相连。 三级集散式监控系统，实现对电源系统的“遥测、遥控、遥信、遥调”以及无人值守。 蓄电池自动管理及保护，实时自动监测蓄电池的端电压，充、放电电流，并控制蓄电池的均充和浮充，设有电池过/欠压和充电过流声光告警。1.3系统工作原理电力操作电源系统主要由交流配电单元、充电模块、监控模块、配电监控、降压硅链（降压单元）、直流馈电单元（包括合闸分路、控制分路）、绝缘监测等几大部分组成。不同的接线方式有不同的

5、输出馈电，但基本原理是一致的，原理框图如图1-3-1所示。图1-3-1 电力操作电源系统原理框图系统的基本工作原理如下：1. 交流输入正常时系统交流输入正常时，两路交流输入经交流切换控制电路选择其中一路输入，并通过交流配电单元给各个充电模块供电。充电模块将三相交流电转换为220V或110V的直流，经隔离二极管隔离后输出，一方面给电池充电，另一方面给负载提供正常工作电流。监控部分采用集散方式对系统进行监测和控制，充电柜、馈电柜的运行参数、充电模块运行参数分别由配电监控电路和模块监控电路采集处理，然后通过串行通讯口把处理后的信息上报给监控模块，由监控模块统一处理后，显示在液晶屏上。同时可通过人机交

6、互操作方式对系统进行设置和控制，若有需要还可接入远程监控。监控模块还能对每个充电模块进行均/浮充控制，限流控制等，以保证电池的正常充电，延长电池寿命。2. 交流输入停电或异常时交流输入停电或异常时，充电模块停止工作，由电池给负载供电。监控模块监测电池电压、放电时间，当电池放电到设置的欠压点时，监控模块告警。交流输入恢复正常以后，充电模块对电池充电。31智能高频开关电力操作电源系统 技术手册 第二章 标准一体柜第二章 标准一体柜系统2.1系统特点标准一体柜系统由2个充电模块，一个监控模块，配套底层模块，一个降压硅链单元（可选），一个绝缘监测模块，一个交流配电单元和一个直流馈电单元组成。其特点如下

7、： 一体化设计，充电、馈电合并在一个机柜里。 采用自然冷却的智能高频开关充电模块，充电模块可选用通合电子或艾默生任意充电模块，单机柜最多可配3个充电模块。 提供两路交流输入接口，可完成两路交流输入的主备自动切换和互锁。 提供一路电池接口，根据不同需求配置不同的直流馈电插箱，可灵活选择。 综合测量模块模块自带母线绝缘监测，也可选用绝缘监测模块对母线及各支路的绝缘状况进行监测。 柜内安装C、D两级防雷组件，C级防雷通流容量可达40KA，D级防雷通流容量可达8KA。 系统具备完善的监控功能，由监控模块、监控底层、充电模块内置监控等构成分级集散式控制系统，对电源系统进行全面的管理和控制，并具备“四遥”

8、功能，可方便地实现无人值守。2.2交流配电单元的工作原理交流电源输入分为手动控制和自动切换控制两种输入方式。两路输入时基本上都是采用自动切换方式，使用ZHCL-3并辅以部分元器件就可以组成自动切换电路，实现系统两路交流电源的自动切换输入和监测。如图2-1所示。两路输入也可以采用手动控制切换输入。此时需要增加一个切换控制开关，即在交流接触器的线圈回路中通过切换开关直接引入交流信号，以实现自动/手动控制。值得注意的是，不推荐用户在使用时长时间置于手动位置。一路输入时全部采用手动控制方式。图2-1交流自动切换原理示意图2.3直流馈电单元的工作原理交流电源通过交流输入开关向充电模块供电，充电模块输出与

9、蓄电池并联形成充电母线。原理框图见图2-2 图 2-2 直流充电母线直流馈出母线直流馈出母线有单母线和单母线分段两种形式，具体的系统方案分类见1.3节所述。每段母线的基本形式如图 2-3 所示，具体设计和生产需要依据实际的技术要求进行详细设计。图 2-3 直流馈出母线2.5系统性能指标输入参数三相四线制交流输入电压380VAC±15%频率4555Hz输出参数不同配置的直流馈电插箱可灵活选择动力分路100A，6路20A，8路100A，4路20A，6路100A，6路20A，10路50A，10路20A，10路控制分路直流额定电压220VDC110VDC浮充电压198260VDC99130V

