基于DJX8直流在线监测仪的变电站直流故障信息存储装置的研究

胡湘　叶伟　侯红卫　黄瑞玲

摘要：目前常见的变电站直流监测装置只考虑了直流系统正常运行时各种信息采集，未有直流系统在发生异常时相关故障信息的采集与记录功能。一旦变电站继电保护装置或安全自动化装置因直流系统发生故障导致无法正确动作时，我们对直流系统在发生故障时的各种信息只能通过事后调查分析去获取，给准确地分析事故原因带来了极大的困难。为了准确地获取直流系统发生故障瞬间的相关信息，本文提出在DJX8直流在线监测仪的基础上研制一种变电站直流故障信息存储装置。

关键词：变电站直流系统；直流监测装置；直流故障信息存储装置

0引言

变电站的直流系统是电力系统中不可或缺的一部分，其为保护测控装置和安全自动化装置的正常运行及正确动作、断路器的分合闸操作和GIS变电站刀闸的操作等提供电源，在站用交流失电的情况下；直流电源将通过UPS向变电站提供站用交流电，保障站内交流用电设备的正常运行。直流系统的稳定运行对防止事故扩大，保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。直流系统在运行时将遭受各种干扰，如：直流接地故障等，使直流系统的电能质量受到严重影响，影响着保护测控装置及安全自动化装置的安全运行，给电网的安全运行带来较大隐患。近年来因变电站直流系统出现异常而引起保护装置或者安全自动化装置误动和拒动的事故呈现上升趋势，如：2016年某站6.18主变烧损事件的一个原因是直流系统异常造成保护拒动。而目前大部分的直流绝缘监测装置只能提供直流系统相关参数的实时数据、实时告警信息和一定数量的历史告警信息，对于直流系统来说，变电站内的故障录波装置也只是录取了其母线电压的波形；在直流系统发生故障或者其它异常情况下，我们无法获得其它更多准确和详细的信息，导致事故分析中直流系统方面的数据缺失，给事故原因分析带来了许多不确定性。

为了能重现直流系统发生故障时的情形，在DJX8直流在线监测仪的基础上，研究了一种变电站直流故障信息存储装置，能很好的记录下直流系统在故障状态或告警状态下各电气量的瞬时值及变化情况，为故障分析和快速查找直流系统故障提供了有力数据支持。

1DJX8直流在线监测仪

DJX8直流在线监测仪是杭州高特电子设备有限公司生产的一款智能蓄电池组监测系统，其主要包括监控主机、蓄电池组监护模块、放电模块等，可在线监测每节电池的内阻和电压、电池组端电压、充放电电流和温度，静态放电测试电池容量，综合测量判定电池性能及其变化趋势；具备对失效电池予以显示和报警的功能；同时具备内阻超限、电压超限、温度超限、电压均差值超限等多种故障报警功能。系统具有网络通讯功能，远程服务器可通过以太网对各变电站的蓄电池组监测系统进行实时监控与数据管理。

2DJX8网络通信协议

通信协议是指双方为完成通信所必须遵守的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序等，从而确保网络中的数据能顺利地传送到确定的地方，同时以便对方识别通信的内容。

2.1DJX8网络通信协议的数据类型和命令类型

DJX8网络通信协议的数据类型和命令类型见表1和表2

2.2DJX8网络通信协议中数据的传输和存储

对于16bit数据类型，先传输高字节，再传输低字节。对于32bit浮点型、32bit整型等32bit数据类型，先传输高16bit字，再传输低16bit字。字符串数据传输时先传输较靠前的字符。布尔型数据主要分布在离散输入寄存器中。离散输入寄存器实际以字节为单位存储和传输。较低地址的寄存器存储在一个字节的较低位上，传输时，先传输较低地址的寄存器值。存储较低地址的8个寄存器的字节先于存储较高地址的8个寄存器的字节传输。

3直流故障信息存储装置

3.1装置硬件

直流故障信息存储装置的主要硬件是一台PC机，其通过网线与DJX8智能蓄电池组监测系统通信，读取监测系统采集的电压、电流数据、蓄电池的相关数据以及其告警信号等。其电源采用变电站的UPS电源，能保障其稳定运行。其物理连接示意图如图2。

3.2装置软件

软件主要由数据库、故障录波部分和數据显

示分析三个部分组成。数据库有两个：实时数据库和保存历史数据的历史数据库；软件读取DJX8智能在线监测仪的实时数据分别存入两个数据库，实时数据库用于软件界面的实时监测显示和录波启动后提供录波数据，历史数据库为录波启动后提供故障前一段时间的故障录波数据。录波的启动包括两个方面：一方面是读取到DIx8智能在线监测仪的告警信号，另一方面是直流故障信息存储装置软件设定的判据成立时；其判据对应的直流故障主要是直流系统绝缘降低（直流接地）、交流窜入、直流大负载动作、直流母线电压异常等。录波文件生成后存储在Pc机硬盘中一个指定的文件夹中，每个录波文件按录波的时间命名存储于其中，便于故障后录波文件的调取和拷贝。故障录波的流程框图如图3。数据显示分析部分由实时监测数据波形显示和故障录波数据显示分析组成。实时监测数据波形显示主要是显示直流系统电压、电流的实时值，故障录波数据显示分析以录取的模拟量数据为基础，进行相关计算处理，分解出直流分量、交流分量、谐波分量，进行生产相关曲线，以便故障分析。

4现场模拟试验

在软硬件安装完毕以及相关调试完成后，对该系统进行了一次现场模拟试验，分别进行了直流系统绝缘降低模拟（高阻接地故障）、直流系统大负荷冲击测试，以检查录波能否准确启动、录波数据与波形是否能完整地反映故障现象。

4.1直流母线负荷变动模拟试验

在不影响直流负载正常运行的情况下，通过对直流系统环供负荷转移的方式实现直流母线负荷变动的模拟试验。其录波如图4，由图可知，直流母线负载变化对直流系统的影响主要是负载退出和投入的瞬间，将产生较大的冲击电流。

4.2直流母线交流窜入试验

用一个可调交流电源输出一个较小的交流电压，然后串联一个高阻接入直流系统来模拟直流母线窜入交流的试验。其录波如如5

4.3直流系统绝缘降低试验

模拟直流系统绝缘降低试验采用直流母线后者支路经电阻瞬间接地的方式，其录波图如图6。

从直流母线交流窜入试验录波图和直流系统绝缘降低试验录波图的对比可得出，两图的故障母线电压变化趋势有很大的相似之处，因为交流系统是接地系统，而当交流窜入直流系统时，也就相当于直流系统出现了接地故障，从而直流系统的绝缘也降低了，所以两种情况的波形很相似。

5结束语

本文所研究的变电站直流故障信息存储装置具有如下特点：

1、基于DIx8智能在线监测系统设计的，所需的监测原始数据均由DJX8智能在线监测系统提供，减少了数据采集部分的软硬件设计，节约了一定的成本。

2、通过现场模拟试验，证明其能很好地记录故障发生时的相关数据及其变化趋势，能为事故分析提供有力的数据支撑。

3、因D1x8智能在线监测系统的监测数据局限，少部分可能引起直流系统故障的量无法反应，如：直流充电机的交流进线电压的变化等。