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案例頻道 摘要：講述了變電站直流操作電源的種類、基本要求，詳細介紹了使用220RS智慧型高頻開關電源的結構、特點、主要功能、選用，提出了變電站智能型高頻開關電源系統日常維護及注意事項。
關鍵詞：變電站；智能型高頻開關電源系統；維護
1. 概述
供給變電站二次電路的電源稱為操作電源。操作電源主要向控制、保護、信號、自動裝置電路供電，同時還作為事故照明電源。
傳統的操作電源有交流操作電源、硅整流型直流操作電源、蓄電池直流操作電源、。交流操作電源因執行交流操作的繼電器，以及斷路器交流合閘的操動機構可靠性低于直流電源，一般僅用于小型配電房。硅整流型直流操作電源因不能解決事故照明和事故緊急處理的問題，只能在不重要的小型變電站中應用。蓄電池直流操作電源的可靠性高，在電力系統中被廣泛應用，但其充電設備存在效率不高、功率因素低、紋波大，以及電池保持容量低、壽命短等問題。目前我國許多變電站所使用的直流電源設備，由于受變壓器或晶閘管自身參數的限制，直流操作電源存在很多不足之處，例如：初充電流、浮充電流不穩，系統紋波電壓過高，控制特性不佳，不便于同計算機系統配接實現監控等；充電設備與蓄電池并聯運行，當浮充電電源紋波系數較大，浮充電壓波動或偏低時，會出現蓄電池脈動充電、放電現象，造成蓄電池組或單體的過早損壞；還存在體積龐大，效率不高，1＋1冗余投資大等不足，應該說已遠遠不能滿足飛速發展的電力工業的需要，逐步將被具有體積小、重量輕、效率高、紋波系數小、動態響應快、控制精度高、模塊可疊加輸出、N＋1冗余等特點的智能型高頻開關直流電源系統所替代。后者將整流器、調壓裝置、饋出電路、保護告警電路及監控系統有機地結合在一起，通過計算機管理，有效地解決了以往直流操作電源的缺陷。220RS智慧型高頻開關直流電源裝置是一種比較先進，功能比較齊全的智能型直流電源裝置。
2 . 高頻開關直流電源裝置的基本要求
為保證變電站直流電源系統的可靠性，有條件的應盡量從兩個不同的地方引入交流輸入電源，并且兩路交流電源具有自動倒換的功能；要選用可靠性高的智能化、標準化高頻開關整流設備，在實施過程中，要以可靠性、實用性為基本原則，宜簡勿繁；采用模塊化、熱插拔式結構以便于更換；實施集中監控管理，并合理配置備份設備。任何新技術、新設備未經充分驗證和試運行，絕不得進入供電系統。要不斷提高維護技術水平，采用集中維護、遠程遙信、遙測維護等手段；要經常分析運行參數，預測故障發生的時間和部位，作好事故預想，發現缺陷及時排除。
3 、高頻開關直流電源裝置的結構、特點和主要功能
3.1、高頻開關直流電源裝置的結構
220RS智慧型高頻開關直流電源裝置是一種比較先進，功能比較齊全的智能型直流電源裝置，它主要由Power，sun —M4監控系統（集中監控模塊）和高頻開關整流模塊K1B10兩大部分構成，220RS智能型直流電源系統原理框圖見圖（1）。Power，sun —M4監控系統是整個直流系統的控制、管理中心，它的主要任務是對系統中各功能單元和蓄電池進行長期自動監測、獲取系統中的各種運行參數和狀態、根據測量數據及運行狀態實時進行處理，并以此為根據對系統進行控制，實現電源系統的全自動精確管理，從而提高電源系統的可靠性，保證其工作的連續性、安全性、可靠性。Power，sun —M4主監控系統具有：遙測、遙信、遙控、遙調“四遙”功能，能夠滿足電力系統無人值守變電站的要求，配有標準的RS232/485接口，方便納入變電站綜合自動化系統。
Power，sun —M4監控系統（集中監控模塊）包括主監控器和基礎監控單元兩部分，主監控器提供人機接口，通過大屏幕LCD液晶顯示屏和觸摸屏，實現系統運行參數顯示、系統控制操作好人和系統參數設置。基礎監控單元包括PM4A1交流監控單元、PM4D1直流監控單元、PM4K1開關量I/O監控單元、PM4B1電池巡檢單元、絕緣監控單元、標準的RS232/485接口和系統故障輸出七部分。