10、DC均充电压220286VDC110143VDC纹波系数£0.05%（典型值0.01%）稳压精度£±0.5%（典型值0.1%）稳流精度£±0.5%均流特点充电模块间电流不均衡度±3%保护参数输入过压告警可设置（默认值450VAC）输入过压切换点470±5VAC输入欠压告警可设置（默认值323VAC）输入欠压切换点324±4VAC动力母线过压告警可设置（默认值260V/128V）动力母线欠压告警可设置（默认值200V/100V）控制母线过压告警可设置（默认值242V/121V）控制母线欠压告警可设置（默认值198V/

11、99V）充电模块输出过压保护可设置（默认值280V/140VDC）充电模块输出欠压告警198V/99VDC电池组浮充电压可设置（默认值243V/121V，按108/54节电池）电池组均充电压可设置（默认值253V/127V，按108/54节电池）电池组过充告警值根据电池容量决定电池组过压告警点根据电池电压设置电池组欠压告警点根据电池电压设置绝缘特性输出对地2KVAC漏电流30mA时间1min无飞弧输入对地2KVAC漏电流30mA时间1min无飞弧输入对输出2KVAC漏电流30mA时间1min无飞弧环境温度：-5°C40°C音响噪声：45dB机械参数机柜外形尺寸（高×

12、;宽×深）2260mm×800mm×600mm机柜重量200Kg（不包括模块和降压硅链）智能高频开关电力操作电源系统 技术手册 第五章 充电模块第三章 分屏柜系统3.1分屏柜系统I3.1.1系统特点分屏柜系统I由充电柜组成。充电柜I包括交流配电，充电模块，一个监控模块，一个降压硅链单元（可选）和一路电池接口，绝缘监测模块（可选）、监控底层模块、切换单元和直流馈出单元。其特点如下： 分屏设计，充电柜、馈电柜配置灵活方便，易于扩充。 采用自然冷却的智能高频开关充电模块，单机柜最多可配12个充电模块。 提供两路交流输入接口，可完成两路交流输入的主备自动切换和互锁。 提供

13、一路电池接口，216路动力输出，448路控制输出， 馈电柜采用绝缘监测模块或绝缘监测仪对母线及支路绝缘状况进行监测。 充电柜内安装C级、D级两级防雷组件，C级防雷通流容量可达40KA，D级防雷通流容量可达8KA。 系统具备完善的监控功能，由监控模块、监控底层模块、充电模块内置监控等构成分级集散式控制系统，对电源系统进行全面的管理和控制，并具备“四遥”功能，可方便地实现无人值守。3.1.2充电柜I的原理及使用说明整个充电柜I包括交流配电、充电模块、监控模块、降压硅链单元（可选），蓄电池组接入和充电柜直流输出部分。1. 交流配电部分充电柜的交流配电部分与标准一体柜的交流配电原理完全相同，仅仅在结构

14、布置上有些差异。2. 充电模块系统配置充电模块，通过背后的一体化端子实现带电插拔，有关充电模块的具体指标请参阅3. 监控模块采用通用监控模块，对充、馈电柜进行统一管理。有关监控模块的具体指标请参阅第六章。4. 降压硅链单元采用通用降压硅链单元，详细介绍请参阅6.1节。5. 电池接口及直流输出部分电池接口和充电柜直流输出部分具有以下特点： 电池接口采用熔断器保护，熔芯从160A400A，最大可接入800Ah电池（也可按用户要求定制）。 HM、KM、-KM均从机柜下部铜排引出，方便从地沟与馈电柜并机。3.1.3标准充馈电柜的工作原理及使用说明标准馈电柜采用单元化结构，组合方便，可以灵活配置，实现多

15、种接线方式，同时采用多种直流馈出单元组合可以实现输出支路的多种配置。标准馈电柜由4个单元构成：配电监控单元、绝缘监测模块、切换单元和直流馈出单元，每一个单元均是一个功能模块。以下依次说明。1. 配电监控单元配电监控单元完成柜内各信号的检测、上送、报警、显示及降压硅链单元的手动操作，其外观布置简图如图4-1-2所示。 图4-1-2 配电监控布置图2. 绝缘监测模块绝缘监测模块监测直流母线及各支路正、负极对地的绝缘状况。3. 切换单元切换单元用于完成母线结构的变化，实现不同的系统接线方式。切换单元具有四种不同的结构形式，它们的接线和面板布置分别如图4-1-3、图4-1-4、图4-1-5、图4-1-

16、6所示。切换单元1：无切换开关，适用于单母线不分段的GZDW31、33、35方式。图4-1-3a 切换单元1的接线原理示意图图4-1-3b 切换单元1面板示意图切换单元2：1个切换开关，适用于GZDW30、32、34方式，在两个馈电柜内实现单母线分段。图4-1-4a 切换单元2的接线原理示意图图4-1-4b 切换单元2面板示意图切换单元3：2个切换开关，适用于GZDW30、32、34方式，在一个馈电柜内实现单母线分段。图4-1-5a 切换单元3的接线原理示意图图4-1-5b 切换单元3面板示意图切换单元4：1个双投开关，适用于GZDW40、42方式。图4-1-6a 切换单元4的接线原理示意图图

