WZCK20系列微机直流监控装置使用说明书v102.docx

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WZCK20系列微机直流监控装置使用说明书v102

WZCK-20系列

微机直流测控装置

使

用

说

明

书

许继电源有限公司

1.概述

1.1适用范围

着电力系统自动化水平的提高和无人值守变电站的普及，对直流系统电源自动化水平的要求也越来越高。

作为直流系统电源的控制、管理核心一微机直流系统监控装置，就是为了满足电力系统对直流电源的这种要求，代替人对直流电源系统进行维护和管理，其具有的四遥功能：

“遥测、遥信、遥控、遥调”，及对蓄电池的智能化管理等功能，能够满足电力系统对直流电源无人或少人值守的要求而开发的产品。

1.2型号说明WZCK一20系列

设计序号

　　　　　　微机直流系统监控装置

2U高3.5寸触摸屏直流监控装置型号定义：

☆WZCK-21：

基本型，不带61850以太网卡和USB及GPS模块；

☆WZCK-21IR：

基本型+RJ45接口61850以太网卡；

☆WZCK-21IF：

基本型＋光纤接口61850以太网卡；

☆WZCK-21/U：

基本型＋USB模块；

☆WZCK-21/G：

基本型＋GPS模块；

☆WZCK-21/UG：

基本型＋USB和GPs模块；

☆WZCK-21IRU：

基本型+RJ45接口61850以太网卡和USB模块；

☆WZCK-21IRG：

基本型＋RJ45接口61850以太网卡和GPS模块；

☆WZCK-21/RUG：

基本型＋RJ45接口61850以太网卡和USB及GPS模块；

☆WZCK-21/FU：

基本型＋光纤接口61850以太网卡和USB模块；

☆WZCK-21/FG：

基本型＋光纤接口61850以太网卡和GPS模块；

☆WZCK-21/FUG：

基本型＋光纤接口61850以太网卡和USB及GPS模块。

3U高5.7寸触摸屏直流监控装置基本型号定义：

☆WZCK-23：

基本型，不带61850以太网卡和USB及GPS模块；

☆WZCK-23IR：

基本型＋RJ45接口61850以太网卡；

☆WZCK-23/F：

基本型＋光纤接口61850以太网卡；

☆WZCK-23/U：

基本型＋USB模块；

☆WZCK-23/G：

基本型＋GPS模块；

☆WZCK-23/UG：

基本型＋USB和；GPS模块；

☆WZCK-23IRU：

基本型＋RJ45接口61850以太网卡和USB模块；

☆WZCK-23IAG：

基本型+RJ45接口61850以太网卡和GPS模块；

☆WZCK-23IRUG：

基本型＋RJ45接口61850以太网卡和USB及GPS模块；　　

☆WZCK-23IFU：

基本型＋光纤接口61850以太网卡和USB模块；

☆WZCK-23IFG：

基本型＋光纤接口61850以太网卡和GPS模块；

☆WZCK-23/FUG：

基本型＋光纤接口61850以太网卡和USB及GPS模块。

注：

每种型号包含220V.11OV.48V和24V共四种电压规格。

2.装置性能特点

2.1系统设计特点

整个直流系统采用分散测量及控制，集中管理的集散模式，这种设计思想使系统组成层次分明，扩容方便、灵活。

以微处理器为核心的集散式测量系统对充电模块、电池组、母线电压及母线对地绝缘情况，实施全方位监视、测量、控制。

2.2模块设计思想

系统采用模块化结构设计思想，每部分承担相对独立的工作，不影响其它部分的工作，一方面提高了系统的可靠性，另一方面也使得系统更便于维护管理。

2.3核心电路部分机

监控装置采用ARM92O下作为内核，主频200MHz，速度快，提高了系统的运行效率。

主电路以CPU为核芯，扩展了各种存储器，包括32MSDRAM,2MNORFLASH.64MNANAFLASH以分别存储各种数据，进行数据备份。

多种存储器提高了数据的存储能力，保证了系统运行的数据可靠性。

2.4开关量输入单元

开关量输入单元集成在微机监控装置内部，共15路，24V电源驱动。

如果采集开关量超过15路，则增加开关量输入模块，其采用独立CPU处理，光电隔离，极大地减少了输入信号误报的可能，对事件处理迅速、实时、准确，增强了系统的可靠性并且便于维护管理。

2.5开关量输出单元

开关量输出单元集成在微机监控装置内部，共7路，大容量DC24V继电器，确保驱动能力，可直接进行控制DC220V直流量。

2.6人机接口界面

新型人机接口界面，大屏幕点阵式真彩色液晶显示器，全汉字显示，分辨率320x240，窗口式界面，界面简洁美观，操作方便；触摸屏输入及菜单式设计，并具有强大的在线帮助功能和组态功能，用户使用无后顾之忧，极大地方便了操作和维护。

