微機自控高頻開關電源直流系統的運行與維護

陳耿

摘 要：微機自控高頻開關電源直流系統廣泛應用于變電站、發電廠，作為直流操作機構、繼電保護、自動裝置、控制信號母線等使用的分合閘操作電源、控制保護信號電源、通信及事故照明電源。該文介紹微機自控高頻開關電源直流系統的概況及工作原理，并對其日常運行與維護作了探討，最后對一個直流系統故障的實例進行討論分析。

關鍵詞：直流系統 充電 蓄電池組

中圖分類號：G6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-02

微機自控高頻開關電源直流系統由高頻開關電源（包括充電模塊、監控模塊）、直流饋電單元（包括配電監控、絕緣監測）、閥控蓄電池組（包括蓄電池檢測儀）等組成。目前，變電站多采用GZDW系列設備。

1 設備概述

高頻開關電源的特點是體積小、重量輕、效率高、輸出紋波極低、動態響應快、控制精度高、模塊可疊加輸出。模塊化的充電設備采用N+1備份方式，模塊間自動無主均流，系統電流由N+1個模塊平均分配。充電機中任何一個模塊故障，系統發出故障信號，不影響系統的運行狀態與運行方式。由于采用微機自控，顯示出較高智能化。模塊具有平滑調節輸出電源和電流的功能，通過擴展通訊口，接入智能電池檢測儀和絕緣監測等裝置。隨著系統綜合自動化程度提高，該電源系統遙測、遙信量已都接入集控端，實現遠程監控。

為了提高可靠性，大部分變電站都采用雙充雙蓄形式，對蓄電池自動管理及保護，實時自動監測蓄電池的端電壓、充電放電電流，并對蓄電池的均浮充電進行智能控制。如果電池過、欠壓或充電過流，都會實現聲光告警。

2 工作原理

（1）電壓模塊采用三相三線制380V AC輸入，具有軟啟動功能。在交流輸入端，采用先進的尖峰抑制器件及EMI濾波電路，由全橋整流電路將三相交流電整流為直流電，再經無源PFC調整后大大提高了功率因數。由DC/DC高頻變換電路把所得的直流電壓變成穩定可控的直流輸出。脈寬調制電路PWM及軟開關諧振回路，根據電網和負載的變化，自動調節高頻開關的脈沖度和移相角，使輸出電壓電流在任何允許的情況下都能保持穩定[1]。微機直流系統絕緣監測用兩個變化的分壓器取出正對地電壓和負對地電壓，送A/D轉換器，經CPU處理，數字顯示電壓值和母線對地絕緣電阻值，監測無死區，當電壓過高、過低或電阻過低時發出相應報警信號。

（2）直流饋電單元配置1～6路合閘回路和1～8路控制回路，分別連到合閘和控制母線上。輸出空氣開關聯帶告警開關接點，與空氣開關聯動，空氣開關發生跳閘動作，同時發出開關狀態變化告警信號。采用電壓采樣板測量電池組、控制母排和合閘母排的高壓直流電壓。電壓采樣板將高壓變化為隔離的低壓信號，并且保證在其測量范圍內的良好線性度[2]。在合閘母線和控制母線之間串接降壓硅鏈單元，合閘母線通過降壓硅鏈與控制模塊組成控制母線供電。降壓硅鏈由多只大功率硅整流二極管串接而成，利用PN結基本恒定的正向壓降來產生調整電壓，通過改變串入線路的PN結數量來獲得一定的壓降，達到電壓調節的目的。

3 運行與維護

3.1 微機自控高頻開關電源直流系統

運行注意事項如下：

3.1.1 微機自控高頻開關電源投入運行，裝置配電監控CPU由測量功能進行模擬量及狀態量的采集，通信功能接受監控模塊的命令，將測量數據及處理結果送給監控模塊。比較采集值與系統設置限值驅動故障燈和蜂鳴器進行報警。

