变电站直流电源可靠性研究

第一篇：变电站直流电源可靠性研究

变电站直流电源可靠性研究

264200 威海供电公司

摘要：变电站直流系统中蓄电池的选择、充放电设备的选择、监控装置设置、系统接线和操作保护设备的选择会影响整个直流电源系统的可靠性，本文通过对这些问题的分析，对变电站直流电源系统的可靠性提出了一些问题和解决办法。

关键词：直流系统可靠性 直流系统接线 直流系统设备选择 0 概述

多年以来，人们在直流电源可靠性方面做了大量的理论研究和实践工作，废除了一些落后设备和元器件，改善了直流电源系统接线，提高了自动化水平，拥有了先进的技术指标，以及长寿命和少维护的原则，可靠性已大大提高。目前，电力系统各变电站广泛采用了阀控式密封铅酸蓄电池、高频开关整流器或微机型晶闸管整流器、直流微型断路器、直流电源监控装置等。蓄电池

90年代发展起来的阀控式密封铅酸蓄电池由于具有密封良好、无酸无腐蚀、体积小、结构紧凑的特点在国内220kV及以下变电站已普遍采用。近期500kV变电站也在大范围推广使用。它还具有安装方便、维护工作量小、不污染环境、可靠性高、寿命长等一系列优点，因此，阀控式铅酸蓄电池是旧站直流系统改造中蓄电池的最好选择。但是它对温度反应灵敏，因而对充电电源要求较严格，不允许严重的过充或欠充。

因此，在实际选型方面应注意以下问题。

1.1 蓄电池组数的选择

按照《直流系统设计规范》规定，蓄电池组的选择原则上从变电站直流负荷供电可靠性方面考虑，220kV—500kV变电站应装设不少于2组蓄电池，110kV及以下变电站宜装设1组蓄电池，对于重要的110kV变电站也可装设2组。因此，蓄电池组数应从供电负荷的需要和可靠性出发，尽可能的减少供电范围和从工作的重要性考虑配置情况。

1.2蓄电池个数的选择

阀控式蓄电池取消了端电压和降压装置，它简化了直流系统的接线，避免了端电池的硫化和硅降压设备的麻烦问题，因而提高了可靠性。但是要求蓄电池组的运行必须满足其正常运行时母线电压为标称电压的105%，在线均衡充电电压时母线电压不应超过标称电压的110%，事故放电末期的母线电压为其标称电压的85%。依《直流设计规程》规定，控制负荷和动力负荷的直流母线在直流系统额定电压的85%-110%和87.5%-112.5%范围内。阀控式蓄电池组正常浮充电压运行在Uf=2.23-2.27V,约3-6个月均衡充电一次U=2.30-2.40V。这样浮充电压为2.23V，均充电压可以选在2.28～2.33V之间，事故放电末期电压选择在1.8V以上，完全满足了直流母线电压在允许范围内波动。根据计算，220V蓄电池组的个数对于单体2V的蓄电池只能选择在103或104个。但是大多数小型变电站的220V直流系统的蓄电池均选用200Ah以下蓄电池，大多选用12V或6V组合体蓄电池，对于12V组合体经常选用18只，这相当于单体2V蓄电池108个，这样正常运行时直流母线电压偏高，降低浮充电压则对蓄电池寿命有影响，由于运行中均衡充电时直流母线电压更高，因而更习惯采用硅降压装置调压，增加了复杂性，降低了可靠性。在直流负荷较小、蓄电池容量有保证的情况下，可以提高事故放电末期电压大于1.83V，选择单体2V 102个蓄电池或17只12V组合体，34只6V组合体的蓄电池。目前一些蓄电池厂可以生产带一假体的组合体电池，即生产10V组合体或4V组合体的蓄电池，若选择14×12V+4×10V或34×6V+1×4V也相当于单体2V的104个蓄电池组。总之应严格控制蓄电池组的个数，实现简化直流系统接线的目的。引自王连挥 《老站直流系统改造问题的探讨》

1.3 蓄电池容量选择

选择蓄电池容量首先要进行直流系统负荷的统计，直流负荷按性质可分为：正常运行负荷、事故负荷、冲击负荷。在以往的变电站中，断路器多采用电磁操作机构、其额定合闸电流较大，所以事故放电末期承受冲击负荷时，确保直流母线电压在允许值范围内，是选择蓄电池容量决定性的因素。近来由于断路器都采用弹簧或液压操动机构，其合闸电流很小，这样蓄电池的容量就主要由全站正常运行负荷和事故负荷决定。按照《直流系统设计规范》要求，有人值班变电站，全站交流电源事故停电时间按1h计算；无人值班变电站，全站交流电源事故停电时间按2h计算。

以一个具有2台120MVA主变压器、4回220kV线路、10回35kV线路、20回10kV线路和6组电容器的220kV变电站为例，当变电站断路器采用弹簧操动机构，允许的最低工作电压为85%额定电压时，选择220V额定电压、104只300AH容量的蓄电池即可满足要求。

1.4 试验放电设备的选择

长年运行在浮充电方式下的蓄电池的事故放电容量究竟是多少，若仅依靠一般的容量检测方法其可信度不高。近来，有些直流设备生产厂家虽然积极鼓吹用蓄电池电压、内阻来衡量容量的做法，尽管我们也相信蓄电池容量的降低在一定程度上会反应在电池电压、内阻的变化上，但蓄电池端电压和内阻的的高低绝不是衡量容量的指标。惟一的方法是定期进行核对性充放电对蓄电池活化和对容量进行核对，确保蓄电池始终能运行在90%以上的容量。满足当交流事故停电时，变电站的事故处理时直流负荷的需要。这也是直流电源可靠性的重要环节。

DL/T 5044—2004《电力工程直流系统设计技术规程》规定“试验放电装置宜采用电热器件或有源逆变放电装置。”DL/T 724—2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》也规定了蓄电池的核对性放电方法和放电周期。充电装置