3.2、Power，sun —M4主監控系統的特點
⑴.系統以微處理器為核心的集散式監控系統，模塊化設計，對交流配電、直流饋電、整流模塊、電池組和系統支路絕緣實施全方位的監測和控制。
⑵. 采用大屏幕LCD液晶顯示屏和觸摸屏，實現全漢化顯示，除完成常規數據測量，電源系統運行狀態的實時顯示外，還提供各種菜單、信息提示，屏幕觸摸操作，因而輕松地完成人、機間對話操作。
⑶.通過顯示屏，信號燈及聲光報警提供各種工作狀態、故障類型、故障部位提示，系統故障可準確定位，使系統維護變的簡單有效。
⑷.監控系統的軟件、硬件采用開放式設計，根據用戶不同需要可隨時增加、修改監控系統的測量及控制參數。
⑸.一套監控系統支持雙電池組、母線分段模式的監測，可實現雙電池組自動充電管理，兩組電池完全獨立管理，確保電池安全。
⑹. 監控系統模塊根據用戶設定的充電參數，調整整流模塊的充電方式、充電電流，自動地完成電池的精確管理及保養維護。
⑺. 電池溫度補償功能，免維護電池的充電電壓需要隨環境穩定的變化做相應的調整，才能保障電池處于最佳工作狀態，延長電池使用壽命。
3.2、Power，sun —M4主監控系統的主要功能
⑴.若系統出現故障，則屏幕左下角系統狀態顯示為“系統故障”，并不停地閃爍，同時配有聲音告警。 直接點觸“故障”處可查詢到當前故障信息。在主窗信息頁點觸菜單選項可進入主菜單頁面。
⑵.主菜單下，點觸相應的菜單可分別進入“信息查詢”、“系統配置” 、“系統設置” 、“系統操作” 、“放電計量”五個窗口。
⑶.在信息查詢頁可查詢系統的工作參數和系統的設置數據。有“當前信息”、“當前故障” 、“設置信息” 、“操作信息” 、“電池巡檢” 、“絕緣檢測” 、“配置信息” 、“歷史故障”八個查詢選項供用戶查詢，直接在相應的選項上點觸即可查詢到相應的內容。 來源:http://tede.cn
⑷.當前故障。顯示系統當前所存在的故障信息，最多可顯示12條故障信息，如交流二路停電、直流監控通訊故障等各類故障。
⑸.設置信息參數、操作信息參數與系統設置、系統控制內容一樣，但只供班組查詢，不可改變各參數的內容。
⑹.絕緣檢測。顯示合母正對地、控母正對地、母線負對地的電壓值。電阻值為正表示正接地，為負表示負接地。
⑺.系統設置。完成系統自動管理所必須的參數設定，是系統自動管理的基礎，非法更改是可能造成嚴重損害，因此必須進行操作權限管理，即輸入正確的密碼方可進行設置，嚴禁班組私自進行密碼修改。
⑻. 放電計量，可以時實監測兩組電池的放電情況，包括放電電壓、放電容量以及放電時間。可以點觸“清除”按鈕來清除放電電量和放電時間，電池處于充電狀態時，系統自動暫停計時、計數。
4、高頻開關直流電源裝置的選用技術要求：
220RS智慧型高頻開關直流電源裝置采用深圳市康必達控制技術有限公司產品，該裝置由充電屏、饋電屏和電池屏組成。
4.1、充電部分、饋電部分選用技術要求
220RS智慧型高頻開關直流電源采用K1B10整流模塊組成充電裝置。采用雙回路交流電源供電。當一路掉電，電網電壓過低、過高，三相不平衡時，自動將供電切換到另一路電源并發出聲光報警。裝有閃光裝置；電壓監察裝置；單只電池電壓及容量在線檢測裝置，具備自動巡檢和報警功能；微機直流絕緣監察裝置應能在線自動尋找接地故障，并具有可區分母線或線路接地及各支路接地選線功能；可分別判斷系統故障、絕緣下降（平衡電阻地）；過、欠電壓故障，裝置失電后信息不丟失。能顯示接地電壓，在選擇開關上標明接地極性。單獨設置蓄電池放電開關，并引自端子排上。電池組，充電機， 整流，直流裝置和控制電路應安裝在冷軋鋼板制造機柜中。機柜為戶內 落地 安 裝，采用PK-10型，柜前操作和柜前、后維護。直流控制屏端子排應設有下列接線端子：閃光信號，直流控制輸出，合閘輸出。直流監察和閃光信號均通過上述端子與外部電氣中央信號屏聯系，以便中央信號屏發出報警信號，外部閃光回路接本屏閃光電源。