CN102998627A - 变电站蓄电池远程智能维护装置 - Google Patents

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谢昌华
牛延召
陈从武
周鹏
周斌全
章仲达
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

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Abstract

本发明公开了一种电力***变电站中的电性能的测试装置，具体地说是一种变电站蓄电池远程智能维护装置。它包括上位管理机和由微处理器、电压传感器、信号调理电路、功率驱动电路、光电耦合电路、IGBT管和PTC电阻构成的五大回路；采用上述的结构后，利用了现有的计算机技术、实时以太网通信技术结合五大回路对蓄电池遥控容量测试，进行远程维护，通过本发明的设置可以实现安全恒流放电，采集数据实时快速，实现了蓄电池容量测试的远程自动控制，无需现场操作，且可同时对多个变电站开展核对性放电工作，避免了往返现场的劳顿，节约了大量的人力和物力，大大提高了工作效率。

Description

变电站蓄电池远程智能维护装置
技术领域
本发明涉及一种电力***变电站中的电性能的测试装置，具体地说是一种变电站蓄电池远程智能维护装置。
背景技术
目前变电站数字化程度越来越高，且国内绝大多数变电站已实现无人值守，直流电源***直接为站内自动化装置提供基础的源动力, 蓄电池又是整个直流电源***的最后一道安全屏障，一但出现问题，随之而来的便是保护失灵、开关拒动、通道中断…后果不堪设想。近年来因蓄电池问题导致的重大电力事故时有发生,造成重大的经济损失。由于蓄电池内在性能的复杂性及不可见性，蓄电池历来都是电源维护工作的重点与难点；到目前为止，除核对性容量测试外，很难有一种方法能对蓄电池性能进行全面定性、定量的测试和维护。
早期，对蓄电池容量测试是采用可变电阻箱、电压和电流表人工来完成的，费时费力，采集数据实时性差，而且无法实现恒流放电；随着科技的发展，出现了智能放电负载，恒流放电，实现了放电过程的自动控制，使核对性容量测试试验前进了一大步；但其必须现场操作，随着电力***的快速发展，变电站数量的增多，在有限人力物力的条件下很难利用智能负载按照规程要求完成蓄电池的定期核对性容量测试。由于以上困难的存在，很多单位很少对蓄电池进行容量测试，甚至不做容量校核试验，这就给电力***的安全运行埋下巨大隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能实现恒流放电、快速实时数据采集、远端控制无需现场操作的蓄电池远程智能维护装置。
为了解决上述技术问题，本发明的蓄电池远程智能维护装置，包括上位管理机和由微处理器、电压传感器、信号调理电路、功率驱动电路、光电耦合电路、IGBT管和PTC电阻所构成的五大回路；
所述待测蓄电池正极穿过电流变送器连接PTC电阻的一端，PTC电阻的另一端连接IGBT管的C极，IGBT管的E极接至待测蓄电池负极构成容量测试主回路；
所述电压传感器一次输入端并联于待测蓄电池两端极，电压传感器二次信号输出连接信号调理电路的同相输入端，信号调理电路的输出端连接微处理器的一个A/D输入脚构成电压采样回路；
所述电流传感器穿心于待测蓄电池正极和PTC电阻连接，其二次信号输出连接信号调理电路的同相输入端，信号调理电路的输出端连接微处理器的另一个A/D输入脚构成电流采样回路；
所述微处理器的一个I/O脚和功率驱动电路的输入相连，功率驱动电路的输出与光电耦合电路的输入相连， 光电耦合电路的输出连接IGBT管的控制G极构成负载调节控制回路；
所述微处理器的RXIP、RXIN、TX0P、TX0N脚连接网络变压器/RJ45接口电路构成通讯回路；
所述通讯回路通过以太网与上位管理机进行通讯，接受遥控指令，上传遥测数据。
采用上述的结构后，由于设置的上位管理机和和由微处理器、电压传感器、信号调理电路、功率驱动电路、光电耦合电路、IGBT管和PTC电阻构成的五大回路，同时五大回路中的通讯回路通过以太网与上位管理机进行通讯，接受遥控指令，上传遥测数据，由此利用了现有的计算机技术、实时以太网通信技术结合五大回路对蓄电池遥控容量测试，进行远程维护，通过本发明的设置可以实现安全恒流放电，采集数据实时快速，实现了蓄电池容量测试的远程自动控制，无需现场操作，且可同时对多个变电站开展核对性放电工作，避免了往返现场的劳顿，节约了大量的人力和物力，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明蓄电池远程智能维护装置的原理框图；
图2为本发明蓄电池远程智能维护装置的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的蓄电池远程智能维护装置作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的蓄电池远程智能维护装置，包括上位管理机和由微处理器、电压传感器、电流传感器（1）、信号调理电路、功率驱动电路、光电耦合电路、IGBT管、RJ45接口电路和PTC电阻所构成的五大回路；
其中，进一步需要说明的是本发明的上位管理机是一台安装了利用VC语言编制的蓄电池容量测试监控软件的计算机，它连接在以太网上，通过以太网控制五大回路。更具体地说，上位管理机是设计了一个蓄电池容量测试监控软件专用应用程序，将它安装在相应的连接在以太网上的计算机里，通过操作蓄电池容量测试监控软件，向远端的智能测试负载发送遥控指令，并接收智能测试负载上传的遥测数据；所以准确地说，上位管理机的关键是一个装入已连接在以太网上的计算机里的利用VC语言编制的蓄电池容量测试监控软件专用应用程序。
由微处理器、信号变送、信号调理、功率驱动、光电耦合、IGBT管和PTC陶瓷电阻组成的五大回路，通过以太网接收上位管理机遥控指令，并上传总电压、放电电流等相关数据，自动调节负载，实现恒流输出。所述的调节负载恒流输出是微处理器采用PWM脉宽调制方式，通过光耦驱动IGBT管控制PTC陶瓷电阻投切实现的。