充电装置是保证蓄电池可靠运行的主要设备，特别是阀控式铅酸蓄电池对充电装置的要求更高。由于高频开关电源具有稳压稳流、精度高、体积小、重量轻、效率高，输出纹波小的优点，现在已经被广泛应用。

目前的高频开关电源充电装置采用模块化结构优化设计，充电模块采用N+1冗余方式供电，即在N个模块满足电池组的充电电流（0.1C10）加上经常性负荷电流的基础上，增加一个备用模块。例如：200AH电池组，经常性负荷（Ij）为10A的直流系统，可算出充电机的最大输出电流为：

最大输出电流=0.1C10+Ij=0.1×200+10=30A 如采用容量为10A的充电模块，取N=3，N+1=4，备用模块采用热备份方式，直接参与正常的共作,若充电机任意模块故障,系统只发故障信号并可实施带电更换,而不影响正常的运行方式,可靠性较高。采用高频开关电源无疑成为站用直流系统改造方案的首选。

一般来说，35kV～110kV变电站的直流系统一般选用1组蓄电池配套1套（N+1个模块）或2套（N+1个模块）高频开关电源充电装置。

220kV变电站的直流系统一般采用2组蓄电池配套（N+1个模块）或3套（N个模块）的高频开关电源充电装置。直流电源监控装置

由于变电站及各级调度部门均采用了计算机监测、监控技术。直流电源系统作为变电站自动装置的一个重要组成部分。它对保证变电站各自动装置的安全稳定运行将起到非常重要的作用。它的技术条件、基本参数、基本功能、安全性能、结构工艺等均应满足DL/T 856—2003《电力用直流电源监控装置》电力行业标准的要求，行业标准规定监控的主要内容有充电电压、电流稳定运行的自动调整，浮充转均充或均充转浮充的按运行方式自动转换，主要直流断路器的运行状态和事故报警，直流母线电压的正常显示和异常报警，直流系统绝缘状态监测，蓄电池在线检测等。目前在充电电压、电流随温度变化的自动调整，运行中自动转换充电方式，逆变放电，严重接地自动跳闸，蓄电池在线检测的可靠性和智能化方面仍需努力。直流配电系统

直流系统接线应力求简单、安全可靠、维护操作方便，宜采用辐射形供电方式。根据负荷的功能不同馈线回路可分为：控制回路和合闸回路，各回路所用负荷开关均选用专用直流断路器，分断能力应能保证在直流负荷侧故障时相应支路能可靠分断，其容量与本系统上下级开关相匹配，以保证开关动作的选择性。

4.1 直流系统接线

1组蓄电池接线可为单母线分段或单母线，2组蓄电池设两段母线，两段母线之间设联络电器，一般为隔离开关，必要时可装设保护电器。总之直流母线接1组蓄电池和相应的充电设备，同时由母线馈出线路给支路负荷供电，只有在由双重化直流负荷或1组蓄电池配2套充电设备时，其母线才进行分段。

4.3 操作保护电器选择

直流馈线微型断路器集操作与保护功能为一体，安装方便，操作灵活，稳定性高，保护功能完善。一般两段式保护的直流断路器，具有过载长延时的热脱扣功能，又有短路时电磁脱扣瞬动脱扣功能，应该说是理想的选择。当断路器的额定电流已经确定后，除了过载长延时热脱扣的保护特性已经形成，同时短路瞬时电磁脱扣特性也已形成，一般是10IN±20%动作，可是断路器安装处的短路电流决定短路瞬时脱扣的灵敏度，必须进行计算验证，同时要注意上下级直流微型断路器的配合问题。

直流断路器安装处的短路电流及灵敏度计算公式如下

Idk=nU0/n(r0+rl)+Σrj+Σrk

Kl=Idk/Idz

式中，Idk为断路器安装处短路电流，A；U0为蓄电池开路电压，V；rb为蓄电池内阻，Ω；rl为电池间连接条或导体电阻，Ω；Σrj为蓄电池组至断路器安装处连接电缆或导体电阻之和，Ω；Σrk为相关断路器触头电阻之和，Ω；Kl为灵敏系数，应不低于1.25；Idz为断路器瞬时保护(脱扣器)动作电流，A。引自《电力工程直流系统研究》（佚名）。由于参数复杂，各设计院、生产厂家或运行单位均不可能精确计算短路电流，因此灵敏度也无法校验。

由于短路电流的不确定性，本来按照负荷电流选择额定电流并考虑了上下级的级差配合，但是短路瞬动保护不能保证其级差配合，短路电流大，肯定会出现越级现象而扩大事故。建议在智能型直流断路器没有出现之前，采用三段(过载长延时+短路瞬时+短路短延时)的直流断路器，从负荷侧向电源侧逐级加大时限的方法，不必精确的计算短路电流，可以达到尽快的切除故障，又实现级差配合的要求，使直流系统微型断路器不拒、误动和越级跳闸。结论

变电站直流电源可靠性的基本点是选择阀控式密封铅酸蓄电池，每组蓄电池应有独立的供电范围，蓄电池组个数的选择应满足各种运行方式对直流母线电压的要求，蓄电池应考虑放电设备。整流器选择高频开关型或晶闸管型，应有冗余或备用。直流电源监控装置首先要保证充电整流器的需要，完善的监控装置仍需开发研制。直流配电系统应简化接线，辐射供电，保护设备应选择直流断路器，在满足过载保护可靠性的条件下，还能保证短路保护时的快速断开功能，必须具备可靠的级差配合。参考文献

