變電站高頻開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用探討

羅慶華　盧建江

摘要：分析了高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的應(yīng)用情況及在實(shí)際運(yùn)行中存在的問(wèn)題，采用高頻開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用的必要性，介紹了高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行起到重要的作用和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高頻開(kāi)關(guān)電源直流操作電源變電站直流系統(tǒng)

0引言

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，為提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量，使電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化，從而對(duì)電力控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備—控制電源的要求也越來(lái)越高。變電站內(nèi)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)裝置、事故照明和電氣設(shè)備的遠(yuǎn)距離操作，一般采取直流電源，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(yùn)行和平穩(wěn)供電。

1高頻開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用的必要性

目前我國(guó)各地的發(fā)電廠、水電站及500KV、220KV、110K、66KV、35KV、6KV等各類老式變電站所使用的直流電源設(shè)備大部分采用的是相控電源或者磁飽和式電源，利用直流發(fā)電機(jī)及硅充電裝置輸出直流，由于受工藝水平和期間特性的限制，上述電源長(zhǎng)期以來(lái)處于低技術(shù)指標(biāo)，基層維護(hù)保養(yǎng)難的狀況。由于受變壓器或可控硅自身參數(shù)的限制，上述電源存在很多不足之處，諸如：初充電流浮充電流不穩(wěn)，系統(tǒng)紋波電壓過(guò)大，控制特性不佳，不便于通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配接實(shí)現(xiàn)監(jiān)控等。同時(shí)，充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)電源紋波系數(shù)較大時(shí)，浮充電壓波動(dòng)或者偏低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)蓄電池脈沖波動(dòng)充電放電現(xiàn)象，對(duì)昂貴的蓄電池組不利，造成蓄電池組或單體的過(guò)早損壞。除了很多技術(shù)指標(biāo)方面的缺陷外，上述電源還存在體積龐大，效率不高，1+1冗余投資大等其他不足之處，應(yīng)該說(shuō)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足飛速發(fā)展的電力工程的需要。智能高頻開(kāi)關(guān)電源以體積小、重量輕、效率高、輸出波紋極低、動(dòng)態(tài)相應(yīng)快、控制精度高、模塊可疊加輸出、N+1冗余等為特點(diǎn)的高頻開(kāi)關(guān)電源逐步取代相控電源或磁飽和式電源，特別是近十年來(lái)電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展以及功率器件制造工藝技術(shù)提高，更使高頻開(kāi)關(guān)電源的可靠性及適用面已大大優(yōu)于相控電源和磁飽和式電源。

2高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的性能特點(diǎn)

高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)是專為電力系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)研制的，裝置本身具有“四遙”功能，采取高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，模塊化設(shè)計(jì)，輸出標(biāo)稱電壓DC220V，可根據(jù)需要配有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，易于與自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)接，適用于各類變電站、發(fā)電廠和水電站使用。以GZDW系列高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)為例，其性能特點(diǎn)如下：①標(biāo)準(zhǔn)單體模塊式結(jié)構(gòu)，可與不同廠家模塊配套。兼容性好。②交流輸入范圍寬，偏差可達(dá)±10％，在電力供應(yīng)狀況復(fù)雜的地區(qū)亦能可靠工作，符合我國(guó)國(guó)情。③具有多項(xiàng)輸入輸出過(guò)欠壓保護(hù)措施。④模塊N熱備，可平滑擴(kuò)容。⑤監(jiān)控系統(tǒng)配有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，方便接入自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)施“四遙”及無(wú)人值守。⑥對(duì)蓄電池自動(dòng)管理及自動(dòng)維護(hù)保養(yǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動(dòng)控制均、浮充以及定期維護(hù)性均充。⑦具有單節(jié)電池巡檢和溫度補(bǔ)償功能。⑨模塊可帶電插拔，更換安全方便。⑨降壓方式采取新型高頻軟開(kāi)關(guān)無(wú)級(jí)雙向調(diào)壓，摒棄傳統(tǒng)硅堆降壓方式，輸出電壓精度高。動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。

3智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的組成及備部分作用智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)由交流配電，絕緣檢測(cè)。監(jiān)控模塊、整流模塊、調(diào)壓模塊，直流饋電等組成

