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220RS智慧型高频开关直流电源装置在变电站的应用

摘要:讲述了变电站直流操作电源的种类、基本要求,详细介绍了使用220RS智慧型高频开关电源的结构、特点、主要功能、选用,提出了变电站智能型高频开关电源系统日常维护及注意事项。
关键词:变电站;智能型高频开关电源系统;维护
1. 概述
  供给变电站二次电路的电源称为操作电源。操作电源主要向控制、保护、信号、自动装置电路供电,同时还作为事故照明电源。
  传统的操作电源有交流操作电源、硅整流型直流操作电源、蓄电池直流操作电源、。交流操作电源因执行交流操作的继电器,以及断路器交流合闸的操动机构可靠性低于直流电源,一般仅用于小型配电房。硅整流型直流操作电源因不能解决事故照明和事故紧急处理的问题,只能在不重要的小型变电站中应用。蓄电池直流操作电源的可靠性高,在电力系统中被广泛应用,但其充电设备存在效率不高、功率因素低、纹波大,以及电池保持容量低、寿命短等问题。目前我国许多变电站所使用的直流电源设备,由于受变压器或晶闸管自身参数的限制,直流操作电源存在很多不足之处,例如:初充电流、浮充电流不稳,系统纹波电压过高,控制特性不佳,不便于同计算机系统配接实现监控等;充电设备与蓄电池并联运行,当浮充电电源纹波系数较大,浮充电压波动或偏低时,会出现蓄电池脉动充电、放电现象,造成蓄电池组或单体的过早损坏;还存在体积庞大,效率不高,1+1冗余投资大等不足,应该说已远远不能满足飞速发展的电力工业的需要,逐步将被具有体积小、重量轻、效率高、纹波系数小、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N+1冗余等特点的智能型高频开关直流电源系统所替代。后者将整流器、调压装置、馈出电路、保护告警电路及监控系统有机地结合在一起,通过计算机管理,有效地解决了以往直流操作电源的缺陷。220RS智慧型高频开关直流电源装置是一种比较先进,功能比较齐全的智能型直流电源装置。` 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息
2 . 高频开关直流电源装置的基本要求
  为保证变电站直流电源系统的可靠性,有条件的应尽量从两个不同的地方引入交流输入电源,并且两路交流电源具有自动倒换的功能;要选用可靠性高的智能化、标准化高频开关整流设备,在实施过程中,要以可靠性、实用性为基本原则,宜简勿繁;采用模块化、热插拔式结构以便于更换;实施集中监控管理,并合理配置备份设备。任何新技术、新设备未经充分验证和试运行,绝不得进入供电系统。要不断提高维护技术水平,采用集中维护、远程遥信、遥测维护等手段;要经常分析运行参数,预测故障发生的时间和部位,作好事故预想,发现缺陷及时排除。
3 、高频开关直流电源装置的结构、特点和主要功能
  3.1、高频开关直流电源装置的结构
  220RS智慧型高频开关直流电源装置是一种比较先进,功能比较齐全的智能型直流电源装置,它主要由Power,sun —M4监控系统(集中监控模块)和高频开关整流模块K1B10两大部分构成,220RS智能型直流电源系统原理框图见图(1)。Power,sun —M4监控系统是整个直流系统的控制、管理中心,它的主要任务是对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测、获取系统中的各种运行参数和状态、根据测量数据及运行状态实时进行处理,并以此为根据对系统进行控制,实现电源系统的全自动精确管理,从而提高电源系统的可靠性,保证其工作的连续性、安全性、可靠性。Power,sun —M4主监控系统具有:遥测、遥信、遥控、遥调“四遥”功能,能够满足电力系统无人值守变电站的要求,配有标准的RS232/485接口,方便纳入变电站综合自动化系统。
  Power,sun —M4监控系统(集中监控模块)包括主监控器和基础监控单元两部分,主监控器提供人机接口,通过大屏幕LCD液晶显示屏和触摸屏,实现系统运行参数显示、系统控制操作好人和系统参数设置。基础监控单元包括PM4A1交流监控单元、PM4D1直流监控单元、PM4K1开关量I/O监控单元、PM4B1电池巡检单元、绝缘监控单元、标准的RS232/485接口和系统故障输出七部分。
3.2、Power,sun —M4主监控系统的特点
  ⑴.系统以微处理器为核心的集散式监控系统,模块化设计,对交流配电、直流馈电、整流模块、电池组和系统支路绝缘实施全方位的监测和控制。
  ⑵. 采用大屏幕LCD液晶显示屏和触摸屏,实现全汉化显示,除完成常规数据测量,电源系统运行状态的实时显示外,还提供各种菜单、信息提示,屏幕触摸操作,因而轻松地完成人、机间对话操作。
  ⑶.通过显示屏,信号灯及声光报警提供各种工作状态、故障类型、故障部位提示,系统故障可准确定位,使系统维护变的简单有效。
  ⑷.监控系统的软件、硬件采用开放式设计,根据用户不同需要可随时增加、修改监控系统的测量及控制参数。
  ⑸.一套监控系统支持双电池组、母线分段模式的监测,可实现双电池组自动充电管理,两组电池完全独立管理,确保电池安全。
  ⑹. 监控系统模块根据用户设定的充电参数,调整整流模块的充电方式、充电电流,自动地完成电池的精确管理及保养维护。
  ⑺. 电池温度补偿功能,免维护电池的充电电压需要随环境稳定的变化做相应的调整,才能保障电池处于最佳工作状态,延长电池使用寿命。
