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1、智能高频开关电力操作电源系统 工作原理及使用的探讨股份公司电仪一? ?兰明江摘? 要? ? 对 2# 变电所、 3# 变电所及 9# 变电所使用的智能高频开关电力操作电源系统的工作原理及使用进行探讨与分析。关键词? ? 智能高频开关电力操作电源系统? 充电模块? ? 监控模块? ? 合闸整流器1? 引言PowerMaster 智能高频开关电力操作电源系统由高频开关电源模块组成, 适用于使用直流设备的用户。我公司 2# 变电所、 3# 变电所及 9# 变电所的高压开关柜操作电源以前都是由可控硅三相桥式合闸整流装置提供, 该装置对交流电源的依赖性比较强, 特别是 2# 变电所和 9# 变电所 无蓄
2、电池组, 一旦两段交流电源中断, 高压开关柜的操作电源也将随之中断, 对高压设备的安全运行带来极大的影响。而 3# 变电所虽有蓄电池 组, 但该蓄电池为铅酸蓄电池, 酸性溶液对蓄电池之间的连接片腐蚀相当严重, 加大了蓄电池触头与连接片的接触电阻, 因此降低了电池的供电质 量。同时因为酸性溶液与铅产生化学反应, 降低了酸性溶液浓度, 必须人为的定时对蓄电池加入蒸馏水, 故加大了维护人员的工作量。我公司分别于 2001 年、 2003 年及 2002 年对 2# 变电所、 3 # 变电所及 9# 变电所安装了一套该设备, 从运行的情况看效果很好, 提供给高压开关柜的操作电源很稳定。 本文对 Pow
3、erMaster 智能高频开关电力操作电源系统的工作原理及使用进行探讨与分析, 为该设备安全、 稳定、 连续运行提供一些技术支持。2? 系统特点2?1? 高可靠性(1) 采用开关电源的模块化设计, N+ 1热备份。( 2) 充电模块可以带电热插拔, 平均维护时间大幅度减少。( 3) 动力母线和控制母线可以由充电模块单 独直接供电, 可以通过降压装置热备份。( 4) 硬件低差自主均流技术, 模块间输出电流不平衡低于 5%。 ( 5) 可靠的防雷和电气绝缘措施, 绝缘监测装置实时监测系统绝缘情况2?2? 高智能化(1)可通过监控模块进行系统各部分的参数设置。 ( 2) 模块能够平滑调节输出电压和电
4、流, 以及对蓄电池充电时的温度补偿。( 3) 蓄电池自动管理及保护, 实时自动监测蓄 电池的端电压、 充放电电流, 并对蓄电池的均浮充电进行智能控制, 对电池过欠压和充电过流进行声光告警。3? 工作原理PowerMaster 智能高频开关电力操作电源系 统的工作原理如图 1。图 1? 电力操作电源系统工作原理图?39?2004 年第 2 期? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 泸? 天? 化? 科? 技3?1? 交流输入正常时系统交流输入正常时, 两路交流输入经过交流切换控制板选择其中一路输入, 并通过交流配 电单元给各个充电模块供电。充电模块将输入三相交流电转换为 11
5、0V 的直流, 经隔离二极管隔离后输出, 一方面给电池充电, 另一方面给合闸负载供电。此外, 合闸母线还通过降压硅链装置与 控制模块构成备份系统, 提供控制母线电源。同时, 系统中的监控部分对系统进行管理和控制, 信号通过配电监控分散采集处理后, 再由监 控模块统一管理, 通过绝缘监测仪对母线绝缘情况进行监测。3?2? 交流输入停电或异常时交流输入停电或异常时, 充电模块停止工作, 由蓄电池供电。监控模块监测电池电压、 放电时间, 当电池放电到一定程度时, 监控模块告警。交流输入恢复正常以后, 充电模块对电池进行充电。系统工作时的能量流如图 2 所示。图 2? 系统工作时的能量流4? 系统设备
