介绍GZDW型智能高频开关直流电源系统

介绍GZDW型智能高频开关直流电源系统组成及工作原理和它的运行与维护；在运行与维护中常见故障的处理。

1 、引言
在变电站中，直流电源是核心，为断路器分合闸及二次回路中的仪表、继电保护和事故照明等提供直流电源，它的重要性就可想而知了，它就相当于是变电站整个二次系统的心脏，为二次系统的正常运行提供动力。

但是很多二次技术人员都只对变电站的保护回路及控制回路等比较重视而对为继电保护回路提供能量的直流系统的重要性就忽视了。

平时维护一般只是进行一些简单的蓄电池电压测试和绝缘监视等。

这就使直流系统往往运行在不可控的状态，这是相当危险的。

下面简单谈一下直流系统的组成及工作原理和它的运行与维护。

2 、典型GZDW直流系统的组成及工作原理
直流系统主要由充电模块、控制单元、直流馈电单元（合闸回路、控制回路、保护回路、信号回路、公用回路以及事故照明回路等）、降压单元、绝缘监测、蓄电池组等组成。

其中最主要的设备就是充电模块和蓄电池组。

近年来，随着电力技术的发展，高频开关模块型充电装置已逐步取代相控型充电装置，而阀控式密封铅酸蓄电池已逐步取代固定型铅酸蓄电池。

电力系统现在使用的高频开关电源整流系统比较老式直流系统的最大区别是模块化配置，比如GZDW型智能高频开关直流电源系统根据功能可划分为高频开关整流模块、监控模块、配电监控模块、调压硅链模块、绝缘监测模块、交流配电单元、蓄电池监测仪、
蓄电池组、馈电单元几部分。

图1 系统原理框图请登陆:输配电设备网浏览更多信息
图1 系统原理框图下面简单分析各个部分的工作原理和功能。

交流配电单元:直流系统一般都有两路交流电输入，正常时交流电输入切换开关置于“自动”位置，1路工作，2路备用，交流电经交流输入空气开关、交流接触器、避雷器等送至各个充电模块。

高频开关充电模块：三相三线交流电380V AC经三相整流桥整流后变成脉动的直流，在滤波电容和电感组成的LC滤波电路的作用下，输出约520VDC（2.34X220）左右的直流电压，再逆变为高频电压并整流为40KHZ的高频脉宽调制脉冲电压波，最后经过高频整流，滤波后变为220VDC的直流电压，经隔离二极管隔离后输出，一方面给蓄电池充电，另一方面给直流负载提供正常工作电流。

充电模块内部有监控板能监视、控制模块运行情况。

由于充电模块本身具有CPU，充电模块也可以脱离监控模块独立运行。

调压硅链模块：充电模块在蓄电池浮充时输出一般约为240VDC 左右（2.0~2.25X2V为单体的电池个数），在蓄电池均充时一般约为250VDC左右（2.3~2.35X2V为单体的电池个数）送至合闸母线，蓄电池则经蓄电池总保险送至合闸母线，正常时调压硅链的控制开关置于“自动”位置，经硅链自动降压后输出稳定的220VDC，送至控制母线，以上两部分共同组成直流输出系统。

当自动调压模块控制电路发生故障时，可以通过手动调整，使其输出在合理范围内。

调压硅链模
块实际分五组，每组由10个硅二极管组成，每组可降0.7X10=7V，五组总共可降5X7V=35V电压。

调压硅链模块设计余度较大，其输出电流可短时间超出额定值的2～3倍而不至于立刻烧毁硅链。

调压硅链模块要是断开，整个控制母线就无电压，也就是整个二次设备无直流电源。

现在有种接线方式是在控制母线也挂一个充电模块，设置为手动状态，输出电压调为220V，作为调压硅链模块坏时的备用。

配电监控模块：主要是对交流输入和直流输出的监控，可检测三相交流输入电压，蓄电池组端口电压，蓄电池充/放电电流，合闸母线电压，控制母线电压，负载总电流；并且实现空气开关跳闸，防雷器损坏，蓄电池组电压过高/过低，蓄电池组充电过流，蓄电池组熔丝断，合闸母线过/欠压，控制母线过/欠压，各输出支路断路等故障告警。