王连挥 《老站直流系统改造问题的探讨》 《直流电源》2006 佚名 《电力工程直流系统研究》

作者

徐有琳 威海供电公司 工程师 从事变电站直流系统检修维护工作6年

第二篇：变电站直流电源常见问题处理

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。

图1：直流电源组成原理图

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。

图2：两种常见的整流单元原理图

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。

图3 降压单元原理图

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。

图4 漏电检测

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。

第三篇：数控直流电源课题研究意义

第1章绪论

自从人类有了电之后，各行各业都因为有了电而飞速发展，并出现了无数新型产业，直至今日，电已经在我们的日常生活中不可或缺。但是变电站输送给我们用户的是380/220V交流电，为了使人们的生活更加便利，电器都朝微型化发展，随着人类用电量的增加，电器又要功率低，所以将380/220V高压变成较小，并能安全可靠地提供给各类不同小电器的小电源已经受到电器行业的重视。近几年，小电源的市场已经扩大，技术也将慢慢趋于成熟。如今，小电源还介入了单片机，使小电源智能化，数字化。

本设计作为毕业设计考核我们大学四年综合素质的一个重要环节，我们倾心将所学的专业知识综合应用，特别注重基础理论的实用性和技术内容的先进性，充分体现了小电源技术的新发展，来设计这个基于现代单片机技术的数控型直流源。重要应用了变压知识，电力电子技术和单片机技术设计。这个专用电源，就是采用单片微机进行控制，对硬件产生的同步电压进行触发，形成同步触发电压，送达4个可控硅控制输出电压。本文共四章，内容包括概述，电源的发展，硬件电路设计和软件设计。

单片机的物理含义是把CPU、存储器和各种各样外围设备的接口都集成在一块半导体芯片上，形成单片级的计算机。当前我国用得较多的是MCS-

48、MCS-

51、MCS-96系列。每种系列各有10多种型号。单片机对工业生产的影响是有目共睹的，在单片机技术发展起来的同时，电气行业开始了一场轰轰烈烈的微机革命。其带动了各类家电和仪器仪表的微型化、智能化，现在流行的所谓人性化科技，就是在单片微机的控制上，形成的远程控制、现场总线实时控制等新技术。而电源技术在经历了电气时代的风风雨雨的大半年头后，终于迎来了工业控制技术蓬勃发展的春天，使新型电源的发展有了更广的更美好的前景[4]。

本文在设计过程中参考了许多相关的教材和资料，在此向所有作者表示感谢！

由于本人知识浅薄，文中有错误与疏漏在所难免，敬请各位老师和同学指正。

1.1 课题研究的意义和目的在学习完《模拟电子》《数字电子》《电力电子技术》《单片机原理与应用》等教材后为了把所学的知识学以致用，从而开始研究此课题已考核学习成果以及锻炼动手能力。此次设计的系统主要是用单片机来实际的控制。因此这次设计的主要意义在于通过此次毕业设计了解单片机技术的现在和将来以及它在现实的工业控制中的应用情况，在什么样的情况下，如何的选择所用器件的型号，等等这些工作都将是我们今后在实际的工作

中所要遇到的非常实际的问题。

本次课题就是基于单片机为主体所设计的微机数字触发式直流稳压电源，相比其他以往的电源设计，此次的课题更新颖，更符合技术发展的潮流。设计中，对整体电源进行了硬件、软件总体设计，从两方面满足设计的基本要求的同时，对整个微机控制的系统有了比较全面的了解。运用单片机技术来完成以往有大量硬件电路来完成的工作，软件编程方面学到了许多技巧，并对微机指令有了更深的了解和掌握。

第1章绪论

本章节主要介绍论文研究的课题背景和意义，国内外发展现状，以及它所涉及的相关技术理论，以及本人在这之中所做的工作。

1.1研究背景及意义

揉的经济活动已经到了已经到了工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展时期。直流稳压电源是电子技术常用的仪器设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电[1]。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多, 但均存在以下二个问题: 1)输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。2)稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高[2]。

从上面我们能看出传统的直流稳压电源已经不能满足现在需要，但是在各类电子设备和一些家用电器中，通常又都需要电压稳定的直流电源供电。而在我们实际生活中电源往往都是由220V 的交流电网供电，那么这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。其中滤波器用于滤整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。然而传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小.因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨

损。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足，并且数控直流电源与传统稳压电源相比，具有作方便、电压稳定度高的特点。它的纹波电压低，电压调节精确，输出电压大小采用数字显示，直观易读。电路大部分使用集成电路，从而使调试简单、性能优良、故障率低、使用寿命长[3]。

1.2国内外研究现状

随着科学技术的迅速发展，人们对物质需求也越来越来高，特别是一些高新技术产品。电源——作为当今人们生活中普遍存在的电子商品，从上世纪九十年代末起便迅速发展。随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。从80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制

[4]。

然而，早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。而如今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。并且，在当今科技快速发展过程中，模块化是直流电源的发展趋势，并联运行是电源产品大容量化的一个有效手段，可以通过设计N+1冗余电源系统，实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性，缩短维修、维护时间，从而使企业产生更大的效益。如：扬州鼎华公司近年来结合美国Sorensen Amrel等公司的先进技术，成功开发了单机最大功率120KW智能模块电源，可以并联32台（可扩展到64台），使最大输出功率可以达到7600kW以上。智能模块电源采用电流型控制模式，集中式散热技术，实时多任务监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱结构紧凑，防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20%-30%节能优势，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选[5]。

1.3课题的主要内容

1.如何实现对电源的输出控制

系统设计的目的是要用微处理器来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器，实现输出电压的连续可调，精度要求高。实现的途径很多，可以用DAC的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻，或者用其它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题。

2.数控直流电源功能的完备

数控直流稳压电源要实现电压的键盘化输出控制，同时要具备输出、过压过流保护及数组存贮与预置等功能。另外，根据要求电源还应该可以通过按键选择一些特殊的功能。如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。

3.性能指标

输出最大电压:30V

输出最大电流:2A

电压步进:0.1V

电流步进:2mA

纹波和噪声:≤5mVrms

电压分辨率:20mV

1.4论文的总体结构

第一章简要介绍课题的背景、意义、国内外研究现状，综述课题研究的目的、技术，介绍本文的主要研究内容。

第二章提出了数控直流电源的总的设计思路和几种实现方案论证，意义，及相关系统功能，对这些方案的可行性进行比较分析，选择了一种基于AVR单片机系统的数控直流电源的方案，并对直流稳压电源的基

