高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)的應用

陳洪巖　徐旺盛　管潔

摘 要 高頻開關(guān)直流電源裝置，節(jié)能效果顯著，高可靠性和優(yōu)秀的各項技術(shù)性能指標、全自動化管理。產(chǎn)品應用有源嵌位、零電壓、零電流軟開關(guān)及無主式雙向通訊等新技術(shù)、產(chǎn)品的設計有創(chuàng)新和突破，是電力系統(tǒng)自動化的首選產(chǎn)品。本文簡要介紹了原有直流電源的存在問題，以及改造后的高頻開關(guān)直流電源的性能特點和工作原理，在運行過程中顯現(xiàn)的安全穩(wěn)定性能。

關(guān)鍵詞 高頻開關(guān)；直流電源；四遙功能；絕緣監(jiān)測；低差自主均流

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）24-0067-01

煤礦供電安全要求越來越高，如果發(fā)生全礦停電事故，將影響礦井的提升、通風、排水等系統(tǒng)，影響礦井的安全生產(chǎn)，事關(guān)職工的生命安全。為保障礦井正常的生產(chǎn)秩序，提高礦井的供電安全，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的自動化，使供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行，作為電力控制核心裝置的直流電源系統(tǒng)技術(shù)要求也越來越高。直流電源是為繼電器保護裝置、斷路器分合閘、信號系統(tǒng)、UPS、通信等各個系統(tǒng)提供安全、可靠的工作電源。所以直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性直接關(guān)系到變電站的安全運行。

1 更換高頻開關(guān)直流電源的原因

北宿煤礦35 kV變電所建站較早，因受當時技術(shù)條件的限制，變電站直流系統(tǒng)是鉛酸蓄電池的KGCA-50/98～360直流電源。設備運行過程中存在諸多問題。1）設備故障率高，維修量大；2）設備損壞后找不到相同或相匹配的配件；3）相控電源浮充電壓易波動，出現(xiàn)蓄電池脈動充放電頻繁現(xiàn)象，對蓄電池損害極大，影響電池壽命；4）電源充放電頻繁，電量供應不穩(wěn)，影響保護裝置、分合閘正常運行，且不利于計算機系統(tǒng)監(jiān)控；5）饋出線路少，不能分路控制；由于以上原因，現(xiàn)有的直流電源給變電站的安全、可靠運行帶來了嚴重的威脅。

2 高頻開關(guān)直流電源的結(jié)構(gòu)

在保證與變電所現(xiàn)有微機保護系統(tǒng)相匹配，直流電源運行數(shù)據(jù)在保護界面能夠兼容的前提下，變電所選用了HGDW型高頻開關(guān)直流電源，該裝置為雙電源系統(tǒng)，屏柜結(jié)構(gòu)為分屏柜，容量為150AH，系統(tǒng)的主要特點：1）開關(guān)電源特有的模塊化設計N+1熱備用；2）超寬的電壓輸入范圍，電網(wǎng)適用性強；3）充電模塊可帶電插拔，在線維護方便；4）轉(zhuǎn)換效率高，電磁干擾小；5）可通過監(jiān)控模塊進行系統(tǒng)的參數(shù)設置，界面友好操作方便；6）具備平滑調(diào)節(jié)輸出電壓、電流、蓄電池自動溫度補償?shù)裙δ埽?）開放式接口具有強大的通訊功能，方便與變電站RTU裝置連接；8）三級集散式監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對電源系統(tǒng)的遙測、遙控、遙信、遙調(diào)；9）蓄電池自動管理及保護，實時自動監(jiān)測蓄電池的端電壓、充放電電流、并控制蓄電池的均充和浮充，設有電池過/欠壓和充電過流聲光告警。