2.7通讯功能

微机监控装置提供RS-232、RS-485多种通讯方式与上位机进行通讯，用户可根据需要选择任何一种通讯方式与后台通讯。

另外扩展了1个1OM以太网接口和2个USB接口，可以实现与多个外部智能设备的连接和数据存取，大大方便了设备的维护管理。

2.8装置软件设计

整个微机监控装置采用硬件看门狗监视系统软件的运行，同时软件在设计上采用了软件陷阱、运行数据多级单元存储等多种技术，保证了系统在运行的可靠性和存储数据的不丢失，并且本身具备在线诊断和自恢复的能力。

2.9软件功能特点

监控装置软件系统在综合了多年来直流系统的使用经验，加入了数据输入有效性检查、浮动菜单的实现以及人性化的提示帮助功能。

这些功能可以防止系统出现令人难以预料的错误，在一定程度上减少用户的误操作，并帮助用户及时发现解决问题。

3.技术数据

WZCK-20系列微机监控装置的技术指标如下表所示：

WZCK-20系列微机监控装置技术指标

项目

技术参数

额定工作电压

220（110/48/24）V

工作电压范围

160~300（80一150）V

辅助电源输出

24V/1.5A

通信串口

1个RS485/RS232,5个RS485；通信速率在1200,2400,4800,9600bps之间可设；连接设备数量毛32

GPS对时接口

DC24V开关触点输入

以太网接口

100M

USB接口

2.0、1个USB-A（主），1个USB-B（从）

开关量输入

15路，驱动电压24V

项目

技术参数

开关量输出

7NO,1NC;5A/250VAC（COSφ=1）

1A/220VDC（T=0）

人机界面

LCD显示

3.5、5.7英寸彩色液晶触摸屏

屏幕保护

屏幕保护的时间可以在1一10分钟之间任意设置

绿色LED

“运行“指示

红色LED

“告警“指示

黄色LED

“通信”指示

外形尺寸

2U,3U高机箱

可靠性

装置预期平均无故障工作时间（M丁BF）不小于100kh

绝缘性能

装置中除通信回路外的所有带电回路分别对地之间，用开路电压为500V的测试仪器检验其绝缘电阻不小于100Mc

介质强度

开入、开出回路对地之间应能承受DC3000V（有效值），历时lmiri的检验，无绝缘击穿或闪络现象出现；装置中其它回路对地之间，应能承受DC1000V，历时1mm的检验，无绝缘击穿或闪络现象出现

工作环境

工作温度

一10℃一十50CC,24h平均温度不超过35C。

贮存温度

一10℃一＋55C，在极限下不施加激励量产品不出现不可逆化，恢复后，产品应能正常工作

相对湿度

最湿月的平均最大相对湿度为90%，同时该月平均最低温度为25C，且表面无凝露

大气压力

8okpa一llOkpa

4.装置结构

前视面板如下图所示：

4.1装置外形框图

后视面板如下图所示：

上视面板如下图所示：

4.2装置端口定义

WZCK-20系列微机监控装置的背板端子如下图所示；

WZCK-20索列微机监控装置背板端子示意图

WZCK-20系列微机监控装置的背板有四个接线端子插座，包括辅助电源、开关量输入、通信接口、开关量输出。

各接口端子的定义如下表所示

WZCK-21/23系列微机监控装置辅助电源接口端子A定义

接口名称

端子号

代号

定义

备注

工作电源输入

1

P+

直流正极

通过保护熔断器接入

2

P-

直流负极

4

PE

保护地

直接连接到接地母排

24V电源输出

6

24V+

直流正极

开入驱动电源，与士12V电源共地，二路额定负载总功率48W。

7

24V-

直流负极

±12V电源输出

8

+12V

直流正极

取士12V可作为开入驱动电源使用

9

AGND

电源地

10

-12V

直流负极

WZCK-21/23系列微机监控装置辅助电源接口端子B定义

接口名称

端子号

代号

定义

备注

开关输入

1

DI01

1路开入

从24V直流正极取电后，通过开关触点接入。

2

DI02

2路开入

3

DI03

3路开入

4

DI04

4路开入

...