3.2、Power,sun —M4主监控系统的主要功能
  ⑴.若系统出现故障,则屏幕左下角系统状态显示为“系统故障”,并不停地闪烁,同时配有声音告警。 直接点触“故障”处可查询到当前故障信息。在主窗信息页点触菜单选项可进入主菜单页面。
  ⑵.主菜单下,点触相应的菜单可分别进入“信息查询”、“系统配置” 、“系统设置” 、“系统操作” 、“放电计量”五个窗口。
  ⑶.在信息查询页可查询系统的工作参数和系统的设置数据。有“当前信息”、“当前故障” 、“设置信息” 、“操作信息” 、“电池巡检” 、“绝缘检测” 、“配置信息” 、“历史故障”八个查询选项供用户查询,直接在相应的选项上点触即可查询到相应的内容。 来源:(暂不可见)
  ⑷.当前故障。显示系统当前所存在的故障信息,最多可显示12条故障信息,如交流二路停电、直流监控通讯故障等各类故障。
  ⑸.设置信息参数、操作信息参数与系统设置、系统控制内容一样,但只供班组查询,不可改变各参数的内容。
  ⑹.绝缘检测。显示合母正对地、控母正对地、母线负对地的电压值。电阻值为正表示正接地,为负表示负接地。
  ⑺.系统设置。完成系统自动管理所必须的参数设定,是系统自动管理的基础,非法更改是可能造成严重损害,因此必须进行操作权限管理,即输入正确的密码方可进行设置,严禁班组私自进行密码修改。
  ⑻. 放电计量,可以时实监测两组电池的放电情况,包括放电电压、放电容量以及放电时间。可以点触“清除”按钮来清除放电电量和放电时间,电池处于充电状态时,系统自动暂停计时、计数。
4、高频开关直流电源装置的选用技术要求:
  220RS智慧型高频开关直流电源装置采用深圳市康必达控制技术有限公司产品,该装置由充电屏、馈电屏和电池屏组成。
  4.1、充电部分、馈电部分选用技术要求
  220RS智慧型高频开关直流电源采用K1B10整流模块组成充电装置。采用双回路交流电源供电。当一路掉电,电网电压过低、过高,三相不平衡时,自动将供电切换到另一路电源并发出声光报警。装有闪光装置;电压监察装置;单只电池电压及容量在线检测装置,具备自动巡检和报警功能;微机直流绝缘监察装置应能在线自动寻找接地故障,并具有可区分母线或线路接地及各支路接地选线功能;可分别判断系统故障、绝缘下降(平衡电阻地);过、欠电压故障,装置失电后信息不丢失。能显示接地电压,在选择开关上标明接地极性。单独设置蓄电池放电开关,并引自端子排上。电池组,充电机, 整流,直流装置和控制电路应安装在冷轧钢板制造机柜中。机柜为户内 落地 安 装,采用PK-10型,柜前操作和柜前、后维护。直流控制屏端子排应设有下列接线端子:闪光信号,直流控制输出,合闸输出。直流监察和闪光信号均通过上述端子与外部电气中央信号屏联系,以便中央信号屏发出报警信号,外部闪光回路接本屏闪光电源。直流系统设有绝缘在线监测(具有手动试验,绝缘声光显示报警功能并可以查询、追溯)及接地故障定位装置,电池监测装置,集中监控装置,并能通过统一接口与计算机监控系统通信,达到远方监控目的。直流系统电压为DC 220V,采用单母线接线,两电两充,充电装置采用高频开关电源(模块按N+1配置,N个高频充电模块运行于硅链上端,1个充电模块接于硅链下端的母线),模块电流为2*10+10A。所提供设备应能够在下列电源波动范围内正常运行,不得出现不利影响 ,交流电源电压±10% ,频率50Hz±2% ,在过渡 电压达到额定电压的80%、谐波电压达到10% 时,设备性能应不受影响 。
4.2、蓄电池部分选用技术要求
  蓄电池采用德国“阳光”牌(A412/100A)全封闭阀控式免维护铅酸蓄电池,单只蓄电池额定电压:12V/只,单只蓄电池最高工作电压:13.62V/只;蓄电池组容量:100Ah;蓄电池总数:共18只(每组蓄电池的数量暂按每只浮充电压13.62V计算取18只)。经常性负荷按2h计算;事故照明按1h计算;两路DC48V系统通信电源由DC/DC变换器供电,变电所不另设通信电源。选用德国阳光牌蓄电池,德国阳光A400系列12V 100AH电池36节,每组18节串联运行,使用年限10年,使用年限内如发生质量问题,免费更换整组电池。安装方式为水平放置,且具有单只电池的电压巡检功能及电池组温度补偿功能(-3mv/℃)。所有电池的接线端子都应具备足够的载流能力。电池接线柱应带有接线螺栓。接线柱、螺栓和相关的部件应采用耐电解液的材料。
5. 高频开关直流电源维护
  当智能高频开关电源系统出现故障时,应先查明原因,分清是负载部分还是电源系统,是主机还是电池组。虽说开关电源系统主机有故障自检功能,但它对面而不对点,更换配件很方便,但要维修故障点,仍须做大量的分析、检测工作。如果自检部分发生故障,显示的故障内容也可能有误。
5.1 高频开关电源部分
  高频开关电源在正常使用情况下,主机的维护工作量很少,主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区,空气中的灰粒较多,灰尘将在机内(主要在整流模块内)沉积,当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常,并发生不准确告警,另外大量灰尘也会造成器件散热不好。
  一般每季度应彻底清洁一次,同时在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。
  定期核实智能高频开关电源系统的参数有无变化,防止人为或无意中改变所设置的参数。
