MACH2系統(tǒng)電源板卡散熱方式研究

鄭華 李君 龐飛 戴迪

【摘要】本文對MACH2直流控制保護系統(tǒng)所使用的一種電源板卡，進行了研究分析，找出了板卡頻繁故障的原因，在此基礎上，提出了使用散熱器代替風扇的散熱方法，并通過現(xiàn)場試運行證明了方法的可行性。

【關鍵詞】MACH2;風扇;散熱器

1.引言

電源板卡是直流換流站控制保護系統(tǒng)使用最多的板卡，起作用是為控制保護系統(tǒng)其他工作設備供電。傳統(tǒng)的電源板卡使用風扇為板卡散熱，雖然散熱效果較好，但由于風扇長期運轉，運行壽命一般較短，且風扇發(fā)生故障停轉時，無法監(jiān)視，最終導致板卡溫度過高引起更為嚴重的故障。

PS891型電源板卡是MACH2控制保護系統(tǒng)的電源板卡，以龍泉換流站為例，2012年由ABB公司提供的PS891電源板卡故障頻繁，其中出現(xiàn)大范圍的電源板卡過熱故障及板卡監(jiān)視節(jié)點故障，危及現(xiàn)場安全生產(chǎn)。ABB廠家對現(xiàn)有在運的PS891板卡可靠性低的問題，未能給出有效的解決方法。龍泉換流站在運的PS891板卡總數(shù)超過1500塊，采用技改方式對全部PS891板卡進行更換，成本高，耗時長。故現(xiàn)場急需找出一種能夠快速提高原有PS891板卡可靠性的方法[1-2]。

2.電源板卡故障原因

通過對龍泉換流站PS891電源板卡故障情況進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，超過80%的PS891電源板卡故障均由板卡溫度高引起。

傳統(tǒng)PS891電源板卡使用風扇進行扇熱，雖然有較好的散熱效果，但風扇容易發(fā)生故障，另外由于空氣流動頻繁，板卡積灰也非常嚴重，如圖1所示。

風扇轉速隨著風扇壽命逐年下降，其散熱效果也逐年降低。而PS891電源板卡自身的自診斷功能無法檢測風扇的運行狀況，這樣往往導致板卡過熱，甚至板卡元器件損壞。PS891電源板卡使用風扇進行散熱，這一不合理的設計，是導致PS891電源板卡，壽命較短且故障頻發(fā)的原因。

3.散熱器散熱方式

PS891電源板卡輸入電壓直流110V，輸出電壓4V，供電功率為40W，其發(fā)熱量并不是很大。對風扇已經(jīng)停運的故障PS891電源板卡進行紅外測溫后發(fā)現(xiàn)，無風扇散熱情況下，PS891電源板卡工作溫度在70度左右?？紤]到以上因素，本文使用翅片散熱器作為風扇散熱的替代方案，如圖2，圖3所示[3]。

圖1 風扇散熱式PS891電源板卡

圖2 PS891電源板散熱示意圖

圖3 散熱器散熱式PS891電源板卡

為了進一步驗證散熱器的散熱效果，使用THERMAX公司的10格溫度試紙對散熱器的工作溫度進行跟蹤。溫度試紙共10格，當散熱器溫度達到一定時，試紙的對應溫度格會變?yōu)楹谏?，如圖4所示。

圖4

4.總結

將經(jīng)過散熱器改造后的板卡進行是運行試驗，經(jīng)過一個月的時間發(fā)現(xiàn)PS891電源板卡溫度在50度左右，板卡工作穩(wěn)定。將板卡放在龍泉換流站進行現(xiàn)場試運行，共更換板卡30塊，經(jīng)過半年多的時間，其溫度均在50度，散熱效果達到板卡工作要求。目前，龍泉換流站，江陵換流站已經(jīng)開始大規(guī)模的板卡散熱器更換工作，已經(jīng)更換散熱器的電源板卡為在發(fā)生故障。

參考文獻

[1]沈志剛，汪道勇.MACH2系統(tǒng)在高壓直流輸電中的應用[J].高電壓技術，2006（09）.

[2]俞曉冬，王麗麗，戴迪.MACH2控制保護系統(tǒng)冗余性研究及其可用性分析[J].電子世界，2012（17）.

[3]ABB.江陵DVD文檔[DK].2003，10.

作者簡介：鄭華（1977—），男 ，工程師，長期從事直流控制保護系統(tǒng)的研究。