變電站高頻開關電源應用探討

羅慶華　盧建江

摘要：分析了高頻開關電源系統的應用情況及在實際運行中存在的問題，采用高頻開關電源應用的必要性，介紹了高頻開關電源系統的性能特點，直流電源的輸出質量及可靠性對電力系統的安全可靠運行起到重要的作用和應用。

關鍵詞：高頻開關電源直流操作電源變電站直流系統

0引言

隨著電力工業的迅速發展，為提高電網的供電質量，使電網安全、經濟運行，并實現電力系統的自動化，從而對電力控制系統的關鍵設備—控制電源的要求也越來越高。變電站內的繼電保護、自動裝置、信號裝置、事故照明和電氣設備的遠距離操作，一般采取直流電源，所以直流電源的輸出質量及可靠性直接關系到變電站的安全運行和平穩供電。

1高頻開關電源應用的必要性

目前我國各地的發電廠、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，利用直流發電機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，上述電源長期以來處于低技術指標，基層維護保養難的狀況。由于受變壓器或可控硅自身參數的限制，上述電源存在很多不足之處，諸如：初充電流浮充電流不穩，系統紋波電壓過大，控制特性不佳，不便于通計算機系統配接實現監控等。同時，充電設備與蓄電池并聯運行，當電源紋波系數較大時，浮充電壓波動或者偏低時，會出現蓄電池脈沖波動充電放電現象，對昂貴的蓄電池組不利，造成蓄電池組或單體的過早損壞。除了很多技術指標方面的缺陷外，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，應該說已遠遠不能滿足飛速發展的電力工程的需要。智能高頻開關電源以體積小、重量輕、效率高、輸出波紋極低、動態相應快、控制精度高、模塊可疊加輸出、N+1冗余等為特點的高頻開關電源逐步取代相控電源或磁飽和式電源，特別是近十年來電力電子技術的迅猛發展以及功率器件制造工藝技術提高，更使高頻開關電源的可靠性及適用面已大大優于相控電源和磁飽和式電源。

2高頻開關電源系統的性能特點

高頻開關電源系統是專為電力系統研制開發研制的，裝置本身具有“四遙”功能，采取高頻軟開關技術，模塊化設計，輸出標稱電壓DC220V，可根據需要配有標準的通訊接口，易于與自動化系統對接，適用于各類變電站、發電廠和水電站使用。以GZDW系列高頻開關電源系統為例，其性能特點如下：①標準單體模塊式結構，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±10％，在電力供應狀況復雜的地區亦能可靠工作，符合我國國情。③具有多項輸入輸出過欠壓保護措施。④模塊N熱備，可平滑擴容。⑤監控系統配有標準通訊接口，方便接入自動化系統，實施“四遙”及無人值守。⑥對蓄電池自動管理及自動維護保養，實時監測蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動控制均、浮充以及定期維護性均充。⑦具有單節電池巡檢和溫度補償功能。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關無級雙向調壓，摒棄傳統硅堆降壓方式，輸出電壓精度高。動態響應速度快。

3智能高頻開關電源系統的組成及備部分作用智能高頻開關電源系統由交流配電，絕緣檢測。監控模塊、整流模塊、調壓模塊，直流饋電等組成

交流配電為系統提供三相交流電源，監測三相電壓、電流及接觸器狀態：判斷交流輸入是否滿足系統要求，在交流輸入出現過壓、欠壓、不平衡時自動切斷有故障的一路，并切換到另一路供電。系統發出聲光告警。裝有三相避雷器，能有效地防止雷擊對設備造成的損壞。絕緣監測采用直流微電流傳感器，利用正負母線對地的接地電阻產生的漏電流，來測量母線對地的接地電阻大小，從而判斷母線的接地故障。這一技術無須在母線上疊加任何信號，對直流母線供電不會有任何不良影響，徹底根除由直流母線對地電容所引起的誤判和漏判，對于微機接地監測技術是一重要突破。監控模塊是整個直流系統的控制、管理核心，其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，并以此為依據對系統進行控制，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、安全性和可靠性。具有“遙測、遙信、遙控、遙調”四遙功能，配有標準通訊接口，方便納入電站自動化系統。整流模塊為合閘母線、控制母線提供正常的負荷電流，本身具有LCD漢字顯示、操作鍵盤，模塊工作狀態和工作參數一目了然，可以帶電插拔，具有軟件較準，自主均流、ZVS'軟開關技術。調壓模塊無論合閘母線電壓如何變化，輸出電壓都被穩定控制在220(1±0.5％)V，具有帶電拔插技術、軟開關技術和雙向訶壓特性。直流饋電設有控制輸出、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。配有智能直流監控單元，可測量母線電壓、電流及開關狀態等。

4智能高顫開關電源系統的應用

智能高頻開關電源系統在變電站中應用以來，技術指標合理，各項參數顯示直觀，操作方便，自動化程度高，維護工作量大幅度減少，設備保護功能齊全，能可靠動作。對電池能自動管理無須專人維護，設備運行穩定可靠，減少了發生故障影響正常供電的幾率，具體體現為以下幾個方面：①老式直流系統的相控電源紋波系數大，其輸出含有的交流成份較大。對二次設備影響較大，造成二次設備誤動、損壞、甚至有的設備無法正常工作的現象發生。而應用智能高頻開關電源紋波系數很小，輸出特別穩定。②老式直流系統的相控電源采用硅堆調壓，硅降壓響應速度慢，反應時間為幾十毫秒，輸入電壓突變時在輸出上會產生很大的、沖擊，因沖擊不穩定而易燒壞二次設備。而智能高頻開關電源采用無級調壓方式，響應速度快，輸入電壓突變時，模塊在200μs內調整完成，過沖小于5％。③老式直流系統的相控電源充電機、浮充機等噪音較大，且無降溫措施，浮充機發熱嚴重。而智能高頻開關電源噪音小。模塊采用優質風機降溫，保證了模塊元器件正常工作，使值班人員的工作環境大大改善。④老式直流系統用的是鉛酸電池或鎘鎳電池，既需要專門設置蓄電池工進行維護、保養，還需要配備維護電池用的有關容器、儀表、原料、蒸餾鍋、蒸餾水等。而智能高頻開關電源采用的是封閉式閥控鉛酸免維護蓄電池，平時不需要進行一系列的維護工作，減少了人力物力。⑤老式直流系統的相控電源功率因數低。一般在0.7以下，效率在60％左右，而智能高頻開關電源功率因數達0.9以上。效率高達94％以上。⑥智能高頻開關電源系統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，做到了直流系統穩定運行。在交流電正常時，控制母線可由整流模塊經降壓模塊供電；在交流失電時。控制母線由蓄電池經降壓模塊供電。

5結束語

智能高頻開關電源系統在應用以來，性能穩定，精度高，安全、可靠性更強，創新點多，收到了良好的效果，取得了明顯的社會和經濟效益，為安全穩定生產及其它負荷提供了可靠的電力保障。智能高頻開關電源逐步取代相控電源或磁飽和式電源已是大勢所趨，同時也為變電站實現自動化奠定了基礎。在未來的變電站直流系統的安裝及使用中必將會越來越廣泛的應用。