  每半年应对智能高频开关电源系统的运行方式进行实验检查,以防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。
  检查主机设备是否正常,保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量;
  对主机出现击穿、熔断保险或烧毁器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新启动,否则会造成更严重的故障。
5.2 免维护蓄电池部分
  因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电池除有存储直流电能的功能外,其等效电容量的大小与蓄电池容量大小成正比。因此,维护检修蓄电池的工作是非常重要的,虽说蓄电池组目前都采用了免维护电池,但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。所以电源系统维护工作的重点还在蓄电池部分。
  蓄电池工作在浮充状态,至少每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电,以达到整组蓄电池性能的均衡。放电过程中如有一只达到放电终止电压时,应停止放电,继续放电须先排除落后电池后再放。
  核对性放电不是追求放出容量的多少,而是发现和处理落后电池,通过对落后电池的处理再作核对性放电实验,这样可防止事故和出现反极性蓄电池。
  日常维护中也可在一组电池中选用8~10只蓄电池作为标示电池,对其进行定期测量并做好记录,作为了解整组蓄电池工作情况的参考依据。
  蓄电池日常维护还需经常检查的项目有:清洁并检测端电压、温度;连接处有无松动腐蚀现象,检测连接条压降;外观是否完好,有无鼓肚变形和渗漏现象;极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出;当发现电压反极性、压降大、压差大和酸雾泄漏的电池时,应及时处理,对不能恢复的蓄电池要及时更换;不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起,否则可能会对整组蓄电池带来不利影响。对寿命已到的电池组要及时更换,以免影响到电源系统和设备主机。
  智能型高频开关电源设备在正常使用情况下,主机的维护工作量很少,主要是防尘和定期除尘。空气中的尘粒较多,当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常,并发生不准确告警,另外大量灰尘也会造成器件散热不好。所以有条件的应尽可能使用自冷式整流模块。
  定期核实智能高频开关电源系统的参数有无变化,防止人为或无意中改变所设置的参数。
  每季度应对智能高频开关电源设备彻底清洁一次,在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。
  每半年应对智能高频开关电源系统的运行方式进行试验检查,以防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。
6、维护注意事项
  智能高频开关电源系统设备,其智能化程度高,电池采用免维护蓄电池,虽然给我们带来了许多便利,但在使用过程中要注意以下几个方面,以确保使用安全。
  高频开关电源系统对环境温度要求不高,在-5~+40℃都能正常工作,但要求室内清洁、少尘,否则,灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。蓄电池则对温度要求较高,标准使用温度为25℃,建议温度范围+15~+30℃。若温度太低,会使蓄电池容量下降,温度每下降1℃,其容量下降1%;蓄电池放电容量会随温度升高而增加,但寿命降低,如果在高温下长期使用,温度每增高10℃,电池寿命约降低一半。
  高频开关电源系统中设置的参数必须控制在规定指标内,在使用中不能随意改变。
  直流电源系统在使用中要避免随意增加大功率的额外设备(负载),也不允许在满负载状态下长期运行。因为,工作性质决定了直流操作电源系统几乎是在不间断状态下运行的,增加大功率负载或在基本满载状态下工作,都会造成整流模块出故障,严重时将损坏变换器。
  由于蓄电池组输出电流很大,存在电击危险,因此装卸、改接导电连接条(线)、输出线时应特别注意安全,使用的工具应采取绝缘措施,以保证人身和设备安全。
  不论是在浮充工作状态还是在放电检修测试状态,都要保证电压、电流符合规定要求。电压或电流过高可能会造成电池的热失控或失水,电压或电流过小会造成电池亏电,这都会影响电池的使用寿命,尤其是前者的影响更大。
  在任何情况下都应防止电池短路或深度放电,因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中,通常放电达到容量的30%~50%就可以了。
  蓄电池应避免大电流充放电,否则会造成电池极板膨胀变形,使得极板活性物质脱落,电池内阻增大并且温度升高,严重时将造成容量下降,寿命提前终止。
7、结语
  再好的设备都有寿命期,也会出现各类故障,但维护工作做得好可以延长寿命并减少故障的发生,不要因为高智能、免维护而忽略了本应进行的维护工作,预防在任何时候都是安全运行的重要保障。


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