17、4-1-6b 切换单元4面板示意图4. 直流馈出单元直流馈出单元实现控制回路或动力回路直流分路的分配，根据内部开关型号及数量，有6种馈出单元，分别如图4-1-7、4-1-8、4-1-9、4-1-10、4-1-11、4-1-12所示。直流馈出单元1：20A，4路直流馈出单元2：20A，4路直流馈出单元3：20A，5路直流馈出单元4：20A，6路直流馈出单元5：100A，2路直流馈出单元6：200A，2路图4-1-7 馈出单元1面板示意图图4-1-8 馈出单元2的面板示意图图4-1-9 馈出单元3面板示意图图4-1-10 馈出单元4面板示意图图4-1-11 馈出单元5面板示意图图4-1-12 馈出

18、单元6面板示意图4.1.5系统主要性能指标输入参数三相四线制交流输入电压380VAC±15%频率4555Hz输出参数动力分路100A/200A，216路控制分路640A，448路直流额定电压220VDC110VDC 浮充电压198260VDC99130VDC均充电压220286VDC110143VDC纹波系数£0.05%（典型值0.01%）稳压精度£±0.5%（典型值0.1%）稳流精度£±0.5%均流特点充电模块间电流不均衡度±3%保护参数输入过压告警可设置（默认值450VAC）输入过压切换点470±5VAC输入欠

19、压告警可设置（默认值323VAC）输入欠压切换点324±4VAC动力母线过压告警可设置（默认值260V/128V）动力母线欠压告警可设置（默认值200V/100V）控制母线过压告警可设置（默认值242V/121V）控制母线欠压告警可设置（默认值198V/99V）充电模块输出过压保护可设置（默认值280V/140VDC）充电模块输出欠压告警198V/99VDC电池组浮充电压可设置（默认值243V/121V，按108/54节电池）电池组均充电压可设置（默认值253V/127V，按108/54节电池）电池组过充告警值根据电池容量决定电池组过压告警点根据电池电压设置电池组欠压告警点根据电池电

20、压设置绝缘特性输出对地2KVAC漏电流30mA时间1min无飞弧输入对地2KVAC漏电流30mA时间1min无飞弧输入对输出2KVAC漏电流30mA时间1min无飞弧环境温度：-5°C40°C音响噪声：45dB机械参数机柜外形尺寸（高×宽×深）2260mm×800mm×600mm机柜重量200KG（不包括模块和降压硅链）第四章 充电模块4.1.1特点 模块采用世界领先的“谐振电压型双环控制的谐振开关电源” 技术，生产出来的模块具有体积小、重量轻、效率高、空载损耗小、可靠性高等优点。 模块采用一体化输入输出及通讯端口，并设计为可带电拔插

21、方式，方便了系统维护。 采用无源PFC技术，功率因数大于0.93。 具备电磁兼容和安规措施，符合IEC相关标准。 与传统相控电源比较，输出纹波大大减小。 模块间的均流采用了低差自主均流技术，多个充电模块并机运行时，具有理想的均流性能。 模块直流输出采用无级限流方式，可根据负载电流的大小和电池容量，由系统监控模块选择限流点。稳流精度优于0.5%，模块内设置了短路回缩特性，即使模块处于长期短路状态也不致损坏。 模块具有保护及告警功能，包括输入过/欠压、缺相、输出过/欠压等。 充电模块内部监控板在监视控制模块运行情况的同时，还与系统监控模块通信，使充电模块具有遥控、遥测、遥信、遥调功能。4. 2工作

22、原理充电模块工作原理如图5-1-1所示。 图5-1-1 充电模块原理图三相380VAC交流先整流成高压直流电，再逆变及高频整流为可调脉宽的脉冲电压波，经滤波输出所需的直流电。4.2.1全程软开关技术采用全程软开关技术，效率高，空载功耗小，体积小。同类厂家采用相移谐振是软开关技术，这种手段在负载大时是软开关，在空载或者轻载时将失去软开关特性，模块功率损耗严重，达80100W，温度很高，散热片烫手。而我公司模块在空载或者轻载功率损耗仅有20W，散热片几乎没有温升。即使在满载的情况下，相移谐振式模块效率仅为92%，功率损耗8%，我公司模块效率达到96%，功率损耗4%，功率损耗差了1倍。正是由于全程软

