高頻開關在矸石熱電廠直流系統的應用

王春華

【摘要】簡要地介紹了矸石熱電廠在設計中直流系統中采用的高頻開關設備并將可控硅整流裝置與高頻開關整流裝置作比較，探討高頻開關電源在直流系統的應用。

【關鍵詞】 直流系統 可控硅整流 高頻開關電流

直流系統在正常情況下為機組繼電保護、自動裝置、UPS備用、事故照明電源；汽輪機的直流油泵，熱工保護及自動控制等提供重要負荷的電源。當發生交流電源消失事故下為事故照明、交流不停電電源提供直流電源。直流系統可靠與否對發電廠和變電所的安全起著至關重要的作用，是安全運行的保證。

一.矸石熱電廠直流系統的運行方

1.直流母線額定電壓230V±5V，.新老直流系統為單母線運行方式。

2.一期直流系統和二期直流系統獨立運行，各有一組蓄電池組。一期直流系統有2臺可控硅充電裝置，二期直流系統有1臺高頻開關充電裝置。

3.直流系統正常運行時，#1蓄電池組及#1、#2硅整流裝置分別固定放在直流Ⅰ母線（#1硅整流裝置運行，#2硅整流裝置備用）；#2蓄電池組及一套高頻開關直流操作電源成套裝置放在新直流系統。新老直流系統暫為獨立運行狀態。

4.當運行中高頻開關裝置發生故障需要停用時，則由其所帶的蓄電池組為其所在的直流母線提供直流電源。

5.正常情況下，投入運行的蓄電池組以浮充電的方式運行，高頻開關除供給正常的負荷電流外，同時還以（10-20mA/AHX - 蓄電池安時數，該值是決定高頻開關是否由浮充轉為均充的條件之一）很小的電流向一期蓄電池組充電，以補償蓄電池組的自放電損耗。

6.高頻開關裝置并入系統后，除供給正常直流負荷電流外，還可以對運行中的蓄電池組進行浮充電和補充電，具體操作如下：

（1）、高頻開關裝置刀閘合于“至#2蓄電池組”側（包括浮充和均充位置），可對并入系統的蓄電池組進行浮充電和均充電。

二.高頻開關的組成

矸石熱電廠現在使用的高頻開關電源整流系統比較老式直流系統的最大區別是模塊化配置，高頻開關直流電源系統根據功能可劃分為：充電屏、饋電屏以及蓄電池組等基本部分組成，其中充電屏由監控模塊單元和整流模塊組成。.整流單元采用模塊化設計，容易安裝，采用自動均流技術，可根據用戶容量需求靈活配置整流模塊數量。監控模塊采用液晶觸摸屏技術，界面直觀，信息數據全面，操作簡便。

三.簡單分析各個部分的工作原理和功能

1.高頻開關工作原理：三相三線交流電380VAC經三相整流橋整流后變成脈動的直流，在濾波電容和電感組成的LC濾波電路的作用下，輸出約520VDC（2.34X220）左右的直流電壓，再逆變為高頻電壓并整流為40KHZ的高頻脈寬調制脈沖電壓波，最后經過高頻整流，濾波后變為220VDC的直流電壓，經隔離二極管隔離后輸出，一方面給蓄電池充電，另一方面給直流負載提供正常工作電流。充電模塊內部有監控板能監視、控制模塊運行情況。由于充電模塊本身具有CPU，充電模塊也可以脫離監控模塊獨立運行。

2.監控模塊：進行系統管理，主要為電池管理和后臺遠程監控，對下級智能設備實施數據采集并加以顯示。

3.蓄電池組：作為全廠直流系統的后備電源，在充電模塊停止工作時，蓄電池無間斷的向直流母線送電。

四.高頻開關系統性能特點

1.安裝維護操作簡單 ，模塊化設計，易于系統的安裝和日常維護。

2.寬交流輸入電壓范圍，輸入電壓范圍可達342V～437V

3.大容量高效率 ，可根據用戶的需求靈活配置整流模塊數量，各模塊自動均流；模塊采用高頻開關技術，系統效率高于91%。

4.完善的保護報警功能，系統提供交流過欠壓、直流輸出過壓過流及短路保護，交流輸入過欠壓和短路保護故障解除后可以自動恢復；提供輸出欠壓告警功能，并有遠程告警功能。

5.N+1并機冗余，模塊冗余并聯，提高系統的運行可靠性。

6.小輸入電流諧波，高于行業標準諧波電流含有率不大于30%的要求，電網污染小。

7.智能化電池管理， 系統具有溫度補償、電池欠壓保護、限流充電、定時均充等功能，對蓄電池實現智能化自動管理，保證電池的使用壽命。

8.“四遙”功能，網絡化設計， 系統具有遠程通訊功能，可實現遠程監控。

9.智能監控單元，系統配置智能監控單元，操作簡便，界面友好，可實時查看各模擬量和開關狀態量，根據現場設置各系統參數，并可翻閱故障報警歷史記錄。

五.高頻開關整流裝置與傳統可控硅整流裝置在系統可靠性等方面的比較

傳統可控硅直流充電裝置當其發生故障時，需將整臺充電裝置退出運行后再進行系統的維護和檢修，降低了系統的可靠性。而高頻開關整流裝置其充電模塊是完全的模塊化結構，在實際運行中，N+1個模塊同時投運，自動均流，互為熱備份。當系統中某一電源模塊故障時，故障模塊自動退出，非故障模塊重新均流繼續運行。故障模塊可帶電更換，無需整臺充電裝置停電，且作為N+1備份，可自動將備用模塊投入，從而提高了系統的穩定性。

隨著電力系統逐步采用閥控式鉛酸蓄電池，對充電設備的要求越來越高：為了延長蓄電池的使用壽命；穩定和準確的蓄電池浮充電流，保證蓄電池不能被長時間過充電；盡可能減少安全閥動作次數。高頻開關電源由于動作響應速度較快，即使電網電壓變化±20%，也能保證浮充電流穩定，不會造成蓄電池過充電。高頻開關電源直流輸出端能承受長時間短路或多次短路沖擊，且短路電流來會過沖。不足之處是：高頻開關電源價格與常規微機直流電源價格相比有一定差距，而且負荷重時發熱較厲害，需采用強迫風冷（溫控）或自然冷卻的方式。

六. 結束語

高頻開關電源直流系統雖然價格比傳統同類產品略高，但由于它在占用空間、備份方式和自動化程度以及優良的技術指標等方面的特點，仍具有良好的價格性能比和廣闊的發展前景。

參考文獻1高頻開關在直流系統中的應用 卓樂友