一種通用型充電模塊試驗(yàn)工具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘? 要：針對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)充電模塊的故障檢測(cè)，介紹一種通用型充電模塊試驗(yàn)工具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，對(duì)其技術(shù)方案及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，并具體論述其使用方法。該裝置的應(yīng)用能夠有效解決直流充電模塊在投入在運(yùn)直流系統(tǒng)前無法進(jìn)行檢測(cè)的行業(yè)痛點(diǎn)，確保在運(yùn)直流系統(tǒng)的安全，同時(shí)使現(xiàn)場(chǎng)故障處理工作一次性完成，提質(zhì)增效。

關(guān)鍵詞：變電站直流電源系統(tǒng);充電模塊;試驗(yàn)

1? ? 研究背景

在變電站直流電源系統(tǒng)中，工作負(fù)荷最大、故障率最高的無疑是直流充電模塊。隨著變電站運(yùn)行年限增加，充電模塊的故障日益增多。江門供電局76%的充電模塊已投運(yùn)10年以上，型號(hào)陳舊，絕大部分已停產(chǎn)，目前主要依靠返廠維修處理，但耗時(shí)較長(zhǎng)、費(fèi)用較高，且返修后模塊的質(zhì)量無法提前檢測(cè)，缺陷處理的安全性、時(shí)效性及經(jīng)濟(jì)性較差。

由于缺少基本的檢測(cè)工具及裝備，班組難以對(duì)返修后的充電模塊進(jìn)行提前自主檢測(cè)，會(huì)發(fā)生到現(xiàn)場(chǎng)更換后才發(fā)現(xiàn)依然故障的情況，不僅造成了人力、時(shí)間、車輛等諸多浪費(fèi)，而且故障的模塊直接安裝到在運(yùn)直流系統(tǒng)上，對(duì)系統(tǒng)安全有很大威脅，甚至可能出現(xiàn)短路爆炸、站內(nèi)直流系統(tǒng)失壓的嚴(yán)重后果[1-2]。

對(duì)此，本文提出研發(fā)一款通用型充電模塊試驗(yàn)工具，并對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的研究和探討。

2? ? 技術(shù)方案

（1）交流輸入采用分級(jí)調(diào)壓方式，利用改變輸入、輸出抽頭來實(shí)現(xiàn)，功率配置以最大220 V/40 A模塊來設(shè)計(jì)，最大輸出功率10 kW;

（2）直流負(fù)荷采用自冷式PTC陶瓷，分別設(shè)計(jì)1 500 W、1 000 W、500 W不同負(fù)荷接入，矩陣式布局來改變負(fù)荷大小;

（3）通信利用工控機(jī)進(jìn)行顯示及控制，將不同廠家通信規(guī)約集成于同一臺(tái)裝置及界面，通過通信狀態(tài)、充電機(jī)控制以及采集充電機(jī)參數(shù)來判定充電模塊的通信是否正常;

（4）對(duì)于新購(gòu)置或返修后的充電模塊能進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試：通過調(diào)壓機(jī)、負(fù)荷變量以及紋波采集、工控機(jī)，可配合測(cè)試充電機(jī)交流輸入過欠壓保護(hù)、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、紋波系數(shù)、通信狀態(tài)、過負(fù)荷能力等主要功能，真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境，保障測(cè)試的有效性;

（5）界面設(shè)計(jì)通信狀態(tài)顯示，二級(jí)菜單用于模塊參數(shù)修改，根據(jù)各種模塊的通信規(guī)約編譯程序，直觀顯示模塊的通信狀態(tài)、輸出參數(shù)，并通過參數(shù)修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電模塊的控制;

（6）配備多種連接接頭及通信規(guī)約，可以按需切換，使得對(duì)不同廠家不同型號(hào)的充電模塊均能進(jìn)行檢測(cè)，通用性好、實(shí)用性強(qiáng)。

整體來看，通用型直流充電模塊試驗(yàn)工具的原理示意圖如圖1所示，其組成主要包括調(diào)壓器、直流負(fù)荷調(diào)節(jié)器、試驗(yàn)端口、監(jiān)控器及表計(jì)。

3? ? 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1? ? 創(chuàng)新性

（1）高度仿真?？煞抡孀冸娬具\(yùn)行參數(shù)，檢測(cè)充電模塊輸出電流、電壓等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

（2）模擬控制?？赡M變電站，對(duì)模塊進(jìn)行控制，檢驗(yàn)?zāi)K的通信功能及響應(yīng)速度。

（3）故障定位。可對(duì)故障模塊各功能進(jìn)行檢測(cè)，確定其哪個(gè)功能出現(xiàn)故障，從而實(shí)現(xiàn)自主修理，有效縮短消缺時(shí)間，降低消缺費(fèi)用。

（4）通用性強(qiáng)。配備多種連接接頭及通信規(guī)約，可以按需切換，對(duì)不同廠家不同型號(hào)的充電模塊均能進(jìn)行檢測(cè)。

（5）安全性高?？蓪?duì)廠家提供的備件模塊或返修模塊進(jìn)行初步檢驗(yàn)，確認(rèn)運(yùn)行正常后再前往現(xiàn)場(chǎng)安裝至直流系統(tǒng)，確保在運(yùn)直流系統(tǒng)的安全。

