智能高频开关直流电源系统的应用和改进.pdf

冶金设备管理与维修 第 2 4卷 2 0 0 6 ． 4 总第 1 2 4期 智能高频开关直流电源系统的应用和改进 艾而肯杨红松 新疆八一钢铁公司炼铁分公司 乌鲁木齐 8 3 0 0 2 2 摘要介 绍 了智能高频 开关直流电源 系统的组成及 均流方式、 散 热防尘等 问题 。 关键词 高频开关直流 电源模块 阀控密封铅酸蓄 电池 可控硅整流直 流电源系统 均流 目前， 炼铁分公司变配电站及高压室中正在运行的直 流操作电源系统有很多仍是较落后 的可控硅整流直流电源 系统 ， 存 在较多 的缺陷 ， 易引发多种 事故 ， 从 而造 成重大 损 失 。 特别是 随着 阀控密封铅 酸蓄 电池 的推广应用 ， 对直流操 作 电源系统提 出了更高 的要求 ， 因此 ， 原有的直流操作电源 系统 已不再适应于 阀控密封铅酸蓄 电池 的要求 。现 已普遍 采用智能高频开关 电源模块与阀控密封铅酸蓄 电池配套使 用， 其具有体积小、 重量轻、 噪声低、 稳压精度高、 纹波系数 小 、 配置 灵活 的特 点 ， 可以提高 直 流系统 的可靠 性和稳 定 性 。炼铁分公司在生产建设和改造工程 中也开始部分采用 智能高频 开关 电源模块 和阀控密封铅 酸蓄电池组成 的直 流 操作 电源成套 装置 ， 在保证直流 系统可靠运行 和电池寿命 上都有较好 的效果 。 系统工作原理见图 1 。 1 智能高频开关直流 电源 系统组成 智能高频 开关 电源系统由交 流配 电， 整流模块 ， 监控单 图 1 智能高频开关电源系统工作原理 元 ， 均流装置 ， 调压装置 ， 母线绝缘 检测 ， 电流取样 等组成 。 侧 C T二 次绕组时 ， 组合后 的 A相 电流应在 A 相 C T极 性 端 和 B相 C T非极 性端 或 A 相 C T非极 性端 和 B相 C T 极 性端 的连 接点 上引 出， 而 不能 在 A 相 C T极性 端和 C 相 C T非极性 端 或 A 相 C T非极性端和 C相 C T极性端 的连接点上引出。②一侧 C T二次绕组极性接反。在安装 C T 时 ， 由于某种原 因其一 次极 性未 能按 图纸摆放 ， 二次极 性要做相应颠倒 ， 如果未颠倒 ， 就会发生这种情况 。 5 看差 流 或差压 大小 ， 检查整定值 的正确性 。对励 磁 电流和改变分 接头 引起 的差 流 ， 变压器差动保 护一般不 进行补偿， 而采用带动作门槛和制动特性来克服， 所以测得 的差流 或差压 不会 等于零。衡量差 流 或差压 的标 准 对于差流 ， 不妨用变压器励磁电流产生 的差流值为标准。 如 一 台变压器 的励磁 电流 空载 为 1 ． 2 ％， 基本 侧额定二 次 电流 为 5 A， 则 由励 磁 电 流产 生 的 差流 等 于 1 ． 2 ％X 5 0 ． 0 6 A便是衡量差流合格的标准。对于差压， 引用 新编保 护继电器 校验 中的规定 ， 差压不 能大于 1 5 0 my 。如 果变 压 器差 流不 大 于励 磁 电流 产生 的差流 值 或 者差 压不 大 于 1 5 0 m y ， 则该台变压器整定值正确； 否则， 有可能是 ①变 压器实际分接头位置和计算分接头位置不一致 。对此有以 下证实方法 根据实际分接头位置对应的额定 电压或运行 变压器各侧母线 电压 ， 重新计算变压器各侧额定二次 电流 ， 再 由额定 二次 电流计算各侧平衡 系数或平衡 线圈匝数 ， 再 将计算 出的各侧平衡系数或平衡线圈 匝数摆放在差动保护 上 ， 再次测量差流 或差压 ， 如 果差流 或差压 满足要求 ， 则说明差流 或差压 偏大是 由变压器实际分接头位置和计 算分接头位置不一致 引起 的， 变压 器整定值 仍正确 。 如果差 流 或差压 不满足要求， 则整定值还存在其他问题。 ②变压 器 Y型侧额定二 次电流算错 。由于微机变压器差动保护在 “ 计算 Y型侧额定二次 电流乘不乘 ” 问题上没有统 一 ， 所 以 整定人 员容 易将 Y 型侧 额定 二次 电流算错 ， 从而造成平衡 系数整定错。 ③平衡系数算错。 