基于电脑钥匙易损状况与改进措施的分析研究

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(1.国网广元供电公司，四川 广元 628000；2.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

在电力系统中，被广泛应用的五防程序锁及电脑钥匙在倒闸操作中起到检测判断，逐锁打开，每步正确，才能实施操作的规范约束，由此提高了安全可靠性[1]。但因电脑钥匙为移动式工作，需蓄电池作为能源支撑，使用后必须补足电能。

现生产厂家对蓄电池都设计为使用缺电后，强制充电、浮充维系的方式。这样存在以下不利因素：

一是报废快。蓄电池长期充电，其中金属与化学元素不停运动反应，在热饱和状态下，老化快，寿命短，给工作造成严重影响。

二是耗能高。充电是必需的，但在充满后不中断电源长期浮充，仍有几瓦至几十瓦的电能在消耗，计及全国全省电脑钥匙，这不是一个小数目。

三是费用大。一台电脑钥匙8000余元，重购更换将增大经济损失。

四是影响环境。所用电池常为镉、镍、铅、锂等重金属和氢氧化钾等电解液制成，这些物质在大自然中对水源和土壤都会严重污染，甚至对人体造成危害。

综上所述，为延长蓄电池使用寿命，减少废弃污染开展了电脑钥匙充电控制器的探索研究。

1 结构原理

为解决蓄电池热浮充、老化快的问题，经分析探索，决定引入智能手段，限制每天充电时间，让蓄电池绝大多数时间处于冷机状态，由此大幅改变不利因素。充电控制器主体结构见图1。

图1 充电控制器主体结构

五防电脑钥匙充电控制器由4个单元组成，分别是：

1)交直流转换器。将220 V电源通过降压、整流、滤波、稳压，转换为适合于仪器内部各功能元件运作的直流工作电源。

2)限时充电控制器。采用时钟芯片设计的计时、定时控制器。利用该装置设置每天2 h的导通供电，其余时间截止断电，以此减少蓄电池热浮充时间，延长五防电脑钥匙使用寿命。

3)快速充电控制器。当一个开锁程序操作完毕，紧接着需要进行下一个开锁操作时必须对蓄电池进行紧急充电的情况，专项增设了一个随时启动电源快速充电控制，完成快速充电的方式。

4)电脑钥匙充电器。考虑到现场相关仪器型号、结构、恒压源、恒流源等充电方式不统一，为此将限时和快充两种方式并接到同一个电源转换器，再将原有充电器接入该电源转换器，既维护原有结构体系，又置入新的限时充电控制功能。

2 充电控制器电路设计[2]

2.1 交直流转换

充电控制器内部功能元件要运作，必需具备工作电源，该电源一般采用12 V直流。交直流转换电路见图2。

在图2下部，交流220 V电源在开关K1合上后，经变压器降压至12 V，再经D1-4桥式整流、电容C1滤波、三端稳压器WY1稳压，将直流正负极分别送往上端时间控制器。

2.2 时间控制电路

倒闸操作并非天天有，电脑钥匙亦不常用，为改变热浮充老化快的问题，决定采用每天限制充电2 h、其他时间断电的处理方式，做了图2上部的电路设计。

图2 时钟控制电路

图2上部IC1是CY-56型智能时钟芯片，它含有晶振、分频、存储等硬件电路，并经软件编程，对分、时、周等进行迭加计算，通过K6-8功能开关和K2-5数字键进行校时和定时设置，做好控制准备。

在图2中，12 V稳压电源正极经R2、R3分压为1.5 V，接往时钟芯片IC1的13脚，IC1的14脚连接负极，作为工作电源。在设置时间到达时，IC1的3脚输出高电平，使复合功放管BG1、BG2导通，继电器J1启动，常开结点J1-1闭合，将220 V交流电经保险管BX2接通，向五防钥匙充电器CDQ供给经时间控制的工作电源。