6、的组成我公司所使用的 PowerMaster 智能高频开关电力操作电源系统设备由以下 7 大部分组成。表1名称型号规格数量自动切换控制盒PFU- 21 套充电模块HD11010- 24 套绝缘检测仪JYM- ?1 套 监控模块JSM- A1 套电池巡检仪PBM - 11 套合闸整流器KDAD32- 200A/ 110V1 个蓄电池德国阳光电池 100AH9 节4?1? 自动切换控制盒该装置用于实现两路交流输入的主备方式自动切换, 即以第一路交流输入为主回路, 第二路交 流输入为从回路, 当主回路发生中断或者异常时,自动切换到第二路, 保证系统的交流不会长时间的中断; 当主回路供电正常时, 自动
7、切换到第一路。 我公司所使用该系统自动切换的两路交流电源如表 2。表2变电所名称第一路交流电源第二路交流电源2# 变电所2# 变电所低压提供4# 变电所低压提供3# 变电所3# 变电所低压 ?段提供3# 变电所低压?段提供9# 变电所9# 变电所低压 ?段提供9# 变电所低压?段提供4?2? 充电模块充电模块的主要功能是实现 AC/ DC 的变换, 此外, 还有系统控制、 告警等功能。4?2?1? 工作原理图 3? 充电模块工作原理? ? 三相 380V 交流电先经过尖峰抑制和 EMI电路, 消除电网上的尖峰和谐波干扰, 同时也抑制模块主开关电路产生的谐波传输到电网上, 污染电网。再经过工频整
8、流后变成脉动的直流, 在滤?40?泸? 天? 化? 科? 技? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2004年第 2期波电容和电感组成的 PFC 滤波电路的作用下, 输出约 520V 左右的直流电电压, 主开关 DC/ AC 电路将 520V 左右的直流电转换为 40kHz 的高频脉 冲电压在变压器的次级输出。变压器输出的高频脉冲经过高频整流、 LC 滤波和 EMI 滤波, 变为 110V 直流电压输出。同时在 PWM 控制电路的作用下, 实现了对输出电压和输出电流的限制, 即使在短路情况下, 回缩电路起作用, 一旦输出电压 超过了人为设定的过压保护点, 模块便自动关机,停
9、止输出, 提高模块工作的可靠性。4?2?2? 实际应用 该设备在我公司的实际应用中是将两个模块作为合闸模块使用, 两个模块作为控制模块使用, 各个模块的电压输出及负载电流如表 3。表 3? 模块的电压输出及负载电流表变电所名称模块名称输出电压 ( V)合闸瞬时 电流(A)负载电流 ( A)2# 变电所合闸模块 控制模块DC 120 DC 1104?32?73# 变电所合闸模块 控制模块DC 120 DC 1101?69# 变电所合闸模块 控制模块DC 121 DC 1101?4从上表可以看出 CD10 开关的合闸瞬时电流 并不大, 如果 1# 变电所更换为该型号的直流装置, 根据其负载电流(
10、10A 多) 大小, 选用 10A 的 充电模块, 将两个作为合闸模块( 共 20A) , 两个作为控制模块( 共 20A) 就能够满足 1# 变电所的需要。 4?3? 绝缘监测仪4?3?1? 主要功能( 1) 实时检测正负母线对地电压、 计算母排对 地电阻, 判断是否发生故障。( 2) 当系统发生绝缘故障时投入低频交流信 号, 计算支路的对地电阻和分布电容。( 3) 具有 RS422 接口, 连接监控模块。4?3?2? 工作方式 该绝缘监测仪有两种工作状态: 常规检测和支路巡检。在常规检测状态, 绝缘监测仪实时检测正负母线对地电压, 计算母排绝缘电阻, 并与系 统设定的值比较。当检测电阻小于
11、设定值时, 即认为绝缘故障, 绝缘监测仪进入支路巡检状态, 找出发生绝缘下降的支路, 并计算支路的电阻值和支路分布电容值, 将这些数据传入监控模块并在显示屏中显示, 使故障的查找和处理有了目的性 和准确性。4?3?3? 缺陷因为绝缘监测仪的检测支路有 96 路, 一旦支路出现故障, 绝缘监测仪必须对全部 96 路支路进 行检测后才能在监控模块上反映出故障点, 故其对故障点检测时间较长, 这是该设备的不足之处。4?4? 监控模块 监控模块的主要功能有显示、 设置、 控制、 告警、 通讯、 电池管理、 远程下载等。4?5? 电池巡检仪对电池的电池电压、 电流进行检测, 并将检测 数据传入监控模块,