微处理器采用LM3S6938单片机，它是德州仪器(TI)公司提供的首款基于ARM® CortexTM-M3的32位控制器，256K的片内FLASH，64K片内SRAM ，一个8通道的10位的A/D转换器 ，内部集成10/100以太网媒体访问控制（MAC）以及物理层（PHY），符合 IEEE 802.3-2002规范，其优点在于它兼容了第三方TCP/IP协议栈，可实现单芯片的以太网终端节点功能；RJ45接口电路采用网络变压器/RJ45接口芯片，型号为：HR911105A；采用霍尔电流传感器作为信号变送部分的电流变送，霍尔电流传感器的型号为：TBC50A；采用电磁调制电压传感器作为电压变送，电压传感器的型号为： WPE-DV，输入0-300V，输出0-5V；信号调理电路包括电压放大和电流放大，都采用运放LM358；功率驱动电路是MC1413达林顿管，来提高驱动能力；光电耦合电路是TLP521-1，隔离强弱电；IGBT管采用仙童公司的25N120，25A 1200V；PTC电阻具有体积小、重量轻、功率大、无红热现象等优点。
上述各部分连接方式如下：
待测蓄电池正极穿过电流变送器TBC50A后，连接PTC电阻的一端，PTC电阻的另一端连接IGBT管25N120的C极，IGBT管的E极接至待测蓄电池负极，而构成容量测试主回路；
电压传感器WPE-DV一次输入端并联于待测蓄电池两端极，电压传感器二次信号输出连接电压运放LM358的同相输入端，电压运放LM358的输出端连接微处理器LM3S6938的一个A/D输入脚而构成电压采样回路；
电流传感器TBC50A穿心于待测蓄电池正极和PTC陶瓷电阻连接，其二次信号输出连接电流运放LM358的同相输入端，电流运放LM358的输出端连接微处理器LM3S6938的另一个A/D输入脚而构成电流采样回路；
微处理器LM3S6938的一个I/O脚和功率驱动芯片MC1413的输入相连， MC1413的输出与光耦TLP521-1的输入相连， TLP521-1的输出连接IGBT管25N120的控制G极而构成负载调节控制回路；
微处理器LM3S6938的RXIP、RXIN、TX0P、TX0N脚连接网络变压器/RJ45接口芯片HR911105A，构成通讯回路，通过以太网与上位管理机进行通讯，接受遥控指令，上传遥测数据。
控制过程如下：微处理器LM3S6938通过网络变压器/RJ45接口HR911105A从以太网上接收上位管理机遥控指令后，采用PWM脉宽调制方式，由LM3S6938的I/O口连接功率驱动芯片MC1413，来驱动光耦TLP521-1，再由光耦推动IGBT管25N120来控制PTC陶瓷电阻投切，从而来调节待测蓄电池的放电电流，按照电力规程实现电流连续调节，恒流输出；电压、电流传感器把电压、电流强电信号隔离转变为0～5V弱电信号传递给信号调理电路运放LM358（两路，一路电压放大、一路电流放大），经LM358放大后，分别传递给微处理器LM3S6938的两个A/D输入脚，微处理器采集、计算、整理得到电池总电压、放电电流等相关数据，同时监测上述数据的变化，直到有任一数据满足电力规程规定的放电终止条件保护停机或人为中止停机，并实时经网络变压器/RJ45接口通过以太网向上位管理机上传电池总电压、放电电流等遥测数据。
如图2所示，LM3S6938单片机的GND、GNDA、GNDPHY、CMOD0和CMOD1与地线相连接；VDD、VDDA、VCCPHY接3.3V高电平；LDO、VDD25接2.5V高电平。单片机LM3S6938的OSC0、OSC1脚分别与电容C4、C5的一端相连接，电容的另一端接地，并且在OSC0、OSC1之间接一个8M晶体振荡器M1；XTALPPHY、XTALNPHY脚分别与电容C2、C3的一端相连，电容的另一端接地，并且在XTALPPHY、XTALNPHY之间接一个25M晶振M2使单片机正常工作。电阻R1、R2、R3、R4、及网络变压器/RJ45接口HR911105A的TXCT、RXCT共同和3.3V电源相连接，电阻R1另一端与LM3S6938的RXIN脚、HR911105A的RX-相连，电阻R2另一端与LM3S6938的RXIP脚、HR911105A的RX+相连，电阻R3另一端与LM3S6938的TXON脚、HR911105A的TX-相连，电阻R4另一端与LM3S6938的TXOP脚、HR911105A的TX+相连，HR911105A的GND接地；R1、R2、R3、R4、及HR911105A组成以太网接口电路，连接在以太网上。 单片机LM3S6938的RST脚与电阻R11的一端及电容C1的一端相连接，R11的另一端接3.3V电源，C1的另一端接地，完成上电复位功能。LM3S6938的PC4脚和驱动芯片MC1413的1脚IN相连，MC1413的9脚COM与12V电源连接，MC1413的16脚OUT与光耦TLP521-1的2脚相连，TLP521-1的1脚连接12V电源，4脚与+12电源连接，TLP521-1的3脚与电阻R5的一端及IGBT管25N120的G极相连，R5的另一端接地， 25N120的E极与待测电池“-”连接， 25N120的C极接PTC陶瓷电阻的一端，PTC电阻的另一端穿过电流变送器TBC50A后与待测电池“+”连接,PTC电阻、IGBT、TLP521-1、MC1413、R5、R6一起构成容量测试主回路及其控制电路。WPE-DV一次输入端U+与待测电池“+”连接，U-与待测电池“-”连接，电压传感器的+E脚接12V，GND脚接地，信号输出端Us连接R8的一端，电阻R8的另一端与AMP1的3脚相连，电阻R7的一端接地，另一端与AMP1运放LM358的2脚及电位器W1的1脚相连，电位器W1的2、3脚与AMP1的1脚及LM3S6938的ADC0脚相连接，WPE-DV、R7、R8、W1及AMP1一起构成电压信号变送调理电路。电流传感器TBC50A穿心于待测蓄电池“+”和PTC陶瓷电阻连接线，TBC50A的的+E脚接12V， -E脚接-12V，GND脚接地，信号输出端Uz连接电阻R10的一端，R10的另一端与AMP2运放LM358的3脚相连，电阻R9的一端接地，另一端与AMP2的2脚及电位器W2的1脚相连，电位器W2的2、3脚与AMP2的1脚及LM3S6938的ADC1脚相连接， TBC50A、R9、R10、W2及AMP2一起构成电流信号变送调理电路。

