智能型高頻開(kāi)關(guān)電力直流電源系統(tǒng)應(yīng)用研究

雷炎斌

摘要：文章分析了高頻開(kāi)關(guān)電源在變電站的應(yīng)用需求，介紹了WATT智能模塊化高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的構(gòu)成及其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，探討了高頻開(kāi)關(guān)電源在220kV翁江變電站直流操作系統(tǒng)上的應(yīng)用及存在問(wèn)題處理。

關(guān)鍵詞：智能型：高頻開(kāi)關(guān)：直流電源系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN86

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006－8937(2009)16－0128－02

直流操作電源系統(tǒng)作為變電站不可或缺的二次配置設(shè)備，它為控制裝置、自動(dòng)化裝置、繼電保護(hù)裝置、高壓斷路器分合閘機(jī)構(gòu)、事故照明等提供直流用電，它的穩(wěn)定可靠運(yùn)行及電壓質(zhì)量對(duì)變電站設(shè)備的正常運(yùn)作起著至關(guān)重要的作用。

近幾年由于閥控密封鉛酸蓄電池的優(yōu)越性促使其得到普遍應(yīng)用，與鎘鎳堿性蓄電池相比，閥控密封鉛酸蓄電池具備免維護(hù)的重要特點(diǎn)，該電池容易組成成套裝置，在正確使用的情況下，溫度為25℃的浮充電使用壽命達(dá)到10－15年，電池壽命有明顯增長(zhǎng)；電池自放電的電流小，25℃下每天的自放電率僅為2％；不存在“記憶效應(yīng)”，工作時(shí)電池容量損失少；密封及抗震性能好，結(jié)構(gòu)緊湊。但是雖然具有上述良好性能，閥控密封鉛酸蓄電池對(duì)溫度、充電裝置的要求也是更為嚴(yán)格，過(guò)充和欠充電都容易造成蓄電池?fù)p壞乃至直流系統(tǒng)癱瘓，因而勢(shì)必要采用更好的直流電源操作系統(tǒng)，智能型高頻開(kāi)關(guān)整流系統(tǒng)很好地滿足了閥控電池的要求，得到了廣泛應(yīng)用。

目前220kV翁江變電站使用的WATT智能型高頻開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)主要由高頻開(kāi)關(guān)電源模塊和分布式監(jiān)控系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用分布式微機(jī)監(jiān)控技術(shù)和國(guó)際先進(jìn)的三電平橋式軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，并率先在直流系統(tǒng)上應(yīng)用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，使得各模塊以信息交互的方式協(xié)同工作。系統(tǒng)采用容錯(cuò)方式設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)本地采集，數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)傳，任一模塊均可帶電插拔，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的在線維護(hù)，可以直接與變電站綜合自動(dòng)化等智能化設(shè)備連接，滿足日益增多的無(wú)人值班變電站要求。

1WATT智能型高頻開(kāi)關(guān)電力直流電源系統(tǒng)特點(diǎn)

①采用三電平橋式軟開(kāi)關(guān)電源模塊化設(shè)計(jì)，N+1熱備份；

②任一功能模塊(如監(jiān)控模塊、充電模塊)均可帶電熱插拔，便于系統(tǒng)的安裝和維護(hù)，大幅度減少了平時(shí)維護(hù)工作量；

③采用搶總線式的自主均流技術(shù)，各模塊之間輸出電流的最大不平衡度小于5％；

④控制母線和合閘母線可以實(shí)現(xiàn)由充電模塊單獨(dú)直接供電，也可以通過(guò)降壓裝置進(jìn)行熱備份；

⑤可靠的電氣絕緣和防雷措施，利用絕緣監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，保證了系統(tǒng)和人身的安全；

⑥分布式控制技術(shù)，信號(hào)采集模塊與微機(jī)監(jiān)控模塊組成分布式監(jiān)控系統(tǒng)，就地采集數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，便于安裝、檢修；

⑦采用小母線硬接線布線技術(shù)，母線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)識(shí)，易于識(shí)別；

⑧系統(tǒng)采用IEC(國(guó)際電工委員會(huì))國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可靠性和安全性有充分保證。

