220V直流電源在變電站監(jiān)控后臺(tái)的應(yīng)用

胡傳道，劉配騰

（江西吉安供電公司變電運(yùn)行分公司，江西 吉安 343100）

1 概述

某公司所轄變電站共33座，其中220kV變電站5座。為了保證監(jiān)控后臺(tái)電源供電的可靠性，所有監(jiān)控后臺(tái)都加裝了1套或2套逆變器電源裝置。當(dāng)系統(tǒng)220V交流電源正常時(shí)，經(jīng)過逆變器電源裝置內(nèi)的旁路開關(guān)，直接輸出220V交流電壓；當(dāng)系統(tǒng)220V交流電源失電或故障時(shí)，逆變器電源裝置就將220V的直流電壓逆變成220V的交流電壓，并通過逆變器電源裝置內(nèi)的自動(dòng)裝置輸出到監(jiān)控后臺(tái)，使監(jiān)控后臺(tái)始終得到220V交流電壓供電。由此分析，后臺(tái)監(jiān)控電源應(yīng)該是很可靠的。但在交流電源失壓時(shí)，如果遇到逆變器電源裝置本身運(yùn)行不穩(wěn)定或故障損壞的情況，就會(huì)發(fā)生監(jiān)控后臺(tái)因無電源供電而失去監(jiān)控、“五防”與后臺(tái)監(jiān)控?zé)o法對(duì)應(yīng)操作的現(xiàn)象。對(duì)于逆變器電源裝置的存在，從安全性方面分析，多了個(gè)故障點(diǎn)；從可靠性方面分析，運(yùn)行不很穩(wěn)定；從經(jīng)濟(jì)性方面分析，增加了費(fèi)用，也增加了運(yùn)行檢修人員維護(hù)的工作量，并且還增加了直流負(fù)載損耗。此外，逆變器電源裝置在工作中還會(huì)產(chǎn)生煩人的震蕩噪音。若后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)直接用220V交流電壓，又會(huì)因雷電引起過電壓而中斷監(jiān)控或損壞設(shè)備。因此，如果后臺(tái)監(jiān)控電源可以像設(shè)備保護(hù)裝置一樣，直接使用220V直流母線電壓供電，就能避免以上不足。

2 直接用220V直流電源供電的理論分析

為了判定計(jì)算機(jī)能否直接使用直流電源供電，必須先了解計(jì)算機(jī)電源部分的工作原理，以及它采用交流電源和直流電源供電的區(qū)別。正常情況下，將220V交流電壓作為輸入電源，先經(jīng)過扼流線圈和電容濾波去除高頻雜波和干擾信號(hào)，再經(jīng)過橋式整流二極管整流和電容濾波后得到300V直流電壓，然后進(jìn)入電源開關(guān)管及開關(guān)管旁路激勵(lì)電路，并與鐵氧化體磁芯高頻變壓器上的一次繞組線圈連接，開關(guān)管在開關(guān)管旁路激勵(lì)電路的激勵(lì)下與鐵氧化體磁芯高頻變壓器上的一次繞組線圈產(chǎn)生震蕩，使鐵氧化體磁芯高頻變壓器上的二次繞組線圈感應(yīng)出頻率較高的交流電壓，由整流二極管整流經(jīng)電容濾波和穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓、經(jīng)校正變壓器校正后，再由電容濾波，最后得到計(jì)算機(jī)所需的純凈的12V，5V，3.3V低壓直流電壓，這就是計(jì)算機(jī)開關(guān)電源的工作原理。變電站監(jiān)控后臺(tái)及“五防”使用的計(jì)算機(jī)、顯示器等的內(nèi)電源就是屬于這種電源。

若直接接入220V直流電源到計(jì)算機(jī)的交流輸入端，直流電壓經(jīng)過電源電路中的橋式整流二極管后，此時(shí)二極管不是起整流作用，而是發(fā)揮二極管正向?qū)?、反向阻止的唯一特性來保護(hù)電路中的電器元件不被損壞。由于是全波橋式整流，避免了輸入的220V直流電源因正負(fù)極接錯(cuò)，而造成有正負(fù)極極性的電解電容過熱而發(fā)生爆炸的現(xiàn)象或?qū)е缕渌娐吩p壞的故障。交流電壓或直流電壓作為電源輸入后，經(jīng)過整流出來的均是直流電源，再經(jīng)過之前的電源開關(guān)管及開關(guān)管旁路激勵(lì)電路等電路， 而得到計(jì)算機(jī)所需的純凈的12V，5V，3.3V低壓直流電壓。通過分析可知，交流或直流電源作為計(jì)算機(jī)的輸入電源，真正的區(qū)別在于橋式整流電路的作用，交流電壓經(jīng)過橋式整流電路整流后輸出直流電壓，而直流電壓經(jīng)過橋式整流電路整流后仍然輸出直流電壓，即不管是交流電源還是直流電源作為輸入電源，計(jì)算機(jī)均能滿足運(yùn)行要求。

3 直接用220V直流供電的試驗(yàn)與實(shí)踐

經(jīng)過理論分析，再通過試驗(yàn)和實(shí)踐來驗(yàn)證分析是否正確。首先做一個(gè)橋式整流實(shí)物接到220V交流電壓上，將通過橋式整流電路整流后得到的220V直流電壓，直接接入計(jì)算機(jī)和顯示器上，看是否能正常工作。