本设计思想与方法进行了阐述。

第三章模块化详细阐述了数控直流稳压电源的系统整体结构和设计框图，包括数据单片机控制模块、电压控制模块、电压/电流采样模块、电源模块及人机交互接口。

第四章主要阐述了数控直流电源的软件系统和软件设计流程。

第五章对数控直流电源的性能参数进行测量与评估，以及抗干扰措施进行了介绍。

第六章对本数控直流电源的给出了本课题的测试结论，并对其发展前景进行了展望。

第四篇：山东直流电源工作总结

山东2010年直流电源设备专业工作总结

66～1000kV变电站直流电源系统情况统计

截止2010年底，本公司66～1000kV及以上变电站共 700 座，同比增加 6.2%。1000kV变电站 0 座，其中直流系统采用220V 0 座，110V 0 座；750kV变电站 0 座，其中直流系统采用220V 0 座，110V 0 座；500kV变电站 28 座，其中直流系统采用220V 27 座，110V 1 座；330kV变电站 0 座，其中直流系统采用220V 0 座，110V 0 座；220kV变电站 259座，110kV变电站 413 座，其中直流系统采用220V 671 座，110V 1 座；66kV变电站 0 座，其中直流系统采用220V 0 座，110V 0 座；变电站直流电源设备装用情况按附表1统计。

66～1000kV变电站中用蓄电池直流系统的有 700 座，同比增加 6.2% ；用交流操作电源系统的有 0 座，同比增加 0 ；用硅整流系统的有 0 座。同比增加 0。

1、整体配置情况

本公司共有直流充电装置 1017台。变电站直流电源系统充电装置配置情况按附表1统计。注：变电站有不同充电装置的在总结中做详细说明，并注明变电站电压等级和变电站名称。2、1000kV变电站配置情况

（1）高频开关型充电装置的变电站 0 座，其中三台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，二台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，单台充电装置的变电站有 0 座。

（2）相控型充电装置的变电站共 0 座，其中三台充电装置的有 0 座，二台充电装置的有 0 座。（3）硅整流的变电站有 0 座。（4）混合型的变电站有 0 座。（5）磁饱和型的变电站有 0 座。（6）交流操作电源变电站有 0 座。3、750kV变电站配置情况

（1）高频开关型充电装置的变电站 0 座，其中三台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，二台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，单台充电装置的变电站有 0 座。

（2）相控型充电装置的变电站共 0 座，其中三台充电装置的有 0 座，二台充电装置的有 0 座。（3）硅整流的变电站有 0 座。（4）混合型的变电站有 0 座。（5）磁饱和型的变电站有 0 座。（6）交流操作电源变电站有 0 座。5、500kV变电站配置情况

（1）高频开关型充电装置的变电站 28 座，其中三台（每台n+1个模块配置）的变电站有 7 座，二台（每台n+1个模块配置）的变电站有 21 座，单台充电装置的变电站有 0 座。

（2）相控型充电装置的变电站共 0 座，其中三台充电装置的有 0 座，二台充电装置的有 0 座。（3）硅整流的变电站有 0 座。（4）混合型的变电站有 0 座。（5）磁饱和型的变电站有 0 座。（6）交流操作电源变电站有 0 座。5、330kV变电站配置情况

（1）高频开关型充电装置的变电站 0 座，其中三台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，二台（每台n+1个模块配置）的变电站有 座，单台充电装置的变电站有 0 座。

（2）相控型充电装置的变电站共 0 座，其中三台充电装置的有 座，二台充电装置的有 0 座。（3）硅整流的变电站有 0 座。（4）混合型的变电站有 0 座。（5）磁饱和型的变电站有 0 座。（6）交流操作电源变电站有 0 座。6、220kV变电站配置情况

（1）高频开关型充电装置的变电站 257 座，其中三台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，二台（每台n+1个模块配置）的变电站有 246 座，单台充电装置的变电站有 11 座。

（2）相控型充电装置的变电站共 2 座，其中三台充电装置的有 0 座，二台充电装置的有 2 座。（3）硅整流的变电站有 0 座。（4）混合型的变电站有 0 座。（5）磁饱和型的变电站有 0 座。（6）交流操作电源变电站有 0 座。7、110kV变电站配置情况

（1）高频开关型充电装置的变电站 412 座，其中三台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，二台（每台n+1个模块配置）的变电站有 33 座，单台充电装置的变电站有 379 座。

（2）相控型充电装置的变电站共 1 座，其中三台充电装置的有 0 座，二台充电装置的有 1 座。（3）硅整流的变电站有 0 座。（4）混合型的变电站有 0 座。（5）磁饱和型的变电站有 0 座。（6）交流操作电源变电站有 0 座。8、66kV变电站配置情况

（1）高频开关型充电装置的变电站 0 座，其中三台（每台n+1个模块配置）的变电站有 0 座，二台（每台n+1个模块配置）的变电站有 座，单台充电装置的变电站有 0 座。

（2）相控型充电装置的变电站共 0 座，其中三台充电装置的有 座，二台充电装置的有 0 座。（3）硅整流的变电站有 0 座。（4）混合型的变电站有 0 座。（5）磁饱和型的变电站有 0 座。（6）交流操作电源变电站有 0 座。

1、总体情况：

本公司合计蓄电池共有 1008 组。其中：阀控式密封铅酸蓄电池 1008 组，占100％；固定式防酸蓄电池 0 组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占 0 ％。1）、1000kV变电站情况

1000kV变电站蓄电池 0 组，阀控式密封铅酸蓄电池 0 组，占 0 ％；固定式防酸蓄电池 0 组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占 0 ％。2）、750kV变电站情况