23、开关技术功率损耗低，我们才做到了自然冷，体积小。采用自然冷首先没有风扇，所以没噪音，没有风扇引起的故障率，可靠性提高。其次，风冷要定期清除风道灰尘，自然冷不存在此问题。凭借全程软开关技术，我们可以做出体积小的230D40ZZ-312KW模块，而采用相移谐振由于功率损耗大，做出来也是体积庞大，已失去了产品的意义。另外，损耗小，温升就小，模块的电子元件工作环境就好，故障率就低。充电模块采用了全桥 ZVS-PWM软开关先进技术，具有频率恒定，易于控制，可靠性高，实用性能好等特点；通过软开关技术的使用，实现了整机满载效率接近95%，传导干扰符合EN55011。4.2.2均流技术充电模块采用了先进的低差

24、自主均流技术，多个模块并机工作时，具有非常理想的均流性能，工作原理如图5-1-2所示。各模块的均流单元通过同一放大系数采样各自的输出电流，建立采样电压，各采样电压通过比较，以其最大值作为均流总线上的基准电压UBUS。基准电压对应的模块自动成为“主模块”，它的输出电流相对最大，其余模块自动成为“从模块”。基准电压通过均流总线进入到各模块均流单元，与其采样电压进行比较，误差放大后控制模块开关脉冲宽度，微调各模块的输出电压而让输出电流趋于一致。均流调整达到平衡后，“从模块”的输出电流都接近于“主模块”的输出电流，模块间输出电流差值趋于零。这种均流方案的优点表现在两方面：1. 均分负载不平衡度小于&#

25、177;3%。2. 作为“主模块”的充电模块是通过比较任意产生的，当“主模块”因某种原因退出工作后，系统将自动再比较出一个输出电流最大的模块作为“主模块”，并自动重新调整输出电路，达到新的平衡。这样可以避免模块出现故障时造成系统崩溃。图5-1-2 充电模块多台并联时的均流原理框图4.3技术指标1. 输入特性序号项目指标备注1输入电压323V475V三相三线2输入交流频率50Hz±10%3功率因数 0.934效率 94%2. 输出特性序号项目指标备注1浮充输出直流电压198260V（220V系列）99130V（110V系列）2均充输出直流电压220286V（220V系列）110143V

26、（110V系列）3输出直流电流230D05ZZ-3模块：额定输出5A230D07ZZ-3模块：额定输出7A230D10ZZ-3模块：额定输出10A最大输出为额定值的105%4负载调整率< ± 0.5%5电网调整率 ± 0.1%6开机输出电压上升时间38秒7输出恒流范围10%100%额定电流8稳流精度 ±0.5%负载电流9纹波系数 0.05%10稳压精度 ±0.5%11温度系数(1/) 0.23. 保护特性序号项目指标备注1输出短路回缩回缩电流10%额定电流，可恢复2输出过压保护320 ± 5VDC（220V系列）160± 3VD

27、C（110V系列）3输出欠压告警186 ± 4VDC（220V系列）93± 2VDC（110V系列）4输入过压保护480 ± 5VAC，可恢复，回差515V5输入欠压保护318 ± 5VAC，可恢复，回差1020V6缺相保护可恢复缺相时输出最大功率为满功率的50%4. 监控接口序号项目指标备注1遥信将模块的保护信号（包括交流过/欠压，缺相，输出过/欠压，模块过温等信号）和故障信号传递给监控模块2遥测测量充电模块输出电压、电流，送模块表头显示，并上报监控模块3遥控根据监控模块的命令，控制充电模块的开/关机，均/浮充转换同时具备手动控制，并可屏蔽掉监控模块的

28、控制4遥调根据监控模块的命令，调节充电模块输出电压同时具备手动调节，并可屏蔽掉监控模块的调节根据监控模块的命令，在10%100%范围内调节充电模块输出电流限流点5显示充电模块监控板控制充电模块的LED数字表头显示输出电流、电压故障时显示故障代码4.4操作说明三相输入充电模块操作说明（以230D10ZZ-3为例）。1. 数码显示面板显示模块的电压、电流、告警、关机信息。点击显示切换按钮即可轻松实现输出电压和输出电流之间的切换。显示共3位数字，电压显示精度为±0.5V，电流显示精度为±0.2A。当模块出现故障告警时，按V/A显示切换按钮就可以显示模块故障代码。模块处于关机状态时

