励磁调节器工作电源设计方案改进
2015-07-25胡海燕朱云新
胡海燕,朱云新
(1.武汉市陆水自动控制技术有限公司,湖北 赤壁 437302;2.长江水利委员会陆水枢纽工程局机电安装工程处,湖北 赤壁 437302)
1 常规调节器工作电源设计方案
常规设计方案中励磁装置的调节器等工作电源采用厂用电与直流电分别给开关电源供电,然后在开关电源输出侧隔离,通过二极管阻塞反向电压,再将同电压等级的输出电源并接在一起给调节器或其它设备供电,其供电模式为双电源热备,如图1所示。
这样的设计方案虽然简单,有较高的可靠性,但是存在以下缺点:
没有相应声光指示工作电源状态。四个开关电源中如有损坏时或直流系统或厂用电中的某一路供电出现故障后,这时励磁装置虽然能正常工作,但此时运行人员可能在较长时间不能及时发现问题。若此时再发生供电系统异常或开关电源损坏,就会造成发电机失磁的重大故障。
工作电源出现故障后无法准确判断出是哪路电源出了故障,就无法在不停机的状态下更换开关电源,需停机检修更换,这样会对用户造成不必要的经济损失。
图1 常规调节器工作电源回路
2 改进后的设计方案
2.1 系统原理
针对现有的设计方案暴露出的缺点,我们在2013年4月提出设计变更方案,进行了大量的试验工作,对新增的电源监测装置进行了长时间的烤机,最终于2013年6月完成成品,改进后调节器工作电源回路如图2。
2.2 电源监测装置原理
开送电源监测装置的电路结构如图3。
图2 改进后调节器工作电源回路
图3 开关电源监测装置的电路结构图
第一分压电路9包括串联连接的电阻R1和电阻R2,其的一端与基准电压(例如+9 V)连接,另一端接地,电阻R1和电阻R2的节点作为输出端输出第一参考电压至运放IC1D和运放IC1B的反相输入端。
所述第二分压电路10包括串联连接的电阻R4和电阻R5,第二分压电路10的一端与基准电压(例如+9 V)连接,另一端接地,电阻R4和电阻R5的节点作为输出端输出第二考电压至运放IC1C和运放IC1A的同相输入端。运放IC1D的同相输入端和运放IC1C的反相输入端分别通过电阻R3接入电源1,运放IC1B的同相输入端和运放IC1A的反相输入端分别通过电阻R6接入电源2。运放IC1D、运放IC1C、运放IC1B、运放IC1A的输出端分别通过电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14与发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4的阳极连接。
这样,由运放IC1C、IC1D等元件组成具有迟滞特性的电压比较电路,检测+5 V(Ⅰ)(即电源1)电压是否正常,假设+5 V电压升高至+5.5 V或降低至+4.7 V电压时,运放IC1C或IC1D输出高电平,驱动发光二极管LED1、LED2发出警示。+5 V(Ⅱ)(电源2)的电压检测由运放IC1A、IC1B等元件组成,原理同上。
本装置还包括分别与电源3、电源4、电源5、电源6、电源7、电源8连接的光耦 OC1A、OC1B、OC2A、OC2B、OC3A、OC3B,每一光耦的输入端与待测电源连接,光耦接收端的集电极接上拉电阻,发射极接地,所述上拉电阻的一端接直流电压,另一端与发光二极管的阳极连接。以光耦OC1A为例,光耦OC1A的输入端通过电阻R23接入电源3,光耦OC1A接收端的集电极通过上拉电阻R15接入直流电压(+12 V),光耦OC1A接收端的发电极接地,上拉电阻R15的另一端与发光二极管LED5的阳极连接。在上述电源3的电压正常时,光耦OC1A的集电极电平是零,若电源3的电压消失时,光耦OC1A的集电极输出高电平,发光二极管LED5亦被点亮。其它光耦的连接方式和工作原理与前述相同,在此不再赘述。
发光二极管LED1~LED10的阴极与开关管T1的控制端连接,开关管T1的第一端通过继电器J1线圈接入直流电压(+12 V),二极管D5连接在线圈的两端,开关管T1的第二端接地。开关管T1为NPN三极管。由发光二极管LED1~LED10构成或门电路,任何一个发光二极管被点亮后其阴极均可输出高电平,开关管T1的控制端(即NPN三极管的基极)在得到高电平后导通,继电器J1动作,其动作接点输出故障信号。开关管T1的第一端与直流电压之间还连接一发光二极管LED11,用于总故障报警。
电源检测单元内部工作电源:由双路+24 V(Ⅰ)、+24 V (Ⅱ)经 D3、D4隔离后并联给 DC-DC直流变换器P1供电,P1输出+12 V电压。电路中工作电源的+12 V亦由+12 V(Ⅰ)、+12 V(Ⅱ)经D1、D2隔离后并联提供。这样整个电路的工作电源就有四路电源共同供电,可提高本电路工作的可靠性。
2.3 新方案实施后的效果
通过大量的模拟故障试验与长时间烤机试验后,证明该电源设计方案稳定可靠,并且在任意开关电源不正常时均可对外发出信号警示,由此得出新方案比传统方案更智能化、安全化,能使现场调试人员及运行人员及时发现故障问题,从而及时消除其故障,避免造成更大的损失。
3 结 论
新设计方案与常规设计方案相比虽然成本上略有增加,但却极大提高了整个系统的运行稳定与可靠性,从长远考虑应发展新设计方案。新设计方案已在多个电站投入使用,运行至今未出现任何误报等故障,因此改进效果显著,应大力推广。
[1] 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京:中国电力出版社,2011.
[2] 电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册[M].北京:中国电力出版社,1998.