直流系統設有絕緣在線監測（具有手動試驗，絕緣聲光顯示報警功能并可以查詢、追溯）及接地故障定位裝置，電池監測裝置，集中監控裝置，并能通過統一接口與計算機監控系統通信，達到遠方監控目的。直流系統電壓為DC 220V，采用單母線接線，兩電兩充，充電裝置采用高頻開關電源（模塊按N＋1配置，N個高頻充電模塊運行于硅鏈上端，1個充電模塊接于硅鏈下端的母線），模塊電流為2＊10+10A。所提供設備應能夠在下列電源波動范圍內正常運行，不得出現不利影響 ，交流電源電壓±10% ，頻率50Hz±2% ，在過渡 電壓達到額定電壓的80%、諧波電壓達到10% 時，設備性能應不受影響 。
4.2、蓄電池部分選用技術要求
蓄電池采用德國“陽光”牌（A412/100A）全封閉閥控式免維護鉛酸蓄電池，單只蓄電池額定電壓：12V/只，單只蓄電池最高工作電壓：13.62V/只；蓄電池組容量：100Ah；蓄電池總數：共18只（每組蓄電池的數量暫按每只浮充電壓13.62V計算取18只）。經常性負荷按2h計算；事故照明按1h計算；兩路DC48V系統通信電源由DC/DC變換器供電，變電所不另設通信電源。選用德國陽光牌蓄電池，德國陽光A400系列12V 100AH電池36節，每組18節串聯運行，使用年限10年，使用年限內如發生質量問題，免費更換整組電池。安裝方式為水平放置，且具有單只電池的電壓巡檢功能及電池組溫度補償功能（－3ｍｖ/℃）。所有電池的接線端子都應具備足夠的載流能力。電池接線柱應帶有接線螺栓。接線柱、螺栓和相關的部件應采用耐電解液的材料。
5. 高頻開關直流電源維護
當智能高頻開關電源系統出現故障時，應先查明原因，分清是負載部分還是電源系統，是主機還是電池組。雖說開關電源系統主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，更換配件很方便，但要維修故障點，仍須做大量的分析、檢測工作。如果自檢部分發生故障，顯示的故障內容也可能有誤。
5.1 高頻開關電源部分
高頻開關電源在正常使用情況下，主機的維護工作量很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區，空氣中的灰粒較多，灰塵將在機內（主要在整流模塊內）沉積，當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，并發生不準確告警，另外大量灰塵也會造成器件散熱不好。
一般每季度應徹底清潔一次，同時在除塵時檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不良的情況。
定期核實智能高頻開關電源系統的參數有無變化，防止人為或無意中改變所設置的參數。
每半年應對智能高頻開關電源系統的運行方式進行實驗檢查，以防止均充狀態與浮充狀態不能及時轉換而造成對蓄電池的損壞。
檢查主機設備是否正常，保證直流母線經常保持合格的電壓和電池的放電容量；
對主機出現擊穿、熔斷保險或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動，否則會造成更嚴重的故障。
5.2 免維護蓄電池部分
因整流器對瞬時脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。蓄電池除有存儲直流電能的功能外，其等效電容量的大小與蓄電池容量大小成正比。因此，維護檢修蓄電池的工作是非常重要的，雖說蓄電池組目前都采用了免維護電池，但這只是免除了以往的測比重、配制電解液、添加蒸餾水的工作。所以電源系統維護工作的重點還在蓄電池部分。
蓄電池工作在浮充狀態，至少每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電，以達到整組蓄電池性能的均衡。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時，應停止放電，繼續放電須先排除落后電池后再放。