系統(tǒng)智能化程度高，對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)部分能夠通過(guò)監(jiān)控模塊進(jìn)行參數(shù)配置；實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制技術(shù)，充電模塊、微機(jī)監(jiān)控模塊、絕緣監(jiān)測(cè)儀、電池巡檢等采用數(shù)字化控制技術(shù)，充電模塊采用三電平橋式高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，主拓?fù)潆娐窇?yīng)力小，充電模塊可靠性高，特別適用于電力直流電源三相整流高輸入電壓條件下的高可靠性要求；監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)代電力電子、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)直流電源系統(tǒng)提供“四遙”功能的支持，為無(wú)人值班工作提供了前提條件；具有輸出電流和電壓平滑調(diào)節(jié)的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池充電溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能；對(duì)蓄電池組進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)和管理，能夠?qū)π铍姵氐木?、浮充電進(jìn)行智能化控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池的充放電電流和整組、單個(gè)電池端電壓，設(shè)有電池過(guò)壓、欠壓聲光提示和充電限流功能；通過(guò)設(shè)有的多個(gè)擴(kuò)展通訊接口，通常在變電站會(huì)接入如電池監(jiān)測(cè)儀、絕緣監(jiān)測(cè)裝置等外部智能設(shè)備。

2WATT智能型高頻開(kāi)關(guān)電力直流電源系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用

220kV翁江變電站直流系統(tǒng)主要由兩路交流輸入、交流測(cè)控模塊、充電模塊、防雷模塊、整流模塊、降壓模塊、集中監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)測(cè)單元、電池?cái)?shù)據(jù)采集模塊和蓄電池等部分組成：

兩路交流電源均正常輸入時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)交流測(cè)控模塊設(shè)置其中一路輸入系統(tǒng)，為各個(gè)充電模塊提供電源。充電模塊將外部輸入的三相交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換。整流為110V或220V的直流電源，經(jīng)二極管隔離后輸出，一方面給二次回路及直流裝置(如直流交換機(jī)等設(shè)備)供電，另一方面給蓄電池浮充電。系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，每一組蓄電池組均配備有信號(hào)采集模塊，信號(hào)發(fā)生后由采集模塊進(jìn)行采集，再匯總到監(jiān)控模塊統(tǒng)一處理，有故障時(shí)可以發(fā)信號(hào)至變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)并發(fā)出聲光提示。系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)儀是其中一個(gè)重要部分，當(dāng)母線絕緣或支路絕緣被檢測(cè)到降低獲接地時(shí)，同樣會(huì)發(fā)送信號(hào)至變電站后臺(tái)監(jiān)控機(jī)通知運(yùn)行人員處理；當(dāng)其中一路交流電源發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)選擇自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)切換至另一路外部交流電源。

當(dāng)兩路交流電源同時(shí)發(fā)生故障或停電時(shí)，充電模塊因失去輸入電源停止工作，由蓄電池供電帶起全部負(fù)荷，監(jiān)控模塊發(fā)出故障告警信號(hào)至變電站監(jiān)控機(jī)，通知運(yùn)行人員盡快恢復(fù)交流電源供電。交流停電期間，運(yùn)行人員需要通過(guò)監(jiān)控模塊密切監(jiān)控蓄電池電壓，當(dāng)電池放電超過(guò)規(guī)定單節(jié)電池容量(如2 V)時(shí)，監(jiān)控模塊會(huì)發(fā)出告警聲響，此時(shí)應(yīng)自動(dòng)或手動(dòng)停止放電。外部交流電源輸入正常以后，充電模塊自動(dòng)恢復(fù)對(duì)蓄電池的充電(嚴(yán)格按充電曲線進(jìn)行充電：主充、均充、浮充電)。

系統(tǒng)采用單母線分段接線，交流電源由站用變系統(tǒng)分別由#2、#5柜引出，經(jīng)整流后由#1、#2饋線柜引出至各保護(hù)屏及測(cè)控屏。母線電壓110V，翁江站裝置設(shè)有交流互投回路，能夠自動(dòng)切換事故照明單元，蓄電池正常時(shí)在浮充電狀態(tài)，每組容量400Ah，調(diào)壓裝置置“自動(dòng)”位置，微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)儀對(duì)正負(fù)直流母線的絕緣電阻和對(duì)地電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，集中監(jiān)控器實(shí)時(shí)采集直流系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)，與本站監(jiān)控系統(tǒng)保持通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流系統(tǒng)的四遙功能。正常時(shí)兩段直流母線開(kāi)環(huán)運(yùn)行，負(fù)荷按兩段分配平衡為原則，不存在環(huán)路或寄生。