绝缘监测模块：用于监控直流系统电压及其绝缘情况，在直流系统出现绝缘强度降低（220V直流电压系统一般为低于25KW，110V 直流电压系统一般为低于7KW）等异常情况下，发出声光告警，并能找出对应的支路号和对应的电阻值。

监控模块：用于对充电模块的监控板、配电监控模块、绝缘监测模块等下级智能监控模块实施数据搜集并加以显示；也可根据系统的各种设置参数进行告警处理、历史数据管理等；同时对这些处理结果加以判断，根据不同的情况进行电池管理，输出控制和故障回叫等操作；此外还包括LCD、键盘等人机界面设备；可实现与后台机的通
讯，将数据上传。

蓄电池组：作为全站直流系统的后备电源，在充电模块停止工作时，蓄电池无间断的向直流母线送电；此外，在电磁式断路器进行合闸操作时，合闸电流大于100A，此时蓄电池成为合闸电源。

GZDW型智能高频开关直流电源系统自动控制的正常运行程序过程为：充电装置正常时浮充电运行，根据需要设定时间（一般为3个月）采用1.0I10充电电流进行恒流充电，当蓄电池组端电压上升到限压值时（2.3~2.35X2V为单体的电池个数），自动转为电压为（2.3~2.35X2V为单体的电池个数）的恒压充电，1.0I10充电电流逐渐减小，当充电电流减小至0.03~0.05I10电流值时充电装置倒计时开始启动，当整定的倒计时结束时，充电装置将自动转为正常的浮充电运行，这就完成一个循环，使蓄电池随时具有满容量状态，确保直流电源运行的安全可靠。

正常浮充运行1~3个月恒流充电电压升至整定值恒压充电电流减小至整定值正常浮充运行
3、直流系统的运行与维护
现在电力系统的变电站一般都是无人值守的，GZDW型智能高频开关直流电源系统可通过监控串口与变电站后台的监控实现通讯，可在调度端实现对直流系统的“三遥”。

但还是需要定期进行一般性的清扫、日常检查等工作。

一般220KV及以上变电站按照每天一次，110KV 变电站按照一周两次进行周期巡视。

在下列情况时要加强巡视：
1、新投运的设备；
2、在高温季节、高峰负荷期间和电磁式开关动作频繁时；
3、在雷雨季节有雷电发生后；
4、在直流系统或蓄电池的工况不良时；
5、特殊用电期间。

由于直流电压为220VDC，在日常维护中，即使无交流电源接入，系统也处于带电状况。

考虑到220V电源对操作人员及设备安全均有一定的危险性，直流回路最怕正极和负极间短路，工作时应戴绝缘手套，使用绝缘工具，必须防止麻痹大意所造成的人身或系统事故。

3.1 直流屏室和蓄电池室的管理
基本要求：保障室内环境的温度、相对湿度、洁净度、静电干扰、噪声、强电电磁干扰等要素符合机房内电源设备和控制设备的要求，保障设备的性能的稳定、运行可靠、生产安全，保障控制设备的正常供电和蓄电池的应急放电；保障设备的机械性能完好，设备电气性能符合标准要求，设备运行稳定可靠，与设备相关的技术资料、原始记录齐全。

蓄电池组室应安装空调保证温度应在25°C左右，温度对蓄电池的寿命影响较大，若在35°C 及以上的持续温度下运行，预期寿命减少一半。

温度过低，充电时产生氢气使内压增高，电解液减少，蓄电池寿命也将缩短。

3.2充电装置的运行及维护运行人员或专职直流维护人员应对充电设备进行如下的巡视检查：三相交流输入电压是否平衡或缺相，运行噪声有无异常，各保护信号是否正常，直流输出电压值（合母、控母）和电流值是否正确，各充电模块的输出电流是否均流，正负母线对地的绝缘是否良好，装置通讯是否正常等。

运行人员或专职直流维护人员特别要注意充电模块自动均充是否准时定期，均充时的充电电流和充电电压是否正确；雷电发生后应及时检查直流装置的防雷装置和充电装置工作是否正常；每月对充电装置作一次清洁除尘工作。