12

DI12

12路开入

接口名称

端子号

代号

定义

备注

开关输出

13

DI13

13路开入

从24V直流正极取电后，通过开关触点接入。

14

DI14

14路开入

15

DI15

15路开入

16

DI0V

开入公共地

接到24V直流负极

WZCK-21/23系列微机监控装置辅助电源接口端子C定义

接口名称

端子号

代号

定义

备注

COM1

1

T/A

DATA+

接口电平为RS-232或AS-485，可跳线设置，缺省连接后台监控设备。

2

R/B

DATA一

3

GND

数字地

COM2

4

GND

数字地

接口电平为RS-485，缺省连接智能变送仪表。

5

A

DATA十

6

B

0八TA一

COM3

7

A

0八TA+

接口电平为RS-485，缺省连接高频整流模块。

8

B

DATA一

COM4

9

A

DATA+

接口点评为RS-485缺省连接绝缘监测装置和其它设备

10

B

DATA一

COM5

11

A

DATA+

接口点评为RS-485缺省连接开关量采集模块和其它设备

12

B

DATA一

COM6

13

A

DATA+

接口电平为RS-485，缺省连接电池巡检模块。

14

B

DATA一

15

GND

数字地

串口保护

16

pE

保护地

直接连接到接地母

注：

同一通信口可以连接不同类型的设备，但最多不超过32个。

WZCK-21/23系列微机监控装置辅助电源接口端子D定义

接口名称

端子号

代号

定义

备注

告警输出

1

1NO1

缺省组态“交流电源告警

2

1NO2

3

2NO1

缺省组态“整流模块告警”

4

2NO2

5

3NO1

缺省组态“蓄电池组告警”

6

3NO2

7

4NO1

缺省组态“直流母线告警”

8

4NO2

9

5NO1

缺省组态“直流配电告警”

10

5NO2

告警输出

11

6NO1

缺省组态“通信中断告警”

12

6NO2

13

7NO1

缺省组态“其它设备告警”

14

7NO2

15

8NO1

微机监控装置故障

16

8NO2

5.工作原理

5.1硬件工作原理

监控装置采用ARM92O下作为内核，主频200MHz。

主电路以CPU为核心，扩展7各级存储器，包括32MSDRAM,2MNORFLASH,64MNANAFLASH以分别存储各种数据。

此外，为了提高监控装置的可靠性，还设计了硬件看门狗电路。

另外在主板上扩展了6个串口、1个1OM以太网接口和2个USB接口，实现与多个各级智能设备的连接和数据存取。

为了实现人机对话，扩展了I/O接口，以连接触摸屏LCD模块和输出告警继电器。

此外，监控装置的电源板将系统的220V,11OV,48V或24V直流电变换为5V、士12V,24V等电压供给CPU和其它芯片工作

5.2软件工作原理

监控装置软件设计上采用了面向对象的编程方法，结合多年来直流系统设计经验将程序运行软件和系统配置数据分别处理，并增强了不同配置系统的兼容性。

6.装置功能

在系统中，监控装置通过RS-485通信口对整流模块、绝缘监测装置、电池巡检装置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，监控装置还可通过RS-232或RS-485接口与后台计算机通讯。

6.1显示功能

监控装置对下级智能设备上报的各种信息进行处理后实时显示，这些信息包括采集数据、设置参数等，包括系统的交流工作电压、整流器输出电压和电流、蓄电池组电压和电流、直流母线电压和绝缘电阻、整流模块的电压和电流、电池组单体电池电压等。

通过监控装置的LCD触摸屏，可以随时查阅系统运行信息和历史信息、当前告警信息等。

同时，在设置系统参数的过程中，能显示各种设置情况和动态的实时帮助信息。

6.2设置功能

设置功能是将监控装置或下级设备运行过程中需要的参数，通过LCD触摸屏输入到系统中去，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，监控装置会提示设置是否成功。

另外，系统的设置也分为用户级和工厂级两个级别，用户级指的是在监控模块运行的过程中，对一些常用的可更改的参数，用户可自行修改，而且立刻生效；而工厂级设置是核心的、重要的参数，除工厂维护人员外，其他人不可擅自更改，而且在修改工厂级参数后，必须复位上电监控装置，这些参数方可生效。

当然，用户级和工厂级设置都有密码保护功能，并且用户级密码可以随时修改，而工厂级密码则不能。

6.3控制功能

控制功能是监控装置根据所采集数据，对下级设备执行相应的动作。

这些动作包括有：

微调整流模块的输出电压、调节整流模块的限流点、控制整流模块的开关机，控制命令是通过串口发出的。

除监控装置可自动进行这些控制外，用户也可在触摸屏上手动执行这些动作，当然也要通过密码检查。

6.4告警功能

在监控装置中，下级设备产生的告警信息，经过串口发送至监控装置中，此时，监控装置会自动弹出告警屏并显示当前告警信息并会有告警图标提示有告警产生。

同时系统运行中，监控装置也能根据所采集数据自行判断，并产生相应的告警信息。

在告警页面按“杏”和“t”键可以浏览当前所有的告警信息，按返回键则回到系统原来的状态。

6.5历史记录

历史记录是指将系统运行过程中一些重要的状态和数据，根据时间等条件存储起来，以备查询。

这些记录包括历史告警记录、历史事件记录、历史绝缘记录和电池测试记录，同时还具有历史数据的清除和下载等维护功能。

历史告警信息的最大存储量为128条，每一条包括告警的类型、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。