29、，按V/A显示切换按钮显示关机代码OFF。2. 指示灯模块面板上有3个指示灯，功能见表2-6所示。表2-6 面板指示灯功能指示标识正常状态异常状态异常原因电源指示灯（绿色）亮灭无输入电压或模块损坏导致模块内部的辅助电源不工作过温指示灯（红色）灭亮模块内部过热导致模块过温保护故障指示灯（红色）灭亮模块内部故障，包括输入异常、过欠压、过流等3. 显示切换按钮显示切换按钮用于切换LED显示面板的显示内容。如果LED显示面板当前显示的是输出电压，按一下该按钮就会显示输出电流，再按一下该按钮则切换回显示输出电压。4. 手动调压按钮面板上嵌入的两个按键用来调整模块在手动状态下的输出电压。在手动状态下，按一

30、下左边的“”按钮输出电压就会降低1V，按一下右边的“”按钮输出电压就会升高0.5V。友情提示只有在手动控制方式下，调节此按键才起作用。5. 拨码开关模块前面板上的六位拨码开关用于选择模块控制方式和设置模块地址。其定义如图2-11所示。通信地址图2-11 充电模块地址及手动选择六位拨码开关控制方式选择拨码 六位拨码开关从前面看最左边一个为控制方式选择拨码，用于选择模块的控制方式为自动控制还是手动控制。此拨码开关拨到上端时代表模块处于自动控制方式，拨到下端时代表模块处于手动控制方式，如图2-11所示。处于自动控制方式下的模块，模块的输出电压、过欠压告警值、限流值、开关机均受控于主监控模块，人工设置

31、无效。模块连接到合闸母线上对电池进行充电时，一般应设置为自动控制方式，以便于主监控模块对其进行调压及限流控制，从而实现对电池的充电管理。处于手动控制方式下的模块，模块的输出电压由手动调压按钮进行调节。模块的输出电流、过欠压告警值、限流点和开关机等均不受监控模块控制，主监控模块只采集模块的运行参数。一般这种情况下模块并联在控制母线上（即所谓的控母模块），此时模块输出单一稳定的电压，模块的输出电压由手动调压按钮调节，限流点全部放开，为105%额定电流值，模块输出过压值为242V，欠压值为198V。友情提示一般只有模块作为控母模块使用时才会将控制方式选择拨码拨到手动的位置上。手动调压按钮可使充电模块

32、输出电压最高达到286V，因此在系统正常时请勿随意调节该按键。由于不同用户选择蓄电池的节数有差异，为安全起见，充电模块出厂时已经整定在234V浮充电压值上。模块分组识别拨码六位拨码开关从前面看左边第二位为模块分组识别拨码。此拨码开关拨到上端时，主监控会识别此模块为第1组模块；拨到下端时，主监控会识别此模块为第2组模块。如图2-11所示。友情提示此拨码开关只在模块分组情况下使用，用于一组模块与二组模块的识别。 地址设置拨码通讯地址拨码与模块分组识别拨码共同构成模块通信地址设置拨码，用于设置模块的通信地址，即模块的通信地址拨码开关共五位。此五位拨码开关分别代表五位2进制数，从左往右高位到低位依次排

33、列，每一位拨码拨到上端代表二进制数0，拨到下端代表二进制数1。因此模块的地址设置范围为031，也就是说，连接到监控模块的同一个串口上的模块数最大为32个。模块地址是监控模块识别各充电模块的唯一标志，同一系统中模块的地址设置不能相同。对于同一个模块，模块通信地址设置必须与监控模块中的模块地址设置相同，否则将出现通信异常。在监控模块中设置的模块地址为十进制数，他们之间的转换关系如表2-7所示。表2-7 二进制与十进制对应关系二进制00000000010001000011001000010100110001110100001001010100101001100011010111001111十进制01

34、23456789101112131415二进制10000100011001010011101001010110110101111100011001110101101111100111011111011111十进制16171819202122232425262728293031例如：地址设置拨码处于如表2-7所示的位置（黑色为拨码位置），表示二进制10101，从表中可查出十进制地址为21，是第2组模块。故障显示模块告警信息以故障代码的形式在LED上显示，故障代码含义如表2-8所示。这时按下显示切换按钮后显示输出电压。表2-8 故障代码显示含义故障代码E01E02E04E05E06代码含义欠压过压

35、过流或过压保护过温保护输入异常通信功能模块可以用RS485方式与上位机通信。将模块输出电压和电流、模块保护和告警信息上传给上位机，接受并执行上位机下发的控制命令。见表2-9 友情提示充电模块处于自动状态时，4分钟内无任何通信，则模块的输出电压自动调整为234V，限流点全部放开，为105%额定电流值。智能高频开关电力操作电源系统 技术手册 第六章 监控系统第五章 监控系统5.1性能特点电力监控系统充分考虑到了电力系统应用的多样性，监控主机与底层数据采集单元采用了模块化设计思想，主机与底层模块可以自由组合。所有底层模块外形尺寸一致，便于安装。监控主机包括THJK001G-3S、THJK002G-3

