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技术交流

变电站直流电源常见问题处理

摘 要:随着高压配电所的新建和改造,配套直流电源也不断更新,总结了常用直流电源的工作原理和常见问题的处理,提出部分直流电源设计上的不足及其改进方法。 

关键词:直流电源  新技术  故障处理 
一、概述
  直流电源是一种不间断电源装置,主要给变电站中的电气二次回路提供可靠、稳定的工作电源,有的还要给合闸电源、事故照明和发电机组的直流油泵等负荷供电,还有的可选配逆变装置,替代UPS给微机自动化装置供电。直流电源本身就是一种应急电源,要定期检修维护,有故障及时处理,避免影响电力系统的可靠运行。
二、直流电源的组成及常见故障
  直流系统一般由以下几部分组成:交流配电单元、整流单元、监控单元、直流馈电单元、降压单元、电池单元、绝缘监测单元等,原理框图见图1。
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1、交流配电单元  
  交流配电单元一般引入2路交流电源并实现自动切换,故障率高的部位是切换用的接触器,出现过接触器卡涩不能正常切换和接触器振动大等故障,轻微故障可维修处理,严重时更换。安装时2路交流电源尽量取自不同的低压母线,充分发挥自动切换功能。
2、整流单元
   整流单元完成AC/DC转换,有的用3相变压器降压,再用可控硅整流实现,也有的用多个开关电源并列运行,原理图见图2。一方面给电池充电,另一方面给控制母线提供电源。开关电源的散热风扇易出故障,定个别整流模块损坏后会引起直流电源接地,更换整流模块时尽量选用同型号期检查,有问题及时更换。整流模块会因外部短路或电流负荷过大而烧毁的,没有同型号的也要选耐压和额定电流比原来稍高些的。

 

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3、监控单元

  监控单元一般由专门用单片机开发的控制器或是PLC配合触摸屏组成,主要功能是电池充电管理和后台监控,可查询直流系统运行状态,设定电池充电方式以及直流电压超限报警值。监控单元同时负责和变电所监控系统通信,把直流系统运行信息传输到监控系统显示。这部分是直流电源的技术核心,不同厂家的技术不同,即使同一厂家不同系列产品也有很大改动,好在故障率不高,一旦出现故障恐怕要找厂家了,某开闭所的直流电源出现过一次触摸屏无显示的故障,检查发现内部开关电源控制芯片烧坏了,换后正常。
4、直流馈电单元
  直流馈电单元将直流输出电源分配到每一路输出。各直流输出支路采用相应规格的断路器和保险,保证在直流侧故障时各支路能可靠分断。直流输出分合闸(动力)电源和控制电源,合闸电源直接接到电池组,电压跟随电池电压变化,能提供较大电流,瞬间电流能达到100多安培,控制电源能稳压在220V左右,提供电流一般不超过20A,控制电源输出除了正负控制母线,还有一路闪光母线。馈电单元保险最容易烧断了,过负荷和输出短路是主要原因,排除故障更换保险就行了。  
5、降压单元 
  降压单元的作用是把合闸(动力)母线通过降压单元为控制母线提供基本稳定的电压,原理图见图3。一般由硅链或大功率管(IGBT)配合调压控制电路组成,硅链利用大功率整流二极管的PN结正向压降叠加来产生调整压降,控制器检测母线电压,并与设定值比较,当母线电压高于(低于)设定值的上限(下限)时,控制器发出信号,驱动执行继电器,通过执行继电器的分断或闭合,改变稳压硅链的降压值,确保母线电压值在规定的范围内。大功率管的调压原理是使用脉宽调制(PWM)技术控制大功率管的高频通断来动态调整电压,优点是电压波动小,功率消耗小,相比之下,硅链的功耗等于工作电流乘以压差,是比较高的。缺点是大功率IGBT管易损坏,要使用快速熔断器作为保护。硅链工作可靠性高,林源110KV总变的直流电源出现过输出电压不稳定现象,调压继电器频繁动作,调整控制器电路板上的可调电阻后工作正常。
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6、电池组
  电池组现在多采用铅酸免维护蓄电池,我厂直流系统额定电压为220V,用18只12V的电池,容量根据实际需要选定,一般在60~120AH之间。建议尽量配电池监测功能,能查看每节电池的电压,电池组每年要进行一次充放电试验,记录每节电池的电压变化过程,早期要失效的电池内阻大,会表现为充电时电压偏高,而放电时电压又偏低,当多只电池有这种表现时,就要考虑更换电池组了。
7、绝缘监测单元
  绝缘监测单元主要由绝缘监察继电器组成,最好选配支路接地检测装置。绝缘监察继电器只能监视系统是否接地,当出现直流接地时报警,需要通过人工选线确定接地回路,装有支路接地检测装置相当于在每个支路安装了直流漏电检测,能通过支路的电流是否平衡判断接地支路,有利于及时判断处理故障。安装了支路接地检测装置后需注意,各配出支路互相之间要隔离,不能有电气连接部分,否则2个支路会同时出现电流不平衡现象,装置报接地,而实际并没有接地。如图4,假设负荷1的电流为1A,负荷2的电流为3A,如果两个负荷的负极接到一起,那么就有可能造成负荷1正极电流是1A,负极电流2A,负荷2正极电流是3A,负极电流2A,这时负荷1和负荷2的漏电检测都会测到1A的不平衡电流而报警,需要注意的是,虽然此时有接地报警,但正、负极对地电压是平衡的。
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三、直流电源的改进
 1、监控单元电源设计
  部分直流系统设计的监控单元从交流系统取电,这种设计在交流电源消失时监控单元无法工作,而此时直流系统还在工作,但无法查看运行状态。应该改为从直流母线取电,保证监控单元在交流电源消失时也能正常工作。
2、控制电源电流调节
  某些老配电所高压开关柜内手车操作机构还使用合闸线圈,合闸时冲击电流较大,电流控制滞后,易烧保险,串大功率电阻限制电流后正常。 
3、 直流电源并列运行
  如果两套直流电源的输出都串入大功率二极管,利用二极管的反向截至作用,可以使直流电源并列运行,不间断切换。 
四、结束语
  随着电力电子技术发展,直流电源技术也越来越成熟,功能更为强大,如有的厂家还可选配逆变装置替代UPS,利用直流220V逆变出交流220V,可靠性比UPS高。如果直流电源能扩展出电池自动放电、活化充电、单节电池有效容量自动检测功能,将大大减少直流电源的检测、维护工作量,提高直流电源可靠性。

 

点击次数:  更新时间:2018-02-28  【打印此页】  【关闭