历史事件信息的最大存储量为128条，每一条包括事件的类型（均充、放电或测试）、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。

历史绝缘记录是将每天的直流母线正负极对地绝缘电阻值记录下来，绘制出每月的绝缘电阻变化的图表或曲线。

记录数据的最大存储量为12月，用户可以在LCD上随时浏览；也可通过USB接口下载绝缘历史数据，供用户备份存档。

电池测试记录是将每次电池组放电测试过程的每节电池的电压和内阻值记录下来，包括放电测试浮充时刻、放电测试起始时刻和结束时刻共三组数据，同时输出根据这三组测试数据得出的电池性能分析结果，用户可以在LCD上随时浏览；也可以通过USB接口下载电池测试数据，供用户备份存档。

历史数据的维护包括历史告警和事件记录的清除，以及历史绝缘和电池测试数据的下载。

清除功能是可以清除掉设备投运前，试验产生的历史记录；下载功能是可以通过U盘，存储历史绝缘和电池测试的数据，供用户存档分析。

6.6通讯功能

监控装置通讯包括与下级设备和后台的通讯。

与下级设备的通讯采用RS485方式，实现在一条总线上挂多个设备的目的，使每个串口可以处理多达32个下级设备；与后台的通讯可以采用直接通过串口或以太网近端连接电站监控设备，或串接协议转换设备来实现远程连接。

通讯功能是监控装置最主要的功能之一，系统所有的实时数据和部分告警信息都通过该功能来获取，并且数据的上传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并可在尽量短的时间内响应后台的需求。

6.7电池管理

电池管理是监控装置的核心功能，采用二级监控模式，对电池组的端电压、充放电电流、电池环境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，还能按用户事先设置的条件自动转入限流均充状态，并通过控制充电电压和电流来完成电池的正常均充过程。

另外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，实现全智能化，不需要人工干预。

6.7.1电池管理的基本思想

a）在保证负载电流基本不变，以电池充电电流和总负载电流作为主要参考依据，通过调节整流模块输出电压及限流点，稳定负载电流，控制电池充电电压和电流，防止电池充电过流。

b）以电池充电电流为依据，控制整流器由浮充转入均充。

c）以充电电流，充电时间为依据，控制整流器由均充转入浮充。

d）系统配有温度传感器时，电池的均／浮充电压根据温度作适当补偿。

通过以上管理措施，达到对电池充电过程的自动控制，实现全智能化，不需要任何人工干预，最大限度地延长电池的使用寿命，这是电池管理的中心思想。

6.7.2电池管理的工作原理

a）限流充电

整流器在对电池组充电（浮充或均充）的状态下，当电池的充电电流大于用户设定的充电限流值时，电池管理程序会根据负荷电流的大小，自动调节整流模块的输出限流点，使电池的充电电流限制在用户设定的范围内。

随着限流充电状态的进展，当电池组的端电压上升到用户设定的浮充或均充电压值后，电池管理程序自动调节整流模块的输出限流点到100％额定值，进入稳压浮充或均充状态。

注：

在限流浮充状态下，系统会自动闭锁“浮充欠压”告警信号。

b）自动均充

用户可选择是否采用自动均充这种维护方式，一旦设定，电池管理程序可自动记录均充和浮充的开始时刻。

监控装置在上电或复位初始、或者在交流恢复供电初始，会自动控制整流器对电池进行浮充。

在浮充状态下，若电池组因事故放电等原因使其充电电流大于用户设定的充电限流值，则进行限流浮充，当限流浮充时间达到15分钟后（用户可设定），电池管理程序自动控制整流器对电池进行限流均充。