系統(tǒng)正常工作時(shí)，充電模塊對(duì)蓄電池的均／浮充電壓與控制母線允許的波動(dòng)電壓范圍相比，往往會(huì)高出一些，在翁江站采用多級(jí)硅調(diào)壓裝置串聯(lián)接在充電模塊輸出與控制母線之間，使得調(diào)壓裝置的最終輸出電壓能夠滿足控制母線的電壓規(guī)定。

翁江站調(diào)壓裝置每檔可調(diào)5V，共五檔，通常打在“自動(dòng)”檔位。蓄電池通常在浮充電狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)浮充運(yùn)行超過(guò)設(shè)定的時(shí)間(可通過(guò)監(jiān)控器鍵盤(pán)設(shè)置，出廠設(shè)置為3個(gè)月)或交流電源故障后，蓄電池放電超過(guò)十分鐘時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行均充。自動(dòng)均充過(guò)程：以監(jiān)控模塊設(shè)定的均充電流進(jìn)行穩(wěn)流充電，當(dāng)電壓逐漸接近均充電壓設(shè)定值時(shí)轉(zhuǎn)為穩(wěn)壓充電，充電電流小于0.01CIO A后延時(shí)1h，自動(dòng)轉(zhuǎn)為浮充運(yùn)行，當(dāng)手動(dòng)定時(shí)均充時(shí)，可通過(guò)監(jiān)控器鍵盤(pán)預(yù)先設(shè)置的均充電壓、均充時(shí)間，按“均充”按鈕即可，過(guò)程與自動(dòng)均充過(guò)程相同。

3直流系統(tǒng)存在問(wèn)題及處理

3.1監(jiān)控模塊故障

①監(jiān)控一直處于開(kāi)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)，無(wú)法正常工作?？赡鼙O(jiān)控模塊的軟件在運(yùn)行中死機(jī)，關(guān)掉監(jiān)控模塊上的電源開(kāi)關(guān)，重新上電。

②按鍵無(wú)響應(yīng)、顯示屏黑屏、花屏?？赡鼙O(jiān)控模塊的軟件在運(yùn)行中死機(jī)，關(guān)掉監(jiān)控模塊上的電源開(kāi)關(guān)，重新上電。

③監(jiān)控模塊無(wú)故障告警顯示、光字牌報(bào)警。此現(xiàn)象一般是后臺(tái)的遙信信號(hào)使用告警干接點(diǎn)連接，在系統(tǒng)曾有過(guò)告警又恢復(fù)的情況下，與監(jiān)控模塊配套的系統(tǒng)測(cè)控模塊的告警干接點(diǎn)相應(yīng)繼電器觸點(diǎn)不能釋放所致，關(guān)掉監(jiān)控模塊上的電源開(kāi)關(guān)，重新上電后即可消除。

3.2交流輸入故障：

①充電模塊對(duì)應(yīng)的交流輸入開(kāi)關(guān)跳閘。需要檢查直流回路是否有短路現(xiàn)象，如果經(jīng)檢查直流輸出回路有短路現(xiàn)象，應(yīng)判斷是有直流屏外故障引起的還是屏內(nèi)設(shè)備原因引起的，如果屏內(nèi)設(shè)備引起的則需要廠家進(jìn)行處理；如果和上充電模塊對(duì)應(yīng)的交流輸入開(kāi)關(guān)，如果開(kāi)關(guān)立刻自動(dòng)斷開(kāi)，則可能是該充電模塊故障或交流開(kāi)關(guān)不良。

②交流接觸器不吸合。測(cè)量交流輸入的線電壓和相電壓是否正常，是否有缺相，如電壓過(guò)高、過(guò)低或者有缺相，可能交流測(cè)控模塊保護(hù)動(dòng)作斷開(kāi)了交流接觸器；經(jīng)測(cè)量交流電源正常，可以拔出交流測(cè)控模塊電源接口的插頭，如能正常吸合則可能是交流測(cè)控模塊故障，如果不能吸合則可能是交流接觸器的故障。

4結(jié)語(yǔ)

智能型高頻開(kāi)關(guān)是傳統(tǒng)硅整流器、可控硅整流器的替代產(chǎn)品，其性能穩(wěn)定，可靠性程度高，電池采用免維護(hù)蓄電池，以體積小、節(jié)能、高效等特點(diǎn)，有效地解決了以往直流操作電源系統(tǒng)的不足，為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。