36、S、THJK004G-3S。底层模块包括综合测量模块、电池巡检模块、开关量模块、绝缘检测模块。监控设备规格表如表1-1所示。设备名称规格型号功能简述监控主机THJK001G-3S蓝色128*64点阵LCD， 按键式监控器综合测量模块ZHCL-2检测1路交流电压检测3路直流电压，2路电流，1路温度检测24路开关量输入，8路开关量输出综合测量模块ZHCL-3检测2路交流电压，交流互投检测6路直流电压，4路电流，2路温度检测32路开关量输入，8路开关量输出电池巡检模块DCXJ-19检测19节电池电压，1路温度电池巡检模块DCXJ-55检测55节电池电压，2路温度绝缘检测模块JYJC-64检测2段母线

37、绝缘，64路支路绝缘绝缘检测模块JYJC-32检测2段母线绝缘，32路支路绝缘开关量模块KGL-64检测64路开关量输入，8路开关量输出电源监控系统主要特点有： 以微处理器为核心的集散式测量系统对充电模块、充/馈电柜、电池组、直流母线对地绝缘情况实施全方位监视、测量、控制。 监控系统采用模块式结构设计，每部分承担相对独立的工作，某一部分出现故障，不影响其它部分的工作，一方面提高了系统的可靠性，同时便于维护管理，使维修工作变得简单、快捷。 电源系统扩容方便、灵活，不需在监控系统方面额外投资，就可以将系统扩容。 电源系统监控模块提供RS-232、RS-485多种通讯方式，用户可根据需要，组成多种形

38、式的电源集中监控系统。 开放式接口设计，可使电源系统很方便地接入到其它集中监控维护系统中。 电源系统监控模块采用大屏幕点阵式液晶显示器，全汉化显示，操作简便，便于学习掌握。 各种状态、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。 电源后台维护管理软件，提供友好的全中文图像界面。充分考虑各种通讯线路情况，具有多种纠错功能。5.2 功能介绍 5.2.1监控主机1、THJK002G-3S监控主机显示器采用240*64图形点阵、蓝色背光LCD。汉字菜单显示,按键式操作，可方便设置参数和查询信息。上位机通信接口RS485、RS232；通信协议CDT、MODBUS。实时时钟显示，

39、断电后时钟正常运行。可存储200条历史故障、48条运行记录，断电后信息不丢失。电池充电管理功能。图 3-1 THJK002G-3S前面板3、THJK004G-3S监控主机显示器采用320*240图形点阵、蓝色背光LCD。汉字菜单显示,触摸式操作，可方便设置参数和查询信息。上位机通信接口RS485、RS232；通信协议CDT、MODBUS。实时时钟显示，断电后时钟正常运行。可存储200条历史故障、48条运行记录，掉电后信息不丢失。电池充电管理功能。5.2.2监控底层模块1、ZHCL-2 模块检测1路3相交流电压。检测3路直流电压，2路电流，1路电池温度。检测24路开关量输入，8路开关量输出。控制

40、5/7级硅链。测量1段母线绝缘。适宜用于1组电池、1组充电机系统中。图5-1 ZHCL-2装配图2、ZHCL-3 模块。检测2路3相交流电压，提供交流互投节点。检测6路直流电压，4路电流，2路电池温度。检测32路开关量输入，8路开关量输出。控制5/7级硅链。测量2段母线绝缘。适宜用于2组电池、2组充电机系统中。图4-8 ZHCL-3装配图3、 DCXJ-19 模块检测19节12V电池电压。检测1路电池温度。适宜用于18节电池检测。 图7-1 DCXI-19装配图5.2.3 使用环境环境温度不低于-5，不高于+40，设备存储的环境温度允许为-10+60。环境最大相对湿度不超过90%（环境温度25

41、）。运行地点无导电尘埃，没有腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽。在室内场合下使用。如有特殊要求请在定货时提出，以保证本产品能够可靠地运行。5.3工作原理电源监控系统采用三级测量、控制、管理模式，最高一级为电源监控后台，电源监控后台通过RS-232、RS-485通讯方式与电源系统的监控模块连接；监控模块构成第二级测控；电源监控系统的第三级测控由各充电模块内的监控板、充、馈电柜监控单元等组成。下面分别介绍各级监控的工作原理。5.3.1充电模块的监控充电模块的监控板是智能化充电模块的监控核心，它的功能是测量充电模块的运行参数并通过RS-485接口传送给电源系统的监控模块，且同时接收监控模块发来的各种控制

