变电站高频开关电源应用探讨

罗庆华　卢建江

摘要：分析了高频开关电源系统的应用情况及在实际运行中存在的问题，采用高频开关电源应用的必要性，介绍了高频开关电源系统的性能特点，直流电源的输出质量及可靠性对电力系统的安全可靠运行起到重要的作用和应用。

关键词：高频开关电源直流操作电源变电站直流系统

0引言

随着电力工业的迅速发展，为提高电网的供电质量，使电网安全、经济运行，并实现电力系统的自动化，从而对电力控制系统的关键设备—控制电源的要求也越来越高。变电站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作，一般采取直流电源，所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。

1高频开关电源应用的必要性

目前我国各地的发电厂、水电站及500KV、220KV、110K、66KV、35KV、6KV等各类老式变电站所使用的直流电源设备大部分采用的是相控电源或者磁饱和式电源，利用直流发电机及硅充电装置输出直流，由于受工艺水平和期间特性的限制，上述电源长期以来处于低技术指标，基层维护保养难的状况。由于受变压器或可控硅自身参数的限制，上述电源存在很多不足之处，诸如：初充电流浮充电流不稳，系统纹波电压过大，控制特性不佳，不便于通计算机系统配接实现监控等。同时，充电设备与蓄电池并联运行，当电源纹波系数较大时，浮充电压波动或者偏低时，会出现蓄电池脉冲波动充电放电现象，对昂贵的蓄电池组不利，造成蓄电池组或单体的过早损坏。除了很多技术指标方面的缺陷外，上述电源还存在体积庞大，效率不高，1+1冗余投资大等其他不足之处，应该说已远远不能满足飞速发展的电力工程的需要。智能高频开关电源以体积小、重量轻、效率高、输出波纹极低、动态相应快、控制精度高、模块可叠加输出、N+1冗余等为特点的高频开关电源逐步取代相控电源或磁饱和式电源，特别是近十年来电力电子技术的迅猛发展以及功率器件制造工艺技术提高，更使高频开关电源的可靠性及适用面已大大优于相控电源和磁饱和式电源。

2高频开关电源系统的性能特点

高频开关电源系统是专为电力系统研制开发研制的，装置本身具有“四遥”功能，采取高频软开关技术，模块化设计，输出标称电压DC220V，可根据需要配有标准的通讯接口，易于与自动化系统对接，适用于各类变电站、发电厂和水电站使用。以GZDW系列高频开关电源系统为例，其性能特点如下：①标准单体模块式结构，可与不同厂家模块配套。兼容性好。②交流输入范围宽，偏差可达±10％，在电力供应状况复杂的地区亦能可靠工作，符合我国国情。③具有多项输入输出过欠压保护措施。④模块N热备，可平滑扩容。⑤监控系统配有标准通讯接口，方便接入自动化系统，实施“四遥”及无人值守。⑥对蓄电池自动管理及自动维护保养，实时监测蓄电池组的端电压，充、放电电流，自动控制均、浮充以及定期维护性均充。⑦具有单节电池巡检和温度补偿功能。⑨模块可带电插拔，更换安全方便。⑨降压方式采取新型高频软开关无级双向调压，摒弃传统硅堆降压方式，输出电压精度高。动态响应速度快。

3智能高频开关电源系统的组成及备部分作用智能高频开关电源系统由交流配电，绝缘检测。监控模块、整流模块、调压模块，直流馈电等组成

交流配电为系统提供三相交流电源，监测三相电压、电流及接触器状态：判断交流输入是否满足系统要求，在交流输入出现过压、欠压、不平衡时自动切断有故障的一路，并切换到另一路供电。系统发出声光告警。装有三相避雷器，能有效地防止雷击对设备造成的损坏。绝缘监测采用直流微电流传感器，利用正负母线对地的接地电阻产生的漏电流，来测量母线对地的接地电阻大小，从而判断母线的接地故障。这一技术无须在母线上叠加任何信号，对直流母线供电不会有任何不良影响，彻底根除由直流母线对地电容所引起的误判和漏判，对于微机接地监测技术是一重要突破。监控模块是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态实时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动精确管理，从而提高电源系统的可靠性，保证其工作的连续性、安全性和可靠性。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能，配有标准通讯接口，方便纳入电站自动化系统。整流模块为合闸母线、控制母线提供正常的负荷电流，本身具有LCD汉字显示、操作键盘，模块工作状态和工作参数一目了然，可以带电插拔，具有软件较准，自主均流、ZVS'软开关技术。调压模块无论合闸母线电压如何变化，输出电压都被稳定控制在220(1±0.5％)V，具有带电拔插技术、软开关技术和双向诃压特性。直流馈电设有控制输出、合闸输出、电池输入、闪光、事故照明等。控制母线有两种途径供电，确保控制母线供电安全可靠。配有智能直流监控单元，可测量母线电压、电流及开关状态等。

4智能高颤开关电源系统的应用

智能高频开关电源系统在变电站中应用以来，技术指标合理，各项参数显示直观，操作方便，自动化程度高，维护工作量大幅度减少，设备保护功能齐全，能可靠动作。对电池能自动管理无须专人维护，设备运行稳定可靠，减少了发生故障影响正常供电的几率，具体体现为以下几个方面：①老式直流系统的相控电源纹波系数大，其输出含有的交流成份较大。对二次设备影响较大，造成二次设备误动、损坏、甚至有的设备无法正常工作的现象发生。而应用智能高频开关电源纹波系数很小，输出特别稳定。②老式直流系统的相控电源采用硅堆调压，硅降压响应速度慢，反应时间为几十毫秒，输入电压突变时在输出上会产生很大的、冲击，因冲击不稳定而易烧坏二次设备。而智能高频开关电源采用无级调压方式，响应速度快，输入电压突变时，模块在200μs内调整完成，过冲小于5％。③老式直流系统的相控电源充电机、浮充机等噪音较大，且无降温措施，浮充机发热严重。而智能高频开关电源噪音小。模块采用优质风机降温，保证了模块元器件正常工作，使值班人员的工作环境大大改善。④老式直流系统用的是铅酸电池或镉镍电池，既需要专门设置蓄电池工进行维护、保养，还需要配备维护电池用的有关容器、仪表、原料、蒸馏锅、蒸馏水等。而智能高频开关电源采用的是封闭式阀控铅酸免维护蓄电池，平时不需要进行一系列的维护工作，减少了人力物力。⑤老式直流系统的相控电源功率因数低。一般在0.7以下，效率在60％左右，而智能高频开关电源功率因数达0.9以上。效率高达94％以上。⑥智能高频开关电源系统的控制母线有下述两种途径供电。确保了控制母线供电安全可靠，做到了直流系统稳定运行。在交流电正常时，控制母线可由整流模块经降压模块供电；在交流失电时。控制母线由蓄电池经降压模块供电。

5结束语

智能高频开关电源系统在应用以来，性能稳定，精度高，安全、可靠性更强，创新点多，收到了良好的效果，取得了明显的社会和经济效益，为安全稳定生产及其它负荷提供了可靠的电力保障。智能高频开关电源逐步取代相控电源或磁饱和式电源已是大势所趋，同时也为变电站实现自动化奠定了基础。在未来的变电站直流系统的安装及使用中必将会越来越广泛的应用。