充电装置内部故障时，应及时把故障充电装置取下退出运行，这就是模块化配置的好处，在设计上采用N+1的方式，少一个充电装置不影响运行，应及时把坏的充电装置返厂家修理，这期间加强对直流装置的巡视。

3.3 蓄电池的运行及维护500KV变电站一般装设两组蓄电池，可互为备用。

220KV、110KV 一般装设一组蓄电池，其实在有条件时220KV最好装设两组蓄电池，因220KV的继电保护装置是双重化的，从电流互感器二次侧到断路器跳闸线圈都是双重化，因此，直流系统也宜相应的设置两组，分别对两套保护及跳闸线圈供电，以利系统安全运行。

在正常运行情况下，变电站的二次设备只需由充电模块来供电就行了。

现有的变电站，断路器一般有电磁合闸方式和储能合闸方式两种。

在电磁式断路器进行合闸操作时，要求直流电源能提供瞬时的合闸电流（20~200ms内提供数百安培的大电流），显然仅由充电模块来供电是远远不够的，这时蓄电池组就发挥了重要的作用，它能无间断地提供大电流，保证断路器的正常合闸，这也是直流系统为什么要有合闸母线的原因了。

在储能合闸方式下，合闸电流远小于充电模块的额定输出电流，不用蓄电池来合闸。

现在新建的变电站一般都是这种储能式的断路器，这时直流系统也就可以不要合闸母线。

当电网事故，必然使交流输入电压下降，当充电模块不能正常工
作时，蓄电池无间断的向直流母线送电，毫不影响直流电源屏的对外功能，保证二次设备和断路器的正确动作，确保电网的安全运行。

而作为最后保障的蓄电池，如果其容量的不足将会产生严重后果。

所以，蓄电池的重要性就就可想而之了，其维护、在线监测一直是大家最为关心的问题。

电池巡检仪作为在线监测装置，可实时发现落后或故障电池，并可检测电池组的温度是否处于正常范围内，但直流系统工作时输出电流较小，电池容量的不足或漏液、破损很难通过电池巡检仪发现，而电池内阻和电池容量的在线测试，准确度依旧不高，其测量精度和可靠程度通常只用于定性分析。

所以还是需要运行人员或专职直流维护人员对蓄电池进行巡视。

巡视项目如下：检查蓄电池连接片有无松动和腐蚀现象，壳体有无渗漏和变形，是否清洁；极柱与安全阀周围是否有酸雾溢出；绝缘电阻是否下降；蓄电池温度是否正常25°C左右；测试单只蓄电池电压和内阻（一般为几~十几mΩ）是否正常。

最好能每半月进行一次断开直流系统交流输入电源，让蓄电池来供电，10分钟后测试合母电压（也就是蓄电池组端电压）和控母电压及直流电流是否正常。

以此来保证作为最后保障的蓄电池工作正常。

还要注意对备用搁置的蓄电池的维护，因蓄电池要自放电而减少容量，应用便携式充电机每3个月进行一次补充充电。

由于电池品牌、型号及电池状况的不同，应根据实际情况通过监
控模块重新调整电池充电参数，以保证电池处于良好工作状态。

蓄电池寿命一般为10年左右，影响蓄电池寿命的主要因素有：1、过放电
2、放电电流过大或过小，一般应用I10（蓄电池的额定容
量/10）的放电电流3、浮充电压设置不合理
4、充电电流过大或过小，一般应用I10（蓄电池的额定容
量/10）的充电电流5、充电设备的性能
6、温度。

通常以标准温度25°C下10h放电率（I10）
的容量为蓄电池的额定容量。

核对性放电用I10的放电电
流放电5小时，2V的蓄电池端电压不低于2V则蓄电池容
量合格。

全核对性放电用I10的放电电流放电10小时，2V
的蓄电池端电压不低于1.8V则蓄电池容量合格。

新安装的
蓄电池在补充电后，应进行全核对性放电实验，以考核电
池容量。

变电站只有一组蓄电池时，在运行中一般用核对
性放电来考核蓄电池的容量是否合格，周期可为1-2-2-1方
式。

即新投运1年内进行一次，此后每2年进行一次，运
行5年后每年进行一次。