42、命令。测量的模拟量包括充电模块的输出电压和输出电流，采集的告警量有保护告警（包括交流输入过/欠压告警、交流输入缺相告警、直流输出欠压告警、模块过热告警）和故障告警（包括直流输出过压告警）。对充电模块的控制包括输出均/浮充控制、限流点的改变，充电模块的启/停以及调节充电模块电压等。充电模块监控板的基本原理框图如图6-2-1所示。图6-2-1 充电模块的监控板原理框图监控板的输入、输出采用了全隔离结构。硬件看门狗监视软件的运行；监控软件设计采用了软件陷阱、运行数据多单元存储等多种抗干扰技术；EEPROM保存充电模块的各种控制、运行参量，即使掉电后仍能恢复充电模块的各种运行参量。上述措施的采用，使得

43、充电模块的监控板具有抗干扰及功能自恢复能力，无论是充电模块自身，还是组成电源系统后都能保证长期安全、可靠、稳定的工作。5.3.2配电监控智能高频开关电力操作电源的母排是高压直流浮地输出，所以配电监控系统最好采用隔离变送的方法拾取母排的电压及电流信号，消除高共模信号对监控系统带来的负面影响。更为重要的是，在配电监控部分的调试、维护等等各环节中，可以保证工作人员的人身安全，以免发生意外。采用线性光耦检测电压信号，霍尔电流传感器检测电流信号。在配电监控的系统构成方面，采用通用硬件方案，构成微机系统，系统原理框图如图6-2-2所示。 图6-2-2 配电监控原理框图模拟量测量采用零点和满度自校准技术，在

44、环境温度变化或测量电路参数时变的条件下，仍能保证测量数据的准确性；开关量输入、输出采用光电隔离结构；硬件看门狗监视软件的运行；用EEPROM对系统运行的关键参数进行存贮（掉电保持）。上述措施保证了配电监控系统可以长期安全稳定可靠的运行。监控板对三相交流输入电压，蓄电池组端口电压，蓄电池组充/放电电流，动力母排电压，控制母排电压，负载总电流进行检测；并且实现空气开关跳闸，防雷器损坏、电网停电、电网电压过/欠压，蓄电池组电压过/欠压，蓄电池组充电过流，蓄电池支路熔丝断，动力母排过/欠压，控制母排过/欠压，各输出支路断路等故障告警；可以通过RS-485串口将配电部分的运行状态（包括模拟量、状态量及故

45、障量）上报电源系统监控模块，作为监控模块管理电源系统的重要依据。5.3.3电源系统监控模块在电力操作高频开关电源系统中，监控模块通过RS-485通讯口对充电模块、充电柜、馈电柜、电池监测模块、绝缘监测模块等下级智能设备实施数据采集，并加以显示；亦可根据系统的各种设置数据进行报警处理、历史数据管理等；同时，能对这些处理的结果加以判断，根据不同的情况实行电池管理，输出控制等操作；最后，监控模块还可通过RS-232、RS-485接口与后台计算机通讯。表6-2-1 监控模块功能序号项目内容备注1遥测系统母线电压、负载总电流；电池电压、电池充放电电流；输入市电电网电压；各充电模块的输出电压、输出电流；母

46、线对地绝缘情况。2遥信直流配电各输出支路空开通断状态；电池组熔断器通断状态；电池充电电流过大，电池电压欠压、过压；市电电网停电、缺相，电网电压过高、过低；合闸控制母线过/欠压、充电模块保护、故障。3遥控充电模块开启、关停控制。充电模块均/浮充转换控制。4遥调充电模块输出电流无级限流控制（根据监控模块的命令，在10%100%范围内调节充电模块输出电流限流点）。充电模块输出电压调节控制（根据监控模块的命令，调节充电模块输出电压的大小）。监控模块汇集电源系统的各种数据、工作状态，通过整理、分析，实现对电源系统以及电池充放电的全自动管理。操作人员还可通过键盘对充电模块进行强制开启、关停、均/浮充等控制

47、，调节充电摸块的限流点和输出电压。电源集中监控维护后台不仅可以实时显示当前电源系统的全部详细数据、状态，也可对电源系统发出限流、均/浮充电压调节、充电模块开启、关停等各种控制命令。监控模块所能完成的功能可用图6-2-3表示如下：图5-2-3 监控模块的功能结构图5.3.3.1性能和特点下面是监控模块详细的功能说明。1. 显示功能监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。通过监控模块的键盘和LCD，可以随时查看整个系统的运行状况，例如，系统电压、系统电流、电池的均/浮充状态等。2. 设置功能设置功能是将监控模块或下级设备运行过程中需要的参数，通过键盘（当然包括LCD）输