750kV变电站蓄电池 0 组，阀控式密封铅酸蓄电池 0 组，占 0 ％；固定式防酸蓄电池 0 组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占 0 ％。3）、500kV变电站情况

500kV变电站蓄电池 56 组，阀控式密封铅酸蓄电池 56 组，占 100 ％；固定式防酸蓄电池 0 组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占0 ％。4）、330kV变电站情况

330kV变电站蓄电池 0 组，阀控式密封铅酸蓄电池 0 组，占 0 ％；固定式防酸蓄电池 0 组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占 0 ％。5）、220kV变电站情况

220kV变电站蓄电池 504 组，阀控式密封铅酸蓄电池 504 组，占 100 ％；固定式防酸蓄电池 0 组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占 0 ％。6）、110kV变电站情况

110kV变电站蓄电池 448组，阀控式密封铅酸蓄电池 448组，占 100 ％；固定式防酸蓄电池 0组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占 0 ％。7）、66kV变电站情况

66kV变电站蓄电池 0 组，阀控式密封铅酸蓄电池 0 组，占 0 ％；固定式防酸蓄电池 0 组，占 0 ％；镉镍蓄电池 0 组，占 0 ％。

2、配置情况

截至2010年底，66～1000kV变电站，本单位直流系统按单组配置的有 391 座，同比增加 0.5%。按混合配置的有 0 座。按其它方式配置的有 3 座。按照双组配置的有 306 座，同比增加 26.3%，占变电站总数 43.8 ％。

其中1000kV变电站双组及以上配置的变电站 0 座，占1000kV变电站总数的 ％； 750kV变电站双组及以上配置的变电站 0 座，占750kV变电站总数的 ％； 500kV变电站双组及以上配置的变电站 28 座，占500kV变电站总数的100 ％； 330kV变电站双组及以上配置的变电站 0 座，占330kV变电站总数的 ％； 220kV变电站双组及以上配置的变电站 245 座，占220kV变电站总数的94.6 ％； 110kV变电站双组及以上配置的变电站 33 座，占110kV变电站总数的 7.99 ％；

66kV变电站双组及以上配置的变电站 0 座，占66kV变电站总数的 ％。变电站蓄电池直流电源系统配置情况按附表2统计。

混合配置和其他方式配置详细说明(如有)：

220kV其他配置指烟台供电公司古柳变电站，配置方式为1组阀控电池+2台高频充电装置；110kV其他配置是指济南供电公司玉函变电站和菏泽供电公司牡丹变电站，配置方式为2组阀控电池+1台高频充电装置。注：混合配置和其他方式配置做详细说明，并注明变电站电压等级和变电站名称。

一、直流网络

直流网络按照辐射状供电的有 493 座，占 70.4 ％；其中1000kV 0 座，占1000 kV变电站的 ％；750kV 0 座，占750 kV变电站的 ％；500kV 28 座，占500 kV变电站的 100 ％；330kV 0 座，占330 kV变电站的 ％；220kV 215 座，占220 kV变电站的 83%；110kV 249 座，占110kV变电站的 60.3%；66kV 0 座，占66kV变电站的 %。

二、保护电器 全站馈线屏及以下全部采用直流空气断路器的变电站681 座，占 97.3％；其中1000kV 0 座，占1000 kV变电站的 ％；750kV 座，占750 kV变电站的 ％；500kV 28 座，占500kV变电站的 100 ％；330kV 座，占330kV变电站的 ％；220kV 252座，占220kV变电站的 97.3 %；110kV 391 座，占110kV变电站的 94.7 %；66kV 座，占66kV变电站的 ％。2010年完成的主要工作

（1）2010年国家电网公司相关文件、标准及规章制度的贯彻执行情况；

按照国家电网公司《直流电源系统管理规范》的要求，做好直流系统的日常管理工作。对直流电源设备的运行状况实行月报、季报和年报制度，各地市供电公司每月上报本月直流电源设备的运行状态和缺陷情况，使得直流电源设备的状态做到可控、在控。

精心组织、统筹安排，做好变电站直流电源系统技术改造工作。根据国网公司《变电站直流电源系统技术改造指导意见》，并结合《十八项反措》要求，制定了《山东电力集团公司直流电源系统技术改造实施意见》。2010年，按照轻重缓急的原则，主要进行了220kV变电站的直流系统的双重化改造任务和辐射状供电网络的改造，更换了大批达到设备运行年限、故障率较高的蓄电池和绝缘巡检装置，提高了直流电源系统的安全运行水平。

（2）本网省公司标准、规程、规范、工艺、导则等规章制度的建立、完善及执行情况；

2010年，山东电力集团公司以标准化、规范化为突破，不断提高设备质量。本，严格执行山东电力集团公司下发《变电站直流电源系统技术标准》《变电站直流电源系统管理标准》，进一步规范了直流电源设备的选型和日常维护工作，为确保直流电源系统安全稳定运行奠定了基础。

年初，根据蓄电池和充电装置的投运年限，结合国网的标准，编制检修计划，根据在线监测数据及设备的运行状态等，确定重点监测对象，采取核对性充放电直至更换等针对性措施；各地市供电公司都根据上级规程规定，结合变电站的具体实际编制了直流标准化作业指导书，并在现场工作中严格执行。（3）设备入网管理、运行管理、检修管理、设备评价、技术改造、技术监督及反措执行情况等方面所做的主要工作及取得的主要成绩、经验等。

A、实施全过程管理，不断规范直流专业管理。为加强直流电源系统技术管理，实施了设备入网、运行、检修、设备评价、技术改造、技术监督及反措执行的全过程管理，并狠抓直流电源设计和入网管理，取得了良好效果。严格执行国家电网公司典型设计规范，在项目设立及审查中，对不同电压等级变电站的直流系统提出标准化设计技术要求，明确直流系统的接线和运行方式，规范充电柜、馈线柜和蓄电池组的配置标准，突出直流双重化的配置和熔断器、控制保险的入网选型及配合要求。根据山东电网《变电站直流电源技术标准》的要求，严把设备入网关，制定了生产厂家信息库，确保设备的先进性、可靠性、安全性，实现了直流系统设计、选型的规范化。B、加强设备的备品备件管理