2 h后，设置的停电时间到达，IC1第3针脚截止输出，BG1、BG2失电，继电器J1关闭，常开结点J1-1断开，蓄电池停止充电。

图2中经电阻R1分压，发光二极管Fg1点亮做为工作指示。

基于设计所做的时间控制充电器如图3所示。

在图3中，上面是插接被充电脑钥匙的槽孔，可替换以适用多种类型；中间是功能指示灯和时钟数字显示屏；下面为校时、定时触摸开关。

图3 自制时控器

图4 定时转换器

3 快速充电设计

当完成某项倒闸操作后，按要求须进行紧急充电，以备下次操作使用。但此时控制器不一定在设置的限时充电时间段内，满足不了充电要求。为此，增设了快充设计。

快充电路有两大任务要完成：1)缺电速充；2)充满断电。为此，选取了计时控制方式进行处理。

图4是PY—08型定时转换器，内含交直流转换器件及智能时钟芯片，已做好硬件连接和软件编程；外部有“设置”按钮，可做1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h的倒计时选择；面板配有万能插座，被控仪器电源头插入此处，即可开展工作。

快充定时转换器插上电源，若未设置时间或指示灯全灭时，可按下“设置”开关，每按一次，相关指示灯对应数字升高一位，根据被控器件所需运作时间，进行1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h的选择，取值完成后松开手，仪器即开始工作提供电源。

所设时间计时完成，时控器自动断开电源，停止供电。仪器设置时间后只运行一次，若不重新启动，将不再供给电源。

仪器具有记忆功能，在上次设置后，若无改变，仪器仍按原定时间运行，由此减少了相同仪器的繁琐操作。

上述设计能满足五防电脑钥匙快速充电所需的选时定时、充满断电、一次供电的要求，结合每日限充2 h控制功能，共同发挥作用，实现对蓄电池的有效充电控制并消除热浮充影响。

4 整体设计方案

实际连接使用方法见图5。

图5 实用连接

在图5中，1为220 V电源插座，2为两仪器的电源插头，3为快充定时仪器，4为限时充电仪器，5、6为不同形式的五防电脑钥匙，7、8为五防电脑钥匙配套的充电器；9为四套仪器的电源插头，它们都统一插入电源板10的相应插座11中，中间的插座为快充仪和限时器向电源板输入的控制电源，两侧的插座是从电源板接收被控电源。

所做的改进设计，有3项特点：

1)快充供电。据统计，电脑钥匙使用后，补充充电时间一般有3～4 h即可，所设计的定时转换器可在10 h内选择设置，充电时间满足要求；再者，即便时钟放宽一些，蓄电池充满后，在原充电器中短时间续充影响不大，不会像长期热浮充老化、损伤严重，故使用环境更加宽松可靠。

2)双控制器运作。每日限时充电是设定的，而快速充电是随机的，两者多数时间独立工作，也有可能出现时间重叠，共同向电源板提供220 V交流电源，这只是并联运行，不产生附加影响。

3)使用原充电器。利用原充电器的有效功能，维护了各充电器自身的恒压源、恒流源、充电参数的工作特点，保证了电脑钥匙的充电质量。

设计方案实质采用了倒计时与正计时两种控制方式，将快充和限时充电相结合，彼此互补，能确保电脑钥匙在倒闸操作中的电量需求和功能发挥。

目前所设计的方案还存在着快充定时转换器与限充定时仪的分体工作问题。为此，今后将进一步分析研究其元件配置和电路结构，尽量将两者合并一起，形成整体仪器，使之用于现场更加方便简化。

5 结 语

在对五防电脑钥匙损坏报废快的问题中，分析查找到了蓄电池热浮充是主要原因，并制定了改进方案，实现了缺电快充、待机限充的双层功能，既保证电脑钥匙在使用中有足够能量，又使其多数时间处于冷机状态，这样可以延长电脑钥匙使用寿命、降低投资、节约能源、减少环境污染等。