12、 使监控模块能够实时监控电池容量, 判断电池是否应该进行充电, 并控制充电电流。4?6? 合闸整流器 4?6?1? 工作原理三相交流 380V 电源经过变压、 整流、 滤波后输出直流 110V 电源。图 4? 合闸整流器工作原理图4?6?2? 主要作用 保证在充电模块失去作用、 蓄电池不能正常供电而交流电源供电正常的情况下, 仍然能够通过合闸整流器的变压、 整流、 滤波输出直流 110V电源。 4?7? 蓄电池保证在两路交流电源全部中断的情况下, 通过蓄电池的放电输出直流 110V 电源。 我公司该系统选用的蓄电池为德国阳光电池, 容量为 100AH, 从模块的电压输出及负载电流表可以大概计算
13、出蓄电池供负载的时间, 因此根据 1# 变电所负载电流( 10A 多) 大小, 仅蓄电( 下转第 15 页)?41?2004 年第 2 期? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 泸? 天? 化? 科? 技结果 X= 1?63mg/ L, 相对误差在+ 3?07% -2?45%之间, 对于氯根控制指标小于 3mg/ L 的双氧水, 测定结果是比较满意的。取样量 40ml 时测 定结果偏低 12?23%, 取样量 50ml 时测定结果偏低 17?79%。因此双氧水取样量可选择的范围为5 30ml。由于双氧水中氯根含量较低, 取样量太少, 测定误差会更大, 同时为便于取样分析,
14、本 方法双氧水的取样量选择为 25ml。3?3? 实际样品的测定用 7 个 100 ml 容量瓶, 依次加入双氧水试样 0、 25?0、 25?0、 25?0、 25?0、 25?0、 25?0ml, 其余操作步骤同标准曲线的绘制。以试剂空白作参比,测定试样吸光度 A。测定数据见表 5。表 5? 实际样品的测定V样( ml)25?025?025?025?025?025?0A0?167 0?168 0?166 0?167 0?164 0?169CCl-( mg)1?621?631?611?621?591?64从表 5 结果可知, 实际样品双氧水中氯根含量 X= 1?62mg/ L, S= 0?0
15、17, n= 6, 精密度较满意。 3?4? 回收率的测定用 7 个 100 ml 容量瓶, 依次加入双氧水试样0、 25?0、 25?0、 25?0、 25?0、 25?0、 25?0ml, 其余操作步骤同标准曲线的绘制。以试剂空白作参比,测定试样吸光度A。测定数据见表 6。表 6? 回收率的测定结果V样( ml)25?025?025?025?025?025?025?0V标( ml)0112233CCl-(mg)00?020?020?040?040?060?06A0?167 0?252 0?249 0?331 0?335 0?415 0?418C测( mg)0?0404 0?0607 0 ?
16、0600 0 ?0796 0 ?0806 0?0997 0?1004R回收率( % )-101?5 98?098?0 100?5 98?8 100?0从表 6 数据可知, 本方法回收率在 98?0% 101?5%之间, 准确度较为满意。4? 结论双氧水取样量在 5 30ml 时, 显色体积为100ml, 用 10cm 比色皿测定吸光度, 可用硫氰酸 汞比色法测定双氧水中氯根的含量。此法简便、快速, 精密度和准确度都较高, 是较理想的测定双氧水中氯根的分析方法。作者简介宋学兰, 见?泸天化科技?2003年第 4期。联系电话?4122193收稿日期?2004年 2月 13 日( 上接第 41 页)池输出电源就能够维持 1# 变电所负载运行近 10 个小时, 因此 100AH 的蓄电池也能够满足 1# 变电所的需要。作者简介兰明江, 1998年参加工作, 毕业于成都科技大学计算机系工业电气自动化专业, 助理工程师。现在股份公司电仪一车间从事电气技术管理工作。联系电话?4126492收稿日期?2004年 4月 26 日?15?2004 年第 2 期? ? ? ? ? ? ? ? ?
