智能型高频开关电力直流电源系统应用研究

雷炎斌

摘要：文章分析了高频开关电源在变电站的应用需求，介绍了WATT智能模块化高频开关电源系统的构成及其优点和特点，在此基础上，探讨了高频开关电源在220kV翁江变电站直流操作系统上的应用及存在问题处理。

关键词：智能型：高频开关：直流电源系统

中图分类号：TN86

文献标识码：A

文章编号：1006－8937(2009)16－0128－02

直流操作电源系统作为变电站不可或缺的二次配置设备，它为控制装置、自动化装置、继电保护装置、高压断路器分合闸机构、事故照明等提供直流用电，它的稳定可靠运行及电压质量对变电站设备的正常运作起着至关重要的作用。

近几年由于阀控密封铅酸蓄电池的优越性促使其得到普遍应用，与镉镍碱性蓄电池相比，阀控密封铅酸蓄电池具备免维护的重要特点，该电池容易组成成套装置，在正确使用的情况下，温度为25℃的浮充电使用寿命达到10－15年，电池寿命有明显增长；电池自放电的电流小，25℃下每天的自放电率仅为2％；不存在“记忆效应”，工作时电池容量损失少；密封及抗震性能好，结构紧凑。但是虽然具有上述良好性能，阀控密封铅酸蓄电池对温度、充电装置的要求也是更为严格，过充和欠充电都容易造成蓄电池损坏乃至直流系统瘫痪，因而势必要采用更好的直流电源操作系统，智能型高频开关整流系统很好地满足了阀控电池的要求，得到了广泛应用。

目前220kV翁江变电站使用的WATT智能型高频开关直流电源系统主要由高频开关电源模块和分布式监控系统组成，系统采用分布式微机监控技术和国际先进的三电平桥式软开关技术，并率先在直流系统上应用了现场总线技术，使得各模块以信息交互的方式协同工作。系统采用容错方式设计，数据本地采集，数字信号远传，任一模块均可带电插拔，实现了系统的在线维护，可以直接与变电站综合自动化等智能化设备连接，满足日益增多的无人值班变电站要求。

1WATT智能型高频开关电力直流电源系统特点

①采用三电平桥式软开关电源模块化设计，N+1热备份；

②任一功能模块(如监控模块、充电模块)均可带电热插拔，便于系统的安装和维护，大幅度减少了平时维护工作量；

③采用抢总线式的自主均流技术，各模块之间输出电流的最大不平衡度小于5％；

④控制母线和合闸母线可以实现由充电模块单独直接供电，也可以通过降压装置进行热备份；

⑤可靠的电气绝缘和防雷措施，利用绝缘监测装置实时监测系统的绝缘状态，保证了系统和人身的安全；

⑥分布式控制技术，信号采集模块与微机监控模块组成分布式监控系统，就地采集数据，数字信号传输，抗干扰能力强，便于安装、检修；

⑦采用小母线硬接线布线技术，母线采用国际标准色标识，易于识别；

⑧系统采用IEC(国际电工委员会)国际标准，可靠性和安全性有充分保证。

系统智能化程度高，对系统的每个部分能够通过监控模块进行参数配置；实现全数字控制技术，充电模块、微机监控模块、绝缘监测仪、电池巡检等采用数字化控制技术，充电模块采用三电平桥式高频软开关技术，主拓扑电路应力小，充电模块可靠性高，特别适用于电力直流电源三相整流高输入电压条件下的高可靠性要求；监控系统与现代电力电子、网络技术相结合，对直流电源系统提供“四遥”功能的支持，为无人值班工作提供了前提条件；具有输出电流和电压平滑调节的功能，能够实现蓄电池充电温度自动补偿功能；对蓄电池组进行自动保护和管理，能够对蓄电池的均充、浮充电进行智能化控制，实时监控蓄电池的充放电电流和整组、单个电池端电压，设有电池过压、欠压声光提示和充电限流功能；通过设有的多个扩展通讯接口，通常在变电站会接入如电池监测仪、绝缘监测装置等外部智能设备。

2WATT智能型高频开关电力直流电源系统在变电站的应用

220kV翁江变电站直流系统主要由两路交流输入、交流测控模块、充电模块、防雷模块、整流模块、降压模块、集中监控单元、绝缘监测单元、电池数据采集模块和蓄电池等部分组成：

