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开关电源蓄电池模块高频开关电源在电力系统的应用分析

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目前,我国正大力实施变电站的无人值班管理,因此,对设备的选择将会朝着小型化、无油化、少维护或免维护及自动化程度高的方向发展。高频开关直流电源正能适应这种要求,经过这几年的运行考验,这种产品的性能已逐步成熟、稳定。凭着优越的技术性能和良好的价格性能比,高频开关电源将成为直流电源更新换代的首选产品。

在电力系统中,直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用,是发电厂和变电站比较重要的设备。因直流电源故障而引发的事故时有发生,所以,对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。传统的直流电源多数采用可控硅整流型。近几年来,许多直流电源厂家推出智能化的高频开关电源,这种电源系统具有许多优点:安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等,适应电网发展的需要,值得推广使用。

目前,我国电力系统采用的直流电源也正由传统的相控电源逐步向模块化的高频开关电源转变。高频开关电源整流器的工作原理:交流电源接入整流模块,经滤波及三相全波整流器后变成直流,再接入高频逆变回路,将直流转换为高频交流,最后经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。这种高频开关电源主要由高频开关充电模块、集中监控器和蓄电池组等组成,其中充电模块和集中监控器具有内置微处理器,智能化程度高。高频开关电源系统正常运行时,充电机的输出与蓄电池组并联运行,给经常性负荷供电,同时对蓄电池进行浮充电,以补充蓄电池的自放电。当交流电源输入中断后,由蓄电池组给负荷供电,以保证对负荷连续不间断供电,当交流电源恢复正常后,系统自动对蓄电池进行均充电,对蓄电池大量放电后进行电能的快速补充。

智能型高频开关电源与传统的相控电源比较,主要技术指标均优于部标1~2个等级以上,具有以下特点。

(1)相控电源硅整流器采用1+1主从备份方式,而高频开关电源采用N+1模块冗余并联组合方式供电,即如果N个模块的输出电流能满足充电电流需要,则采用N+1模块平均分配,因此,可提高系统运行可靠性。个别模块故障时,可带电更换,不影响系统的正常运行,扩容维护方便。

(2)可控硅整流器运行于浮充电方式时,直流输出的纹波系数较大,曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故,按部颁要求纹波系数不大于2%。另外,可控硅整流器与蓄电池并联运行,纹波系数较大时,若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象,对蓄电池不利。高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电,使得供电质量和技术参数明显提高。模块采用准谐振技术(或脉宽调制技术)和电流电压双环控制技术,提高开关工作频率,开通损耗小,输出电压的纹波系数很小,一般≤±0.1%额定电压,进而可防止蓄电池脉动充电放电,延长蓄电池的使用寿命,可靠性更高。

(3)高频开关电源整流模块具有内置微处理器,是提高设备管理水平的基础,在满足直流系统故障信号应尽量完善的前提下,使接线简单,安装调试快捷。除了能在面板上直接显示输出电流和电压及模块的各种运行状况外,还能通过监控模块与电力系统的自动化网或变电工区直流班监控系统通信,进行远程监视和对模块各项操作,实现四遥功能。传统的直流电源一般在屏柜上装设电流、电压表和其它专用装置对设备进行监视,且这些测量值不能经通信口实现远程监视(微机型除外)。即使有遥测,也是采用直流采样方式,采样点不多,对反映各种运行状况的信号也以接点方式接至光字牌或遥信屏,因此,接线繁琐,自动化程度低,实现遥控和遥调功能的难度较大。

(4)按部颁要求,充电时稳流精度误差≤±5%,浮充电时稳压精度误差≤±2%。而高频开关电源稳压、稳流精度更高,其误差一般≤±0.5%,可避免对蓄电池过充、欠充,保证蓄电池运行在最佳状态。阀控式电池容量大、维护量小、放电倍率低,适用于大容量的直流电源。从原理性能看,高频开关模块适合与阀控式电池配套使用。

(5)高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能。同时,设有过流、过压及瞬时短路保护,安全可靠的防雷措施,能有效地承受输出短路冲击。另外,采取多重有效措施,防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰。

(6)高频开关电源综合转换效率高,多数厂家的转换效率达到90%以上,而相控电源转换效率一般只有60%~80%。

由于这种电源系统装设有微机型集中监控器,可以支持多种通信协议,与调度中心或变电工区的直流班监控系统通信,对直流系统进行四遥监控,主要功能为:

(1)通过MODEM和电话网与监控中心通信,从通信口读取高频开关电源的信息;

(2)测量模块的输出电流和电压、直流母线电流和电压、电源的输出电流和电压、电池充放电电流和电压等;

(3)控制电源的输出电流和稳流,控制电源的开关机等;

(4)控制高频开关电源实现对蓄电池浮充、均充方式的自动转换;
 
(5)控制硅链的自动或手动投切,保证控制母线的稳压精度,进而保证微机和晶体管保护用电的可靠性,防止造成保护误动;
 
(6)调节充电限流值和总输出电流稳流值;

(7)具有本地和远程控制方式,采用密码允许或禁止方式操作,以增强系统运行可靠性。

同时,这种系统装设有专用微机绝缘监察装置,能实时显示母线电压和正、负母线对地绝缘电阻的大小及发出异常报警,对各回馈线的绝缘情况进行巡检,指示具体发生故障的回路,这种选线功能为查找直流接地带来极大方便。


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