每年安排专项大修资金用于直流设备的运行维护，对异常频率较高的高频电源模块等电子产品，按型号购置足够的备品备件，在设备出现异常后及时进行更换，异常设备返回厂家进行维修后继续作为备品循环使用。

C．反措执行情况。

按照国网公司的反措要求，220kV变电站至少应实现双充双电配置，山东电力集团公司2010年共完成10座220kV变电站双重化改造工作；完成39座辐射状网络和全直流空气断路器改造工作，其中改造220kV站10座，改造110kV变电站29座。

（1）2010年计划进行 306 组的核对性放电工作，完成 296组，未完成10 组。其中 280 组蓄电池检测合格，合格率为 94.6%，16 组蓄电池检测不合格，检测不合格的蓄电池中2000年及以前投运的有3 组，2001年投运的有 3 组，2002年投运的有 0 组，2003年投运的有 1 组，2004年投运的有 3 组，2005年投运的有 0 组，2006投运的有2 组，2007年投运的有 2 组，2008年投运的有 2 组，2009年投运的有 0 组，2010年投运的有 0 组。完成核对性放电情况按附表3统计。（2）蓄电池核对性放电工作情况分析

对蓄电池核对性放电工作中发现的问题及处理情况的分析，说明未按计划完成核对性放电工作的原因。2010年，在核对性放电工作中，发现的主要问题是部分蓄组电池容量不足，分析容量不足的原因主要有两个：一是达到或接近了蓄电池的运行寿命，在16组不合格电池中，2004年以前投运的有10组，占不合格电池的63%；第二个原因是产品质量不过关，在不合格的2005年以后投运的6组电池中，主要是德国阳光、松树、海志等国外品牌，主要是代理商的进货渠道及质量控制存在问题。对存在问题的电池和电池组，都进行了相应的处理。对未到运行年限且整组容量不足的蓄电池要求厂家进行了整组更换，对单节容量不满足要求的也进行了更换；

1、技术改造情况统计

2010年，公司系统66kV及以上变电站直流电源系统技术改造 55 座，计划完成率为 100 ％。工程总投资 1496 万元。

其中：改造充电装置 51 台，改造蓄电池55组。

2、技术改造工作分析

（1）技术改造的内容及重点设备； 2010年，根据国家电网公司《直流电源系统管理规范》《变电站直流电源系统技术改造指导意见》及十八项反措要求，山东电力集团公司加大直流电源系统更新改造力度，确保了电网稳定和可靠供电。技术改造主要是反措改造和设备更新，主要完成了220kV变电站蓄电池和充电机的双重化以及辐射状网络的改造，并对老旧的绝缘监测仪进行了更换。（2）技术改造的依据及原则；

山东电力集团公司技术改造工作主要是依据国家电网公司直流系统有关的规程规定、反事故措施要求和山东电力集团公司新编制下发的Q/GDW06 1170301-2009《变电站直流电源系统技术标准》，并结合直流设备运行情况开展的。

（4）新技术应用及有关科研完成推广情况简介（如有）；

2010年，济宁供电公司开发了“蓄电池组智能放电管理系统”，对蓄电池组的放电进行了智能的控制管理，并且将放出的电能转换为交流反送到交流电网，节约了90%的电能。

2010年，逐步推广直流电源远程监控系统，将直流电源设备的运行参数和报警信息上传至生产车间，大大减少了运行维护的工作量。开展了蓄电池远程充放电系统的试点，取得了较好的效果，在继续完善的基础上进行推广。

2010年，结合智能变电站的建设，进行了一体化电源系统的试点，为今后一体化电源运行维护工作积累了经验。

（5）新技术应用取得的效果及存在的问题（如有）。

A直流电源远程监控系统已经得到了广泛的应用，但技术标准以及使用的通道没有统一。B 一体化电源应用后，对通讯电源的管理和维护有待理顺和加强。

2010年直流电源设备发生事故 0 次；缺陷 232 次，同比增长 2次，其中，充电装置缺陷 87 次，占 37.5 %，同比增长 1.0% ；蓄电池缺陷有 47 次，占 20.3 %，同比增长 4.4% ；接地巡检装置缺陷 25 次，占 10.8 %，同比增长-8.4% ；其它故障与缺陷有 73 次，占 31.5 %，同比增长 5.8%。按附表4统计故障与缺陷情况及产生原因、处理情况及采取的相应措施。

截止到2010年底，66～1000kV变电站直流设备基本情况按附表5统计。

（1）评价各类蓄电池的运行情况，蓄电池投入年限按附表6统计；

运行中发现，个别电池的寿命达不到年限。特别是2003-2006年之间投运的部分进口电池，由于进货渠道混乱，频繁出现漏液或电池盖开裂等问题。（2）统计不同类型蓄电池事故及缺陷情况并分类说明各种事故及缺陷的原因和采取的措施；（3）蓄电池运行缺陷分析应包括内容：