计算平胬系数时， 通常是先 将 基本侧平衡 系数整定 为 1 ， 再用 基本侧 额定二 次 电流 除 以另侧 电流得到另侧 平衡 系数 ， 如 果误用另 侧额定二次 电 流 除以基本侧电流 ， 平衡 系数就会算错 。 上述列举的各种因素， 都有可能会造成差流 或差压 不 满足要求 ， 但 只要按照要求依次检查 ， 就会 将这些因素一 个 个排除。 3 结束语 带负荷测试对变压器差动保护 的安全运行起着 至关重 要的作用， 对其要有足够的重视。 在进行差动保护带负荷测 试前， 一要深入了解变压器差动保护原理； 二要按照带负荷 测试内容， 认真、 仔细、 全面、 收集数据； 三要对照上述分析 方法 ， 逐一检查 、 逐 一判断 。 只要切实做到了这三点 ， 变压器 差动保护就会准确无误 。 2 0 0 6 0 4 0 5收稿 维普资讯 第 2 4 卷 2 0 0 6 ． 4 总第 1 2 4期 冶金设备管理与维修 交流配电为系统提 供三相交 流 电源 ， 监 测三相电压 、 电 流及接触器状 态 ； 判断交流输入是 否满足 系统要 求 ， 在 出现 过压 、 欠压 、 不 平衡故 障时 ， 自动切换到 另一路 供电 ， 并发 出 声光报警。 装有每相通流量 4 O k A、 响应速度为 2 5 t s的三相 避雷器， 能有效地防止雷击对设 备造成的损坏。 母 线绝缘监测 采用进 口非接触 式直流 微电流传 感器 ， 利用 正负母线 对地的接地 电阻产生 的漏 电流 ， 来 测量母 线 的接地 电阻大小 ， 从而判断母线的接地故障 。 这 一技术无 须 在母 线上叠加 任何信号 ， 对直流母 线供 电不会有 任何不 良 影响 ， 彻底根除 由直流母线对地电容所 引起 的误 判和漏判 ， 对于微机接地监测技术是一重要 突破 。 监控单元是整个直 流系统 的控制 、 管理 核心 ， 其 主要 任 务是对 系统中各功 能单元 和蓄 电池 进行 自动监测 ， 获取 系 统运行参数 和状态 ， 根据 测量数据 及运行 状态实 时进行处 理和控制 ， 实 现电源系统的全 自动精确管理 ， 从而保证 系统 的连续性 、 安 全性 和可靠性 。具有“ 遥测 、 遥信 、 遥控 、 遥调 ” 四遥 功能 ， 配 有标 准 R S 2 3 2 ／ R S 4 8 5接 口， 方便 纳入 电站 自 动化 系统 。 整流模块 为合 闸母线 、 控制母线提供正 常的负荷 电流 ， 本身具有 L C D汉字显示、 操作键盘， 模块工作状态和参数 一 目了然 ， 可以带电插 拔 ， 具有软件较准 ， 自主均流、 Z VS软 开关 技术 。 调压模块无论合 闸母 线电压如 何变化 ， 输 出电压都 被 稳定 控制在 2 2 0 1 0 ． 5 V， 具有 带 电拔插 、 软开关技 术 和双 向调压特性 。 电池巡检仪对 电池 电压进行实 时监测 ， 将 信息及时反馈到监控单元。 对于合 闸母线 、 控 制母线分别 设置 的直流操 作 电源系 统 ， 其接线方式为 将模块 分成两组 ， 一组输 出与合 闸母 线、 电池组并联 ， 另一组 输出与控制母线并联 ， 合 闸母线 和控制 母线之 间设置 自动 凋压装 置 ， 在正常情 况下 ， 控 制母 线负荷 由模块提供， 自动调压装置由于承受反压处于备用状态， 只 有 当交流停 电或控制母线 的所 有模 块全部 故障 时 ， 自动凋 压装 置才投入 运行 ， 这 种接线方式 要求两 组模 块均按 照负 荷进行 Nl 配置 。 2 高频开关 电源模块的均流装置 与相控充 电装 置不 同 ， 高频 开关 电源模块 组成 的直流 操作 电源系统 的充 电装置 一般采 用 N 1 冗 余备 份方 式 ， 并联 模块之间通过 均流 电路实现各 模块 之间 的功率分 配 ， 各模块间功率分配的均衡程度主要取决于均流方式。直流 系统 中的负荷 包括两个 部分 蓄电池组 充 电电流 和控制母 线负荷电流 。蓄 电池组 长期 处于浮充状态 ， 充 电电流 很小 ， 对于铅酸免维护电池， 浮充电流只有额定容量的 1 ％左右， 加上控制负荷 较小 ， 整个充 电装置处 于轻载状态 ； 当高压断 路器合闸时， 蓄电池组提供合闸冲击电流， 与蓄电池组并联 的充电装置 由于电流过 大处 于限流保护状 态， 合 闸结束后 ， 由充电装置对 蓄电池进 行补充电 ， 充 电电流 突增 。 