3.2? ? 先進(jìn)性

（1）模擬真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，檢驗(yàn)輸入、輸出。仿真變電站運(yùn)行參數(shù)，檢測(cè)充電模塊輸出電流、電壓等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo);同時(shí)可對(duì)模塊進(jìn)行控制，檢驗(yàn)?zāi)K的通信功能及響應(yīng)速度。

（2）有效識(shí)別故障部分?？蓪?duì)故障模塊各功能進(jìn)行檢測(cè)，確定其哪個(gè)功能出現(xiàn)故障，從而實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的自主修理，有效提高故障處理效率。

（3）通用性及可拓展性強(qiáng)。配備多種連接接頭及通信規(guī)約，可以按需切換，能對(duì)目前所有在用的不同廠家不同型號(hào)的充電模塊進(jìn)行檢測(cè);日后增加相應(yīng)規(guī)約及接口即可應(yīng)用于新模塊的檢測(cè)。

4? ? 使用方法

4.1? ? 裝置上電

（1）上電前檢查項(xiàng)目：電源線連接良好，直流輸出開關(guān)斷開，交流調(diào)壓旋鈕在“0”位，直流負(fù)荷調(diào)節(jié)器開關(guān)關(guān)閉，負(fù)荷空開全部斷開，試驗(yàn)接口未接入充電模塊;

（2）上電檢查：合上交流電源空開，順時(shí)針調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器旋鈕，觀察交流電壓、電流表計(jì)顯示正常;將交流電壓調(diào)至220 V左右，檢查監(jiān)控器顯示正常;合上直流負(fù)荷調(diào)節(jié)器開關(guān)，檢查風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

4.2? ? 連接充電模塊

連接前檢查充電模塊開關(guān)在斷開狀態(tài)，選擇匹配接口的試驗(yàn)連接線，分別接好充電模塊側(cè)交流輸入和直流輸出試驗(yàn)線，再接試驗(yàn)接口端，然后連接好充電模塊至監(jiān)控裝置通信線。

4.3? ? 模塊測(cè)試

充電模塊試驗(yàn)線及通信線連接好后，投入直流輸出開關(guān)，合上模塊開關(guān)，根據(jù)測(cè)試要求投入負(fù)荷空開，觀察直流表計(jì)顯示正常。

4.4? ? 試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

（1）交流輸入過欠壓保護(hù)：通過調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器旋鈕控制電壓輸出，同時(shí)觀察模塊狀態(tài)，記錄過欠壓電壓值。

（2）直流帶載能力：通過柜門負(fù)載空開，逐步增加直流負(fù)載，記錄模塊帶載數(shù)值。

（3）穩(wěn)壓、穩(wěn)流、紋波測(cè)試：調(diào)節(jié)交流輸入電壓在323～456 V變化，輸出電壓、輸出電流在額定值20%～100%范圍內(nèi)變化，記錄電壓、電流值，計(jì)算穩(wěn)壓精度和穩(wěn)流精度，同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面板紋波系數(shù)表計(jì)顯示紋波值。

（4）通信狀態(tài)：通過監(jiān)控觀察模塊遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)采樣正常，并通過監(jiān)控對(duì)模塊進(jìn)行開關(guān)機(jī)測(cè)試、均浮充轉(zhuǎn)換設(shè)置。

4.5? ? 試驗(yàn)結(jié)束

關(guān)閉直流負(fù)荷調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)交流電壓輸入值為0，關(guān)掉交流輸入電源，拆掉充電模塊試驗(yàn)線及通信線并收好。

5? ? 應(yīng)用情況

從2019年4月起，通用型充電模塊試驗(yàn)平臺(tái)開始在江門供電局變電管理一所檢修中心交直流檢修區(qū)試點(diǎn)應(yīng)用。該充電模塊試驗(yàn)平臺(tái)可適用于不同廠家不同型號(hào)充電模塊的檢測(cè)，班組人員能借助其對(duì)充電模塊提前進(jìn)行自主檢驗(yàn)，包含對(duì)模塊輸入輸出保護(hù)功能、帶載能力、穩(wěn)壓穩(wěn)流能力、紋波系數(shù)、通信狀態(tài)等主要功能進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)運(yùn)行正常后再前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換及投入，確保在運(yùn)直流系統(tǒng)的安全，大大提高了充電模塊故障處理的安全性、經(jīng)濟(jì)性及時(shí)效性，并且也提高了供電可靠性。在一年的時(shí)間中，通過試驗(yàn)平臺(tái)發(fā)現(xiàn)27個(gè)新購(gòu)及返修的模塊依然存在故障，避免了以往直接到站而導(dǎo)致的人力、時(shí)間、車輛等浪費(fèi)，更避免了在運(yùn)直流系統(tǒng)故障引起的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

本次研發(fā)的通用型直流充電模塊試驗(yàn)工具，一方面能對(duì)于故障模塊進(jìn)行初步檢驗(yàn)，探索班組自主修理;另一方面，能對(duì)廠家提供的備件模塊或返修模塊進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，確認(rèn)運(yùn)行正常后再前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換及投入，確保了在運(yùn)直流系統(tǒng)的安全，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了故障處理工作一次性完成。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 郭曉飛.淺析直流系統(tǒng)充電模塊特性測(cè)試[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（30）：160-161.

[2] 胡光偉，代博奧，藍(lán)彬桓.基于PLC的直流電源充電模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2019（2）：48-52.

收稿日期：2020-06-16

作者簡(jiǎn)介：黃偉杰（1989—），男，廣東江門人，工程師，從事繼保自動(dòng)化及站用電源相關(guān)工作。