核對性放電不是追求放出容量的多少，而是發現和處理落后電池，通過對落后電池的處理再作核對性放電實驗，這樣可防止事故和出現反極性蓄電池。
日常維護中也可在一組電池中選用8～10只蓄電池作為標示電池，對其進行定期測量并做好記錄，作為了解整組蓄電池工作情況的參考依據。
蓄電池日常維護還需經常檢查的項目有：清潔并檢測端電壓、溫度；連接處有無松動腐蝕現象，檢測連接條壓降；外觀是否完好，有無鼓肚變形和滲漏現象；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；當發現電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時，應及時處理，對不能恢復的蓄電池要及時更換；不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯在一起，否則可能會對整組蓄電池帶來不利影響。對壽命已到的電池組要及時更換，以免影響到電源系統和設備主機。
智能型高頻開關電源設備在正常使用情況下，主機的維護工作量很少，主要是防塵和定期除塵。空氣中的塵粒較多，當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，并發生不準確告警，另外大量灰塵也會造成器件散熱不好。所以有條件的應盡可能使用自冷式整流模塊。
定期核實智能高頻開關電源系統的參數有無變化，防止人為或無意中改變所設置的參數。
每季度應對智能高頻開關電源設備徹底清潔一次，在除塵時檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。
每半年應對智能高頻開關電源系統的運行方式進行試驗檢查，以防止均充狀態與浮充狀態不能及時轉換而造成對蓄電池的損壞。
6、維護注意事項
智能高頻開關電源系統設備，其智能化程度高，電池采用免維護蓄電池，雖然給我們帶來了許多便利，但在使用過程中要注意以下幾個方面，以確保使用安全。
高頻開關電源系統對環境溫度要求不高，在－5～＋40℃都能正常工作，但要求室內清潔、少塵，否則，灰塵加上潮濕會引起主機工作紊亂。蓄電池則對溫度要求較高，標準使用溫度為25℃，建議溫度范圍＋15～＋30℃。若溫度太低，會使蓄電池容量下降，溫度每下降1℃，其容量下降1％；蓄電池放電容量會隨溫度升高而增加，但壽命降低，如果在高溫下長期使用，溫度每增高10℃，電池壽命約降低一半。
高頻開關電源系統中設置的參數必須控制在規定指標內，在使用中不能隨意改變。
直流電源系統在使用中要避免隨意增加大功率的額外設備（負載），也不允許在滿負載狀態下長期運行。因為，工作性質決定了直流操作電源系統幾乎是在不間斷狀態下運行的，增加大功率負載或在基本滿載狀態下工作，都會造成整流模塊出故障，嚴重時將損壞變換器。
由于蓄電池組輸出電流很大，存在電擊危險，因此裝卸、改接導電連接條（線）、輸出線時應特別注意安全，使用的工具應采取絕緣措施，以保證人身和設備安全。
不論是在浮充工作狀態還是在放電檢修測試狀態，都要保證電壓、電流符合規定要求。電壓或電流過高可能會造成電池的熱失控或失水，電壓或電流過小會造成電池虧電，這都會影響電池的使用壽命，尤其是前者的影響更大。
在任何情況下都應防止電池短路或深度放電，因為電池的循環壽命和放電深度有關。放電深度越深循環壽命越短。在容量試驗或放電檢修中，通常放電達到容量的30％～50％就可以了。
蓄電池應避免大電流充放電，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質脫落，電池內阻增大并且溫度升高，嚴重時將造成容量下降，壽命提前終止。
7、結語
再好的設備都有壽命期，也會出現各類故障，但維護工作做得好可以延長壽命并減少故障的發生，不要因為高智能、免維護而忽略了本應進行的維護工作，預防在任何時候都是安全運行的重要保障。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號