因此均流 装置需要 保证 充电装置无 论是在 轻载还 是在超 载下 ， 都保 持 良好 的均流特性 ， 即所 谓的“ 全范 围均 流 ” 。如果 在轻载 下 ， 均 流特性 不好 ， 可能造 成某些 模块无 电流输 出 ， 长期处 于空载运行状态， 严重影响模块的可靠性。 考虑到直流系统 充电装置的运行特性和稳压／ 稳流精度的要求以及 目前生 产节 奏比较快 的情 况 ， 在高频开 关 电源模 块 中采用 了平均 电流 自动均流方法 ， 该 方法 的优点是不存 在主模块 ， 而且并 联模块数量不受限制， 可以实现负载电流的精确分配和全 负载 范围均流 。 3 智能高频开关直流电源系统与可控硅整流 系统性能比较 可控硅整流直 流 电源 系统采 用主从 备份方 式 ， 当一 台 一 24 一 主充浮 充电装置 发生故 障时 ， 一般通过 手动方式 将备用 充 电浮充 电装 置投入 使用 ， 这 种方式 的缺点 可靠性差 、 运 行 和维护人员工作量大 、 充 电柜数 量多 、 占地面 积大。智 能高 频 开关电源充 电装置采用 的模 块化结构 ， 备份方式 为 N1 热 备份 ， 其优点 可靠性 高 、 系统集 成 占地小 、 配置灵 活 、 扩 容方 便 ， 运行 和维护人员工作量小 。 智能高频开关直流电源 系统 与可控硅整流直 流电源系统 的技术性能 比较如表 l 所 刁 表 l 智能高频开关直流电源系统与 可控 硅整流 直流电源系统技术性能 比较 4 高频开关电源模块 的不足与 改进 在炼铁生产过程 中 ， 经 常出现模块工 作温度高 ， 性能 不 稳定 ， 使用周期 短的现象 。 这主要是 由于高频开关电源模块 的各种 电子器件 在进 行功率变换过 程中的功率损耗 以热 能 的形式散发 出来 ， 导致 电源模块温度 上升 。 过 高的温升对模 块 的寿命影响很 大， 模块的工作 温度越高 ， 性能和可靠性越 低 ， 使用寿命越短 。 对此 ， 除采 取高可靠性 的电路方式之外 ， 还必须 选择合适 的散热 方式 ， 才能 有效 降低高频 开关 电源 模块 的温升 ， 确保其可靠运 行和使用寿命 。 目前 ， 高频开关 电源模块 ， 无论是强迫风冷 还是 自然冷却 ， 散热风道均采用 的是敞 开式结构 。 但铁 厂高压室的工作环境相对比较恶劣 ， 空气 中、 尘埃 中导 电物质 含量很 高 ， 特 别是新 建配 电室 ， 经 常是 土建工 程尚未结 束 ， 由于继 电保护等装 置的 凋试需 要 直流 电源提前 投入运行 。 如果不采取有效的防尘措施 ， 就 会 造成 大量 的水 泥灰 、 导 电粉 尘等尘 埃吸 附在 电源模 块 内的 线路 板或元器 件上 ， 引起 绝缘下 降 ， 甚至短路 ， 使模 块 出现 故 障。 经过不 断的摸索与分析 ， 采 取 了如下一些 措施 采用 防 尘罩 ， 但需经常清洗 ， 否则 防尘 罩上的通风孔容易堵塞而影 响通 风散热 效果 。采用 自然冷 却 ， 可 以避 免风机吸入灰尘 ， 但 出于散热 需要 ， 必须 在模 块上开许 多散 热孔 ， 这样尘埃 的 静电吸附问题还是不能解决 综合考虑强迫风冷和 自然冷 却 的优缺点 以及配 电室 的情 况 ， 对 模块 散热方式 作 了一 定 的改进 ， 采用温控强 迫风冷方式和封闭式散热风道 。 风机 由 温度检测电路控制， 只有当模块散热器温度高于设定值时， 风机 才运转 。这种散热方式 可以保持模块 内部 温度 相对稳 定 ， 不随外部环境 及负载变化 ， 风机 寿命提高 2 ～3倍 ； 采 用 完全封闭的散热风道， 使散热风流仅通过散热器的表面， 实 现 散热通道 与 内部 电路 的隔离 ， 既可 以防止 电路 板产生 积 尘， 同时又提高散热效果， 从而提高高频开关电源模块的可 靠性 。 5 结语 目前在炼铁分公司生产中使用的智能高频开关直流电 源系统已取得了的效果， 有利于炼铁生产的连续性和稳定 性 ， 而且可 以方便 地接人计算机 监控 ， 有效 降低维护人员 的 工作量 。 2 0 0 5 1 2 一O 6收稿 维普资讯