3 系統(tǒng)組成以及運行的原理

系統(tǒng)主要有電源切換模塊、充電模塊、防雷模塊、電源管理模塊、電池巡檢模塊、接地選線模塊、自動調(diào)壓模塊、配電監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊組成。存在兩種電源的系統(tǒng)交流，交流切換控制電路選用一路進行輸入，借助交流配電單元為一系列充電模塊供電，充電模塊轉(zhuǎn)換三相交流點成220V/110V直流，通過隔離二極管進行隔離之后輸出，一是為電池充電，二是為負載帶來運行電源，監(jiān)控位置借助集散形式控制與監(jiān)控系統(tǒng)，模塊監(jiān)控電路與配電監(jiān)控電路采集處理充電模塊工作參數(shù)和饋電柜、充電柜的工作參數(shù)并且能夠借助人機交互操作方式對來控制與設計系統(tǒng)。在交流輸入異?；蛘呤峭ｋ姷臅r候，充電模塊不再運行，通過電池為負載供電，監(jiān)控模塊對電池的放電時間和電壓進行監(jiān)控，在電池放電至設計欠壓點的時候，監(jiān)控模塊發(fā)出警告，交流輸入正常運行之后，充電模塊對電池進行充電。借助移相諧振高頻軟開關(guān)電源技術(shù)模塊的充電模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)94%以上的效率。模塊借助一體化的通訊、輸出、輸入端口，能夠帶電進行拔插。應用低差自主均流技術(shù)的模塊間均流，一系列模塊同時進行工作，有著很好的均流技術(shù)。電源系統(tǒng)的控制管理中心是電源監(jiān)控系統(tǒng)，實施控制集中管理與分散測量的集散模式，涵蓋配電監(jiān)控與充電模塊監(jiān)控。充電模塊通過監(jiān)控板測量充電模塊的運行參數(shù)，為監(jiān)控模塊傳送數(shù)據(jù)，并且對監(jiān)控模塊發(fā)出的控制命令進行接收，對充電模塊啟/停、限流點變化、充電模塊均/浮充控制進行控制，以及對充電模塊電壓進行調(diào)節(jié)。借助通訊口的配電監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控模塊對充電模塊絕緣檢測儀、電池檢測儀、饋電柜、充電柜等下級智能裝置進行數(shù)據(jù)上的采集，進行報警處理，歷史數(shù)據(jù)管理。最后監(jiān)控模塊通過接口與后臺計算機通訊對模塊匯集電源系統(tǒng)一系列數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，借助整理分析運行情況，以全自動地管理電池充電和電源系統(tǒng)。

4 高頻開關(guān)直流電源的應用情況

高頻開關(guān)直流電源經(jīng)過運行，逐漸顯現(xiàn)了優(yōu)越性能，系統(tǒng)自動化程度高，維護工作量少，設備保護功能齊全，能可靠動作，電池能自動管理無須專人維護，設備運行穩(wěn)定可靠，從未發(fā)生影響正常供電的現(xiàn)象，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）直流電源系統(tǒng)與變電所現(xiàn)有微機保護系統(tǒng)能夠兼容相匹配，高頻開關(guān)直流電源的運行數(shù)據(jù)實時顯示在微機保護界面上，通過兩套系統(tǒng)的兼容，減少了設備的投入，降低了資金的使用。2）電池自動管理無須專人維護，維護工作量大幅度減少，減少了勞動成本。3）采用無源PEC技術(shù)，功率因數(shù)大于0.92。無級調(diào)壓電壓穩(wěn)定，電源紋波系數(shù)小，避免了二次設備的誤動作以及損壞。4）監(jiān)控采用模塊式結(jié)構(gòu)設計，每部分承擔相對獨立的工作，某一部分出現(xiàn)故障不影響其他部分工作，提高了系統(tǒng)的安全性，并且維修簡單快捷。5）保護靈敏可靠，在整個變電系統(tǒng)出現(xiàn)故障（二次線接線錯誤、線路接地等），能夠監(jiān)測數(shù)據(jù)錯誤并及時報警，提高了維修效率，避免了供電事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

北宿煤礦35 kV變電所所使用高頻開關(guān)直流電源，經(jīng)過運行性能穩(wěn)定，安全可靠。設備整齊布局合理，在各級達標檢查中，受到了一致好評，取得了良好的社會、經(jīng)濟效益，為礦井的安全供電提供了可靠保障。

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作者簡介

陳洪巖（1975-）男，漢族，山東微山縣人，大學，助理工程師，副廠長，研究方向：電力自動化。endprint