交流配電為系統(tǒng)提供三相交流電源，監(jiān)測(cè)三相電壓、電流及接觸器狀態(tài)：判斷交流輸入是否滿足系統(tǒng)要求，在交流輸入出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、不平衡時(shí)自動(dòng)切斷有故障的一路，并切換到另一路供電。系統(tǒng)發(fā)出聲光告警。裝有三相避雷器，能有效地防止雷擊對(duì)設(shè)備造成的損壞。絕緣監(jiān)測(cè)采用直流微電流傳感器，利用正負(fù)母線對(duì)地的接地電阻產(chǎn)生的漏電流，來(lái)測(cè)量母線對(duì)地的接地電阻大小，從而判斷母線的接地故障。這一技術(shù)無(wú)須在母線上疊加任何信號(hào)，對(duì)直流母線供電不會(huì)有任何不良影響，徹底根除由直流母線對(duì)地電容所引起的誤判和漏判，對(duì)于微機(jī)接地監(jiān)測(cè)技術(shù)是一重要突破。監(jiān)控模塊是整個(gè)直流系統(tǒng)的控制、管理核心，其主要任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)中各功能單元和蓄電池進(jìn)行長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)，獲取系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行處理，并以此為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的全自動(dòng)精確管理，從而提高電源系統(tǒng)的可靠性，保證其工作的連續(xù)性、安全性和可靠性。具有“遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)”四遙功能，配有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，方便納入電站自動(dòng)化系統(tǒng)。整流模塊為合閘母線、控制母線提供正常的負(fù)荷電流，本身具有LCD漢字顯示、操作鍵盤(pán)，模塊工作狀態(tài)和工作參數(shù)一目了然，可以帶電插拔，具有軟件較準(zhǔn)，自主均流、ZVS'軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。調(diào)壓模塊無(wú)論合閘母線電壓如何變化，輸出電壓都被穩(wěn)定控制在220(1±0.5％)V，具有帶電拔插技術(shù)、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和雙向訶壓特性。直流饋電設(shè)有控制輸出、合閘輸出、電池輸入、閃光、事故照明等。控制母線有兩種途徑供電，確保控制母線供電安全可靠。配有智能直流監(jiān)控單元，可測(cè)量母線電壓、電流及開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。

4智能高顫開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的應(yīng)用

智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)在變電站中應(yīng)用以來(lái)，技術(shù)指標(biāo)合理，各項(xiàng)參數(shù)顯示直觀，操作方便，自動(dòng)化程度高，維護(hù)工作量大幅度減少，設(shè)備保護(hù)功能齊全，能可靠動(dòng)作。對(duì)電池能自動(dòng)管理無(wú)須專人維護(hù)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，減少了發(fā)生故障影響正常供電的幾率，具體體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①老式直流系統(tǒng)的相控電源紋波系數(shù)大，其輸出含有的交流成份較大。對(duì)二次設(shè)備影響較大，造成二次設(shè)備誤動(dòng)、損壞、甚至有的設(shè)備無(wú)法正常工作的現(xiàn)象發(fā)生。而應(yīng)用智能高頻開(kāi)關(guān)電源紋波系數(shù)很小，輸出特別穩(wěn)定。②老式直流系統(tǒng)的相控電源采用硅堆調(diào)壓，硅降壓響應(yīng)速度慢，反應(yīng)時(shí)間為幾十毫秒，輸入電壓突變時(shí)在輸出上會(huì)產(chǎn)生很大的、沖擊，因沖擊不穩(wěn)定而易燒壞二次設(shè)備。而智能高頻開(kāi)關(guān)電源采用無(wú)級(jí)調(diào)壓方式，響應(yīng)速度快，輸入電壓突變時(shí)，模塊在200μs內(nèi)調(diào)整完成，過(guò)沖小于5％。③老式直流系統(tǒng)的相控電源充電機(jī)、浮充機(jī)等噪音較大，且無(wú)降溫措施，浮充機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。而智能高頻開(kāi)關(guān)電源噪音小。模塊采用優(yōu)質(zhì)風(fēng)機(jī)降溫，保證了模塊元器件正常工作，使值班人員的工作環(huán)境大大改善。④老式直流系統(tǒng)用的是鉛酸電池或鎘鎳電池，既需要專門(mén)設(shè)置蓄電池工進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，還需要配備維護(hù)電池用的有關(guān)容器、儀表、原料、蒸餾鍋、蒸餾水等。而智能高頻開(kāi)關(guān)電源采用的是封閉式閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池，平時(shí)不需要進(jìn)行一系列的維護(hù)工作，減少了人力物力。⑤老式直流系統(tǒng)的相控電源功率因數(shù)低。一般在0.7以下，效率在60％左右，而智能高頻開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)達(dá)0.9以上。效率高達(dá)94％以上。⑥智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的控制母線有下述兩種途徑供電。確保了控制母線供電安全可靠，做到了直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在交流電正常時(shí)，控制母線可由整流模塊經(jīng)降壓模塊供電；在交流失電時(shí)?？刂颇妇€由蓄電池經(jīng)降壓模塊供電。

5結(jié)束語(yǔ)

智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)在應(yīng)用以來(lái)，性能穩(wěn)定，精度高，安全、可靠性更強(qiáng)，創(chuàng)新點(diǎn)多，收到了良好的效果，取得了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為安全穩(wěn)定生產(chǎn)及其它負(fù)荷提供了可靠的電力保障。智能高頻開(kāi)關(guān)電源逐步取代相控電源或磁飽和式電源已是大勢(shì)所趨，同時(shí)也為變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。在未來(lái)的變電站直流系統(tǒng)的安裝及使用中必將會(huì)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。