Claims (1)

1.一种蓄电池远程智能维护装置，其特征在于：包括上位管理机和由微处理器、电压传感器、信号调理电路、功率驱动电路、光电耦合电路、IGBT管和PTC电阻构成的五大回路；
所述待测蓄电池正极穿过电流变送器连接PTC电阻的一端，PTC电阻的另一端连接IGBT管的C极，IGBT管的E极接至待测蓄电池负极构成容量测试主回路；
所述电压传感器（1）一次输入端并联于待测蓄电池两端极，电压传感器二次信号输出连接信号调理电路的同相输入端，信号调理电路的输出端连接微处理器的一个A/D输入脚构成电压采样回路；
所述电流传感器穿心于待测蓄电池正极和PTC电阻连接，其二次信号输出连接信号调理电路的同相输入端，信号调理电路的输出端连接微处理器的另一个A/D输入脚构成电流采样回路；
所述微处理器的一个I/O脚和功率驱动电路的输入相连，功率驱动电路的输出与光电耦合电路的输入相连， 光电耦合电路的输出连接IGBT管的控制G极构成负载调节控制回路；
所述微处理器的RXIP、RXIN、TX0P、TX0N脚连接网络变压器/RJ45接口电路构成通讯回路；
所述通讯回路通过以太网与上位管理机进行通讯，接受遥控指令，上传遥测数据。
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