容量不足占30%左右，原因是蓄电池长时间运行后，寿命提前。单节电压压降低占50%左右，原因是蓄电池制造工艺，整组性能。渗液约占5%，原因是蓄电池制造工艺，大电流充电等。变形故障占10%，原因是充电电压，大电流，温度，制造原因等造成的。

l 蓄电池各类设备缺陷随运行年限的变化情况及原因分析。

蓄电池运行3-5年后，随着时间的延长，蓄电池出现的问题增多，原因主要是运行环境温度，充电机充电参数和质量，运行维护不及时等。

l 蓄电池各类设备缺陷随蓄电池型式不同的变化情况及原因分析。

早期国产12V型蓄电池寿命短，一般运行5年左右，单节蓄电池电压降低，影响运行，更换进口长寿命蓄电池。运行中的蓄电池出现单节电压低，主要是长时间浮充，造成电压不均衡，采取的措施是对蓄电池进行均衡充电，进行活化。

l 蓄电池设备缺陷随制造厂家不同的分布变化及原因分析。（4）蓄电池主要供应商分析。

目前，山东电网运行的蓄电池厂商主要有国外的EXIDE、荷贝克、海志、FIAMM以及国内的曲阜圣阳、杭州南都等，随着国外品牌价格的降低和国产化，越来越多的用户选择国外品牌，特别是EXIDE公司的产品占到了山东市场的近一半的份额，德国松树、FIAMM品牌增长也较快。最近三年，EXIDE、荷贝克以及FIAMM占据了80%以上，国内厂商的市场份额在逐渐萎缩。

（1）评价各类充电装置的运行情况，按类型（高频型、相控型、磁饱和型）、电压等级（各电压等级充电装置分别多少台）、运行年限（哪年投运的哪种类型的充电装置分别多少台）、生产厂家分析，充电装置投入年限按附表7统计；

（2）统计不同类型充电装置事故及缺陷情况，并分类说明各种事故及缺陷的原因和采取的措施； 2010年充电装置的故障主要是直流高频电源模块损坏，采取的措施主要是做好易损模块的备件，敦促厂家提高充电模块的产品质量，发现故障后及时更换。（3）充电装置供应商分析。

充电装置的应用带有明显的地域性。山东电力集团公司所用直流充电装置主要有鲁能智能技术有限公司、深圳奥特迅以及烟台东方玉麟电气有限公司等，三家公司的产品占到了60%左右，以上三家的设备无论是产品质量还是售后服务都比较到位。其他的厂商还有杭州中恒、积成电子、青岛高科等，每家都占5%-10%之间，份额相对较少，2010年青岛高科的产品应用较多。500kV变电站主要用的是深圳奥特迅和爱默生公司高频模块，设备的日常运行表现为爱默生模块的故障率很低，而奥特迅的相对较高，但奥特迅的售后技术支持较为到位，所发生异常都得到了及时处理，而爱默生的技术支持不理想。

（1）评价各类配套元器件的运行情况；

A、直流接地选线装置故障率较高，表现在装置黑屏、发故障信号、误选线等，主要原因是国内生产该类型产品的主要是一些规模较小的厂家，为降低生产成本，采用了一些质量不过关的原材料和元器件，造成设备故障较多；另一方面原因是对接地选线装置没有统一的技术规范和检验手段，使得产品功能难以达到实际需求，误发信号比较普遍。

B、2010年，监控装置缺陷比较多，主要表现在模拟量不采样或者采样不准；监控装置模块损坏；监控装置误发信号、告警；显示屏损坏等。分析其主要原因是产品质量不过关，运行一段时间后，电子元器件老化引起的。对新上的蓄电池在线监测装置出现的通讯故障、误发信号等缺陷，要求厂家及时改进技术，提高装置的可靠性。

C、直流电源设备的运行维护也存在一个比较突出的问题，就是早期的部分厂家已经不复存在或产品已移交其他厂家，售后服务不能保证。

（2）统计不同类型元器件事故及缺陷情况，并分类说明各种事故及缺陷的原因和采取的措施。

（1）评价直流系统中直流空气断路器、熔断器的级差配置现状情况；

A、进口空气断路器如ABB、西门子等质量相对较好，但由于本身采用热脱扣原理，具有反时限动作特性，在大短路电流情况下不易进行上下级选择性跳闸。

B、直流断路器的配置，存在没有经过严格的计算，造成设计与现场的实际系统配置不对应的情况。C、目前在没有进行级差配合试验的情况下，要求变电站内选用同一厂家的同一系列的直流空气断路器。（2）统计直流断路器在运行中的事故及缺陷，并说明事故及缺陷的原因和采取的措施。

（一）管理方面

（1）直流系统国家标准和国网公司企业标准众多，但有些地方比较模糊，执行起来难度较大，如一些设备如接地选线装置、蓄电池在线监测装置等没有具体的标准可以参照，直流电源远程监控系统的网络通道比较混乱。

（2）直流专业人员数量不足，技术水平不高。

（3）直流电源设备所需试验仪器配置不满足现场需求，有些直流电源设备的检测试验无法开展。（4）一体化电源应用以后，通讯电源的运行与管理没有理顺。

（二）设备方面

（1）部分直流电源设备陈旧、技术不成熟，售后服务不到位，给安全生产带来隐患。（2）部分220kV变电站直流电源设备还不满足双重化的配置的要求。（3）蓄电池室环境温度的监测和控制有待加强。

（4）直流系统定值管理不规范，基本上依靠厂家的资料，缺乏整定的原则。（5）接地选线装置原理不一，存在的问题较多，有些甚至会影响到直流系统的运行。

针对专业管理和设备管理工作中存在的主要问题和薄弱环节，山东电力集团公司将采取以下措施：

（一）管理方面：

（1）完善直流监督网络，配备足够的直流专业人员和试验设备，使得所有运行的直流电源设备都能进行检验，加强直流专业人员的培训，提高技术人员的业务水平。

（2）加大新设备技术标准的调研和编制工作，使所有设备的选用都有章可循。

（3）严格把好设备入网关，杜绝不符合技术标准的直流设备进入电网。加强验收管理，从设计、施工到验收严格按照反措要求进行，做到投产即合格。

（4）加强直流电源设备运行维护和检修管理，严格按规程规定做好直流电源设备的检修和运行维护工作。（5）加强直流电源设备的台帐管理，运行、检修班组自备直流系统接线图，变电站需建立直流熔断器的详细图表、直流定值清单等。