两路交流电源均正常输入时，运行人员通过交流测控模块设置其中一路输入系统，为各个充电模块提供电源。充电模块将外部输入的三相交流电进行转换。整流为110V或220V的直流电源，经二极管隔离后输出，一方面给二次回路及直流装置(如直流交换机等设备)供电，另一方面给蓄电池浮充电。系统通过监控模块对系统进行监控和管理，每一组蓄电池组均配备有信号采集模块，信号发生后由采集模块进行采集，再汇总到监控模块统一处理，有故障时可以发信号至变电站后台监控系统并发出声光提示。系统的绝缘监测仪是其中一个重要部分，当母线绝缘或支路绝缘被检测到降低获接地时，同样会发送信号至变电站后台监控机通知运行人员处理；当其中一路交流电源发生故障时，通过选择自动切换开关实现系统自动切换至另一路外部交流电源。

当两路交流电源同时发生故障或停电时，充电模块因失去输入电源停止工作，由蓄电池供电带起全部负荷，监控模块发出故障告警信号至变电站监控机，通知运行人员尽快恢复交流电源供电。交流停电期间，运行人员需要通过监控模块密切监控蓄电池电压，当电池放电超过规定单节电池容量(如2 V)时，监控模块会发出告警声响，此时应自动或手动停止放电。外部交流电源输入正常以后，充电模块自动恢复对蓄电池的充电(严格按充电曲线进行充电：主充、均充、浮充电)。

系统采用单母线分段接线，交流电源由站用变系统分别由#2、#5柜引出，经整流后由#1、#2馈线柜引出至各保护屏及测控屏。母线电压110V，翁江站装置设有交流互投回路，能够自动切换事故照明单元，蓄电池正常时在浮充电状态，每组容量400Ah，调压装置置“自动”位置，微机绝缘监测仪对正负直流母线的绝缘电阻和对地电压进行实时监测，集中监控器实时采集直流系统内信号，与本站监控系统保持通信，实现对直流系统的四遥功能。正常时两段直流母线开环运行，负荷按两段分配平衡为原则，不存在环路或寄生。

系统正常工作时，充电模块对蓄电池的均／浮充电压与控制母线允许的波动电压范围相比，往往会高出一些，在翁江站采用多级硅调压装置串联接在充电模块输出与控制母线之间，使得调压装置的最终输出电压能够满足控制母线的电压规定。

翁江站调压装置每档可调5V，共五档，通常打在“自动”档位。蓄电池通常在浮充电状态，当系统连续浮充运行超过设定的时间(可通过监控器键盘设置，出厂设置为3个月)或交流电源故障后，蓄电池放电超过十分钟时，系统自动进行均充。自动均充过程：以监控模块设定的均充电流进行稳流充电，当电压逐渐接近均充电压设定值时转为稳压充电，充电电流小于0.01CIO A后延时1h，自动转为浮充运行，当手动定时均充时，可通过监控器键盘预先设置的均充电压、均充时间，按“均充”按钮即可，过程与自动均充过程相同。

3直流系统存在问题及处理

3.1监控模块故障

①监控一直处于开机启动状态，无法正常工作。可能监控模块的软件在运行中死机，关掉监控模块上的电源开关，重新上电。

②按键无响应、显示屏黑屏、花屏。可能监控模块的软件在运行中死机，关掉监控模块上的电源开关，重新上电。

③监控模块无故障告警显示、光字牌报警。此现象一般是后台的遥信信号使用告警干接点连接，在系统曾有过告警又恢复的情况下，与监控模块配套的系统测控模块的告警干接点相应继电器触点不能释放所致，关掉监控模块上的电源开关，重新上电后即可消除。

3.2交流输入故障：

①充电模块对应的交流输入开关跳闸。需要检查直流回路是否有短路现象，如果经检查直流输出回路有短路现象，应判断是有直流屏外故障引起的还是屏内设备原因引起的，如果屏内设备引起的则需要厂家进行处理；如果和上充电模块对应的交流输入开关，如果开关立刻自动断开，则可能是该充电模块故障或交流开关不良。

②交流接触器不吸合。测量交流输入的线电压和相电压是否正常，是否有缺相，如电压过高、过低或者有缺相，可能交流测控模块保护动作断开了交流接触器；经测量交流电源正常，可以拔出交流测控模块电源接口的插头，如能正常吸合则可能是交流测控模块故障，如果不能吸合则可能是交流接触器的故障。

4结语

智能型高频开关是传统硅整流器、可控硅整流器的替代产品，其性能稳定，可靠性程度高，电池采用免维护蓄电池，以体积小、节能、高效等特点，有效地解决了以往直流操作电源系统的不足，为保障电力系统安全稳定运行提供了可靠的保障。