3.1.2 微機型直流系統絕緣監測裝置，在線監測直流系統兩段母線的絕緣狀況和支路開關狀況[3]。正常時，監測母線、母線對地電壓及正負母線對地電阻，自動巡檢各支路及接地電阻。顯示接地支路號、接地極性、支路接地電阻和接地日期時間。

3.1.3 蓄電池巡檢裝置在線監測每節蓄電池的端電壓及特征點溫度。

3.1.4 閥控蓄電池組在正常運行中以浮充電方式運行，若設定浮充計時720 h，即三個月系統自動對蓄電池組進行均衡充電。

3.2 微機自控高頻開關電源直流系統應進行普通巡視檢查和定期量化巡視檢查維護。

3.2.1 檢查交流輸入狀態、直流輸出和充電模塊、監控模塊等部件，以及查閱監控模塊的告警信息，包括當前告警信息和歷史告警信息。

3.2.2 屏前屏內設備進行清潔維護，防止塵埃腐蝕元件和影響散熱效率。

3.2.3 蓄電池組單體電池每月應測量各個電池電壓，檢查各連接頭是否接觸良好，有無漏液銹蝕現象。

3.2.4 新安裝或大修后的閥控蓄電池組，應進行全核對性放電試驗，以后每隔2～3年進行一次核對性試驗，運行6年以后每年作一次核對性放電試驗。

4 直流系統故障分析

4.1 故障經過

2011年1月2日13時57分，后臺監控機彈出“公用測控（6N）_#2蓄電池組單體電壓＼溫度告警”信息，復歸后彈出“公用測控（6N）_#2蓄電池組裝置異?！毙畔?。

4.2 故障后的檢查

故障發生后，我們迅速組織人員對直流系統進行檢查。

4.2.1 后臺監控機檢查情況

檢查#2蓄電池組參數（見表1），符合要求。

4.2.2 現場檢查情況

檢查蓄電池巡檢裝置告警記錄時發現有“#29蓄電池電壓異?！毙畔?。經過現場測試，#29蓄電池電壓為2.234 V，符合浮充電壓要求。其他蓄電池電壓也符合要求（見表2）。

注：“交流2”表示交流電源從第二路交流空開輸入，其后面三項依次為UAB、UBC、UCA電壓值?！俺潆姍C”表示充電機輸出的電壓和電流?！皠恿δ妇€”表示動力母線電壓?！翱刂颇妇€”表示控制母線電壓，其后面第一項是其電壓值，第二項是負母對地電壓值?！敖拥仉娮琛北硎菊?、負母線對地電阻值?！半姵亟M”表示電池組的電壓和電流。

由于故障出現后又在短時間內消失，后臺監控機和現場檢查都正常，初步判斷為保護誤發信或接線松動。2 h后，后臺監控機又再彈出“公用測控（6N）_#2蓄電池組單體電壓＼溫度告警”和“公用測控（6N）_#2蓄電池組裝置異?！毙畔?。從而基本確定故障為接線松動。根據巡檢裝置告警記錄“#29蓄電池電壓異?！毙畔?，在得到調度以及上級部門領導同意的情況下，暫時退出第二組充電機系統并轉檢修狀態。拆除#29蓄電池與#27、#28蓄電池的連接線并重新連接。投入運行后至今正常。

5 結語

直流系統為操作電源、信號電源、繼電保護、自動裝置、事故照明電源以及通信系統提供專門的直流電源。在全站停電及母線短路的情況下，能保證迅速切除故障，確保安全運行。因此，變電站的運行人員應對之給予重視，保證直流系統的安全、可靠的運行。

參考文獻

[1] 李均甫.淺談變電站直流系統運行維護的幾個問題[J].繼電器，2004，32（17）：75-77.

[2] GZDW智能高頻開關電力操作電源系統技術手冊.[Z].2002—08—16.

[3] 易志明.直流系統絕緣監測裝置的研究[D].天津：天津大學，2003：1-7.