随着限流均充状态的进展，当电池组的端电压上升到用户设定的均充电压值后，电池管理程序自动控制整流器进入稳压均充状态。

c）自动均转浮充

电池在均充状态下，如果均充时间超过用户设定的均充保护时间，电池管理程序则自动控制整流模块转入浮充状态；或者当电池的稳压均充电流小于用户设定的转换电流值，且电池容量计算累加到100％标称值时，进入倒计时，当倒计时达到用户设定的转换时间后，电池管理程序同样会自动控制整流器转入浮充状态。

d）定期均充

用户可选择是否采用定时均充这种维护方式。

定期均充的时间间隔可以设定，一旦设定，电池管理程序就可自动计算电池定期均充的时间，确定在何时启动定期均充，何时停止定期均充。

所有这些操作都是自动进行的，运行维护人员可以在现场通过监控装置上的显示来明确这一过程，也可在远程监控中心的主机上查看这一过程。

e）温度补偿

用户可以选择是否对电池的均／浮充电压进行温度补偿控制，并可以设置温度补偿的中心点和温度补偿系数。

一旦设定，电池管理程序就会根据电池的环境温度自动对电池的均／浮充电压进行微调。

f）容量分析

监控装置可根据电池电流、充放电状态对电池容量进行估算，并在LCD上实时显示出来，使用户能一目了然地看到电池组容量的实时变化。

g）自动与手动相结合

监控装置可在“自动”和“手动”两种系统控制方式下工作：

在“自动”方式下，监控装置可自动完成上述的所有功能，完全不需要人工干预。

在“手动”方式下，电池的管理交给现场维护人员来完成，维护人员可通过菜单来选择对电池进行浮充或均充，通过调节整流模块的输出电压和限流点实现对电池的稳压限流充电，并且还可以对整流模块进行开关机控制。

手动方式下，监控装置只通过通信采集系统的实时数据，而不对电池作限流充电、自动均充以及均／浮充电压温度补偿的控制，也不作充电过流、过压和欠压报警，但仍可对电池的容量进行估算。

由于长期均充可能导致电池寿命下降或损坏，为了防止在“手动”方式下均充时间过长，监控装置仍然会自动监视均充时间，当均充时间超过用户设定的均充保护时间时，就会控制整流模块转入浮充。

h）异常处理

当直流电源系统出现异常时，为了保证电池不因过充而损坏，同时兼顾到直流负载需求情况，监控装置会自动把电池置为浮充状态，直到系统恢复正常为止。

这些异常情况包括直流母线接地，直流母线过压，电池组均充过压，单体电池过压，单体电池过温，电池组环境温度过高，电池组出口断路，整流模块通信中断，母线电压、电池组电压和电流变送器通信中断，电池巡检模块通信中断。

i）专家维护系统

用户可根据具体工程情况，设定电池的类型、容量和单体数量。

一旦设定完这些基本的参数以后，电池管理专家维护系统会按各类型电池的典型维护数据，自动计算并设置有关的运行参数，如均／浮充电限流值等，极大地方便用户管理，有效地防止不合理的设置参数造成电池寿命下降或损坏。

6.7.3电池管理的维护参数

☆电池类型：

指系统配套蓄电池的型式。

它包括“防酸式铅酸蓄电池”、“阀控式铅酸蓄电池一1”和“阀控式铅酸蓄电池一2"，缺省值：

“阀控式铅酸蓄电池一2"。

☆标称容量：

指系统配套的蓄电池以10小时率标称的容量C10（20℃或25t）

缺省值：

1OOAh.

☆单体数量：

指系统配套的蓄电池以2V单体计算的总数量。

缺省值：

108.

☆浮充电压：

指在基准温度（20℃或25C）条件下，电池组长期浮充运行的充电电压值。

缺省值：

专家维护数据。

☆均充电压：

指在基准温度（20℃或25C）条件下，电池组均充运行的充电电压值。

缺省值：

专家维护数据。

☆充电限流：

指对电池充电时（浮充或均充）限制的最大充电电流值。

缺省值：

专家维护数据。

☆自动均充：

选择电池管理是否对电池进行自动均充维护。

缺省值：

“是”。

☆限流时间：

即浮充限流时间，指电池从进入限流浮充开始到启动均充的时间间隔，即电池连续限流浮充的时间。

缺省值：

15mmn.

☆定期均充：

选择电池管理是否对电池进行定期均充维护。

缺省值：

“是”。

☆均充周期：

指启动定期均充的时间间隔，即电池连续浮充（包含放电期间的时间）的时间。

缺省值：

90天。

☆均充时间：

即均充保护时间，指每次自动或手动均充允许的最长充电时间。

缺省值：

24h.

☆转换电流：

指电池均充进程中，从恒流转入稳压状态后，开始倒计时点的均充电流参考值。

缺省值：

专家维护数据。

☆转换时间：

指电池均充进程中，从转换电流点开始计时，到转入浮充时的持续充电时间。

缺省值：

3h。

☆温度补偿：

选择电池管理是否对电池进行温度补偿控制。

缺省值：

“是”。

如果选择温度补偿控制，则均