220V直流電源在變電站監控后臺的應用

胡傳道，劉配騰

（江西吉安供電公司變電運行分公司，江西 吉安 343100）

1 概述

某公司所轄變電站共33座，其中220kV變電站5座。為了保證監控后臺電源供電的可靠性，所有監控后臺都加裝了1套或2套逆變器電源裝置。當系統220V交流電源正常時，經過逆變器電源裝置內的旁路開關，直接輸出220V交流電壓；當系統220V交流電源失電或故障時，逆變器電源裝置就將220V的直流電壓逆變成220V的交流電壓，并通過逆變器電源裝置內的自動裝置輸出到監控后臺，使監控后臺始終得到220V交流電壓供電。由此分析，后臺監控電源應該是很可靠的。但在交流電源失壓時，如果遇到逆變器電源裝置本身運行不穩定或故障損壞的情況，就會發生監控后臺因無電源供電而失去監控、“五防”與后臺監控無法對應操作的現象。對于逆變器電源裝置的存在，從安全性方面分析，多了個故障點；從可靠性方面分析，運行不很穩定；從經濟性方面分析，增加了費用，也增加了運行檢修人員維護的工作量，并且還增加了直流負載損耗。此外，逆變器電源裝置在工作中還會產生煩人的震蕩噪音。若后臺監控計算機直接用220V交流電壓，又會因雷電引起過電壓而中斷監控或損壞設備。因此，如果后臺監控電源可以像設備保護裝置一樣，直接使用220V直流母線電壓供電，就能避免以上不足。

2 直接用220V直流電源供電的理論分析

為了判定計算機能否直接使用直流電源供電，必須先了解計算機電源部分的工作原理，以及它采用交流電源和直流電源供電的區別。正常情況下，將220V交流電壓作為輸入電源，先經過扼流線圈和電容濾波去除高頻雜波和干擾信號，再經過橋式整流二極管整流和電容濾波后得到300V直流電壓，然后進入電源開關管及開關管旁路激勵電路，并與鐵氧化體磁芯高頻變壓器上的一次繞組線圈連接，開關管在開關管旁路激勵電路的激勵下與鐵氧化體磁芯高頻變壓器上的一次繞組線圈產生震蕩，使鐵氧化體磁芯高頻變壓器上的二次繞組線圈感應出頻率較高的交流電壓，由整流二極管整流經電容濾波和穩壓電路穩壓、經校正變壓器校正后，再由電容濾波，最后得到計算機所需的純凈的12V，5V，3.3V低壓直流電壓，這就是計算機開關電源的工作原理。變電站監控后臺及“五防”使用的計算機、顯示器等的內電源就是屬于這種電源。

若直接接入220V直流電源到計算機的交流輸入端，直流電壓經過電源電路中的橋式整流二極管后，此時二極管不是起整流作用，而是發揮二極管正向導通、反向阻止的唯一特性來保護電路中的電器元件不被損壞。由于是全波橋式整流，避免了輸入的220V直流電源因正負極接錯，而造成有正負極極性的電解電容過熱而發生爆炸的現象或導致其他電路元件損壞的故障。交流電壓或直流電壓作為電源輸入后，經過整流出來的均是直流電源，再經過之前的電源開關管及開關管旁路激勵電路等電路， 而得到計算機所需的純凈的12V，5V，3.3V低壓直流電壓。通過分析可知，交流或直流電源作為計算機的輸入電源，真正的區別在于橋式整流電路的作用，交流電壓經過橋式整流電路整流后輸出直流電壓，而直流電壓經過橋式整流電路整流后仍然輸出直流電壓，即不管是交流電源還是直流電源作為輸入電源，計算機均能滿足運行要求。

3 直接用220V直流供電的試驗與實踐

經過理論分析，再通過試驗和實踐來驗證分析是否正確。首先做一個橋式整流實物接到220V交流電壓上，將通過橋式整流電路整流后得到的220V直流電壓，直接接入計算機和顯示器上，看是否能正常工作。

在將橋式整流接線實物接入到220V交流電源之前，先測得220V交流電源插座上的交流電壓為222.3V，再將橋式整流接線實物插在222.3 V交流電源插座上，測得橋式整流實物輸出端直流電壓為212.9V。然后將橋式整流實物輸出端212.9V直流電源分別接至計算機和顯示器電源輸入端，計算機和顯示器開機運行均正常。

由于變電站保護最低動作電壓是180V，為驗證計算機在180V的情況下是否能正常開機運行，將220V交流電源通過一個半波整流接線實物接至計算機和顯示器，計算機和顯示器開機運行均正常。

上述試驗證明，用全波橋式整流或半波整流輸出的直流電壓供電時，計算機和顯示器都能正常運行。這說明計算機或顯示器的開關電源電路用電范圍寬，且具有交、直流電源直接用電的雙重特性。變電站的直流母線電壓均為220V，電壓質量穩定，再加上計算機和顯示器輸入電壓范圍在100～240V之間，因此計算機和顯示器完全可以直接用直流電源供電。

將計算機主機和顯示器直接接在變電站220V直流母線上進行開機運行試驗，并測得直流電壓輸出端子上的電壓是221.9V，計算機和顯示器都運行正常。

4 使用2種不同電源供電的安全性分析

若監控后臺電源使用逆變器電源裝置供電，當變電站交流電壓正常時，逆變器電源裝置按交流—交流(交流旁路)輸出；當變電站交流電壓失壓時，逆變器電源裝置按直流—交流(直流逆變成交流)輸出。總之，逆變器電源裝置是監控后臺供電轉換的一個中間環節，它存在著交流電壓和直流電壓共存的現象，一旦防雷措施不到位，就易發生交流過電壓損壞現象；同時，逆變器電源裝置本身容量不夠和運行不穩定，也會導致監控后臺電源失電，其可靠性差。如果監控后臺供電電源直接使用直流電壓，也就是將直流電壓直接接到監控后臺的主機和顯示器上，就省去了逆變器電源裝置給監控后臺供電轉換的這個中間環節，也就消除了逆變器電源裝置轉換供電這個故障點，節省了直流電壓多出的負載消耗。監控后臺供電方式由原逆變器電源裝置供電改為直接用直流電源的供電方式后，更簡單、更方便、更安全、更可靠。

監控后臺計算機和顯示器直接使用直流母線上的電壓作電源時，要通過空氣開關連接，再加上計算機和顯示器的開關電路自身帶有過流、過壓、恒溫等多種保護的配合，不存在有影響直流母線電源安全運行的因素。

通過以上分析和試驗證明，監控后臺計算機和顯示器可以直接使用220V的直流母線電壓供電，從而使監控后臺的安全穩定運行更有保障。

5 使用2種不同電源供電的經濟性分析

公司現有48套逆變器電源裝置，這些逆變器電源裝置的成本費、日常運行的維護費和故障后的檢修費，相對較高。在監控后臺直接使用直流電源供電后，不僅節省了上述費用，還為運行人員減少了設備的運行維護工作量，消除因逆變器電源裝置工作而產生的震蕩噪音，凈化了工作環境。

6 應用效果

公司某110kV變電站監控后臺電源的逆變器電源裝置由于容量不足和本身運行不穩定，無法正常保證監控后臺的可靠運行。在直接使用直流母線電源供電后，供電電壓非常穩定，監控后臺運行也很正常。使用幾個月來，從未發生過因電源不穩而導致監控或“五防”等計算機運行不正常的現象。目前，公司多個變電站的監控后臺電源均已改為直流供電方式。