48、入到系统中去，这些参数会在以后的运行中影响整个系统的工作。对下级设备的设置是通过串口实现的， 3. 控制功能控制功能是监控模块根据所采集数据，对下级设备执行相应的动作。这些动作主要有：微调充电模块的输出电压、控制充电模块的限流点、控制充电模块的开关机，控制命令是通过串口发出的。除监控模块可自动进行这些控制外，用户也可在键盘上手动执行这些动作，当然也要通过密码检查。4. 告警功能在监控模块中，告警信息是由下级设备产生的，经过串口发送至监控模块，此时，监控模块会自动弹出告警屏告警信息，利用“上页”、“下页”键可以浏览当前所有的告警信息。5. 历史记录历史记录指的是将系统运行过程中一些重要的状态和数

49、据，根据时间等条件存储起来，以备查询。本系统中，历史告警信息的最大存储量为200条，每一条包括告警类型，起始时间和结束时间，并保证掉电后不会消失，用户可在LCD上随时浏览。6. 通讯功能通讯功能是监控模块最主要的功能之一，系统所有的实时数据和告警信息都通过该部分来获取，并且数据的上报也是通过通讯来实现的。采用面向对象的编程方法，将数据封装起来，并利用了并行处理和中断技术，确保系统在最短时间内得到数据，并可在尽量短的时间内响应后台的需求。7. 电池管理完成电池状态检测和容量计算，并根据检测结果进行均/浮充转换，充电限流以及定时均充等功能。8. 运行记录运行记录主要记录了系统运行过程中电池的电压、

50、电流，控母的电压、电流以及均浮充状态和系统有无故障。记录最多48条，每半小时自动记录一次，可记录一天一夜的运行情况。当超过48条时，可自动删除最老的记录，记录最新的运行状态。9. 常规功能的增强监控模块在很多方面的功能上都有加强。在设备管理上，监控模块可管理更多数目的下级设备，包括电度表等新的智能设备；在人机界面设计中，键盘和显示的反映速度非常快，基本上可视之为“0”等待；在数据动态刷新时，可以作到与通讯同步，即当监控模块接收到完整的数据之后，可即时在LCD上反映出来；类WINDOWS TEXT CONTROL的编辑技术可以使输入更符合习惯和事实标准，同时也可屏蔽某些输入错误；有限自动机理论的

51、应用使得键盘和LCD的功能更灵活、更强大；菜单结构的设计简捷、流畅，全汉字操作，全汉字提示，更容易学习和操作等等。5.4智能电池管理5.4.1原理在变电站或电厂中，直流电源不仅要为二次设备提供不间断直流电源，还要向断路器分合闸线圈提供冲击电流。电池组在直流电源系统中的地位很重要，如何维护就成为非常重要的一个问题。PowerMaster智能高频开关电源具有电池管理系统。它采用二级监控模式，能对电池的端电压、充放电电流、电池房温度及其它参数作实时在线监测。可准确地根据电池的充放电情况估算电池容量的变化，还能在电池放电后按用户事先设置的条件自动转入限流均充状态，通过控制母线电压来完成电池的正常均充过

52、程。并可自动完成电池的定时均充维护，均/浮充电压温度补偿等工作，实现了全智能化，不需任何人工干预。电池管理的基本思想是：以电池组剩余容量、电池充电电流为依据，控制电池由浮充转入均充。以充电电流，充电时间为依据，控制电池由均充转入浮充。如果系统配有温度传感器，其均/浮充电压可根据温度作适当补偿。保证负载电流基本不变，以电池电流和总负载电流作为主要参考依据（主要输入基准），通过调节模块输出电压及限流点，稳定负载电流，控制电池电流及电压，防止电池充电过流，从而延长电池使用寿命。电池管理曲线图如图6-3-1所示，监控模块可以实施对电池的全自动管理。为了实现此功能，各充电模块必须设置在“自动”工作状态。

53、图6-3-1 电池管理曲线图A注意：电池单体均/浮充电压应根据电池实际要求决定，图中数据仅供参考。5.4.2电池工作过程自动管理监控模块对电池的智能化管理主要体现在以下三种工作状态中。1. 正常充电状态监控模块自动记录均充和浮充的开始时刻，在上电（或复位）初始，如果监控模块发现均充过程尚未结束，则会继续进行均充。如果上电（或复位）前是处于限流均充状态，则继续进行限流均充；如果是处于恒压均充状态，则继续进行恒压均充。在限流均充时，当充电电压达到恒压均充电压值的时候，会自动转入恒压均充。在浮充情况下，若浮充电流大于设定值（转均充参考电流），或电池组剩余容量小于设定值（转均充容量比），则监控模块会自动控制模块进行均充。对电池进行均充时，充电电流应该是监控模块设置的限流值，此阶段为电池恒流充电阶段