在將橋式整流接線實(shí)物接入到220V交流電源之前，先測(cè)得220V交流電源插座上的交流電壓為222.3V，再將橋式整流接線實(shí)物插在222.3 V交流電源插座上，測(cè)得橋式整流實(shí)物輸出端直流電壓為212.9V。然后將橋式整流實(shí)物輸出端212.9V直流電源分別接至計(jì)算機(jī)和顯示器電源輸入端，計(jì)算機(jī)和顯示器開機(jī)運(yùn)行均正常。

由于變電站保護(hù)最低動(dòng)作電壓是180V，為驗(yàn)證計(jì)算機(jī)在180V的情況下是否能正常開機(jī)運(yùn)行，將220V交流電源通過一個(gè)半波整流接線實(shí)物接至計(jì)算機(jī)和顯示器，計(jì)算機(jī)和顯示器開機(jī)運(yùn)行均正常。

上述試驗(yàn)證明，用全波橋式整流或半波整流輸出的直流電壓供電時(shí)，計(jì)算機(jī)和顯示器都能正常運(yùn)行。這說明計(jì)算機(jī)或顯示器的開關(guān)電源電路用電范圍寬，且具有交、直流電源直接用電的雙重特性。變電站的直流母線電壓均為220V，電壓質(zhì)量穩(wěn)定，再加上計(jì)算機(jī)和顯示器輸入電壓范圍在100～240V之間，因此計(jì)算機(jī)和顯示器完全可以直接用直流電源供電。

將計(jì)算機(jī)主機(jī)和顯示器直接接在變電站220V直流母線上進(jìn)行開機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)，并測(cè)得直流電壓輸出端子上的電壓是221.9V，計(jì)算機(jī)和顯示器都運(yùn)行正常。

4 使用2種不同電源供電的安全性分析

若監(jiān)控后臺(tái)電源使用逆變器電源裝置供電，當(dāng)變電站交流電壓正常時(shí)，逆變器電源裝置按交流—交流(交流旁路)輸出；當(dāng)變電站交流電壓失壓時(shí)，逆變器電源裝置按直流—交流(直流逆變成交流)輸出?？傊?，逆變器電源裝置是監(jiān)控后臺(tái)供電轉(zhuǎn)換的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，它存在著交流電壓和直流電壓共存的現(xiàn)象，一旦防雷措施不到位，就易發(fā)生交流過電壓損壞現(xiàn)象；同時(shí)，逆變器電源裝置本身容量不夠和運(yùn)行不穩(wěn)定，也會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控后臺(tái)電源失電，其可靠性差。如果監(jiān)控后臺(tái)供電電源直接使用直流電壓，也就是將直流電壓直接接到監(jiān)控后臺(tái)的主機(jī)和顯示器上，就省去了逆變器電源裝置給監(jiān)控后臺(tái)供電轉(zhuǎn)換的這個(gè)中間環(huán)節(jié)，也就消除了逆變器電源裝置轉(zhuǎn)換供電這個(gè)故障點(diǎn)，節(jié)省了直流電壓多出的負(fù)載消耗。監(jiān)控后臺(tái)供電方式由原逆變器電源裝置供電改為直接用直流電源的供電方式后，更簡(jiǎn)單、更方便、更安全、更可靠。

監(jiān)控后臺(tái)計(jì)算機(jī)和顯示器直接使用直流母線上的電壓作電源時(shí)，要通過空氣開關(guān)連接，再加上計(jì)算機(jī)和顯示器的開關(guān)電路自身帶有過流、過壓、恒溫等多種保護(hù)的配合，不存在有影響直流母線電源安全運(yùn)行的因素。

通過以上分析和試驗(yàn)證明，監(jiān)控后臺(tái)計(jì)算機(jī)和顯示器可以直接使用220V的直流母線電壓供電，從而使監(jiān)控后臺(tái)的安全穩(wěn)定運(yùn)行更有保障。

5 使用2種不同電源供電的經(jīng)濟(jì)性分析

公司現(xiàn)有48套逆變器電源裝置，這些逆變器電源裝置的成本費(fèi)、日常運(yùn)行的維護(hù)費(fèi)和故障后的檢修費(fèi)，相對(duì)較高。在監(jiān)控后臺(tái)直接使用直流電源供電后，不僅節(jié)省了上述費(fèi)用，還為運(yùn)行人員減少了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作量，消除因逆變器電源裝置工作而產(chǎn)生的震蕩噪音，凈化了工作環(huán)境。

6 應(yīng)用效果

公司某110kV變電站監(jiān)控后臺(tái)電源的逆變器電源裝置由于容量不足和本身運(yùn)行不穩(wěn)定，無法正常保證監(jiān)控后臺(tái)的可靠運(yùn)行。在直接使用直流母線電源供電后，供電電壓非常穩(wěn)定，監(jiān)控后臺(tái)運(yùn)行也很正常。使用幾個(gè)月來，從未發(fā)生過因電源不穩(wěn)而導(dǎo)致監(jiān)控或“五防”等計(jì)算機(jī)運(yùn)行不正常的現(xiàn)象。目前，公司多個(gè)變電站的監(jiān)控后臺(tái)電源均已改為直流供電方式。