（二）设备方面：

（1）新建220kV以上的变电站必须满足双配置的要求，对不满足要求的变电站分批进行双重化改造。2）新建或扩建的变电站直流接线方式采用单母线或单母线分段接线，220kV及以上的变电站馈线采用辐射供电方式，对110kV及以下的变电站可采用辐射供电方式、也可采用环网供电方式；对运行中的110kV及以下的变电站，条件具备的时候进行改造。

（3）严格执行直流系统断路器的配置要求，在尚不具备极差配合试验的条件下，严格选用优质的同一厂家的产品。

（4）开展充电机和接地选线装置的检测工作，尽可能使得运行的设备都能得到检测。

（5）加大对新设备的技术监督力度，对直流电源远程监控系统、一体化电源系统的技术要求、运行维护进行统一管理。2010年重点工作及建议

（1）健全制度，细化、完善管理标准。理顺直流专业管理，特别是通讯电源的管理，提高直流系统专业管理工作的有序性和有效性。完善公司的直流专业管理标准，编制新设备(直流电源远程监控系统等)的技术标准。

（2）加强老旧设备的改造，对出现的缺陷、运行不稳定及不满足反措要求的直流设备进行改造，确保不发生由于直流系统原因造成的事故和一类障碍。

（3）严格把好设备入网关，逐步开展直流电源设备的入网检测工作。（4）加强设备检修管理，推广检修规范标准化和作业指导书。

第五篇：开关电源可靠性设计研究[转帖] 开关电源可靠性设计研究

开关电源可靠性设计研究[转帖] 开关电源可靠性设计研究.txt每天早上起床都要看一遍“福布斯”富翁排行榜，如果上面没有我的名字，我就去上班。谈钱不伤感情，谈感情最他妈伤钱。我诅咒你一辈子买方便面没有调料包。开关电源可靠性设计研究 [转帖] 开关电源可靠性设计研究

----摘要：对影响军用PWM型开关稳压电源可靠性的因素作出较为详细的分析比较，并从工程实际出发提出一些提高开关电源可靠性的建议。关键词：开关电源 可靠性 1 引言

电子产品，特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程，不但要考虑电源本身参数设计，还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方面那怕是最微小的疏忽，都可能导致整个电源的崩溃，所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。开关电源电气可靠性设计 2.1 供电方式的选择

集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的压差降低了供电质量，而且应用单台电源供电，当电源发生故障时可能导致系统瘫痪。分布式供电系统因供电单元靠近负载，改善了动态响应特性，供电质量好，传输损耗小，效率高，节约能源，可靠性高，容易组成N＋1冗余供电系统，扩展功率也相对比较容易。所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的要求。2.2 电路拓扑的选择

开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上，如果按60％降额使用，则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能出现单向偏磁饱和，使开关管损坏，而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力，所以就不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压，即使按60％降额使用，选用开关管也比较容易。在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。2.3 控制策略的选择

在中小功率的电源中，电流型PWM控制是大量采用的方法，它较电压控制型有如下优点：逐周期电流限制，比电压型控制更快，不会因过流而使开关管损坏，大大减小过载与短路的保护；优良的电网电压调整率；迅捷的瞬态响应；环路稳定，易补偿；纹波比电压控制型小得多。生产实践表明电流控制型的50W开关电源的输出纹波在25mV左右，远优于电压控制型。硬开关技术因开关损耗的限制，开关频率一般在350kHz以下，软开关技术是应用谐振原理，使开关器件在零电压或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提高到兆赫级水平，这种应用软开关技术的变换器综合了PWM变换器和谐振变换器两者的优点，接近理想的特性，如低开关损耗、恒频控制、合适的储能元件尺寸、较宽的控制范围及负载范围，但是此项技术主要应用于大功率电源，中小功率电源中仍以PWM技术为主。2.4 元器件的选用

因为元器件直接决定了电源的可靠性，所以元器件的选用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四个方面：（1)制造质量问题

质量问题造成的失效与工作应力无关。质量不合格的可以通过严格的检验加以剔除，在工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品，不允许使用没有经过认证的产品。（2)元器件可靠性问题 元器件可靠性问题即基本失效率的问题，这是一种随机性质的失效，与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。在一定的应力水平下，元器件的失效率会大大下降。为剔除不符合使用要求的元器件，包括电参数不合格、密封性能不合格、外观不合格、稳定性差、早期失效等，应进行筛选试验，这是一种非破坏性试验。通过筛选可使元器件失效率降低1～2个数量级，当然筛选试验代价(时间与费用)很大，但综合维修、后勤保障、整架联试等还是合算的，研制周期也不会延长。电源设备主要元器件的筛选试验一般要求： ①电阻在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。

②普通电容器在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。③接插件按技术条件抽样检测各种参数。④半导体器件按以下程序进行筛选：

目检→初测→高温贮存→高低温冲击→电功率老化→高温测试→低温测试→常温测试 筛选结束后应计算剔除率Q Q=(n / N)×100% 式中：N——受试样品总数； n——被剔除的样品数；

如果Q超过标准规定的上限值，则本批元器件全部不准上机，并按有关规定处理。在符合标准规定时，则将筛选合格的元器件打漆点标注，然后入专用库房供装机使用。（3)设计问题

首先是恰当地选用合适的元器件：

①尽量选用硅半导体器件，少用或不用锗半导体器件。②多采用集成电路，减少分立器件的数目。

③开关管选用MOSFET能简化驱动电路，减少损耗。④输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。

⑤应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。禁止选用塑料封装的器件。

⑥集成电路必须是一类品或者是符合MIL－M－38510、MIL－S－19500标准B－1以上质量等级的军品。

⑦设计时尽量少用继电器，确有必要时应选用接触良好的密封继电器。⑧原则上不选用电位器，必须保留的应进行固封处理。

⑨吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近，因流过高频电流，故易升温，所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。

在潮湿和盐雾环境下，铝电解电容会发生外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况，所以在舰船和潮湿环境，最好不要用铝电解电容。由于受空间粒子轰击时，电解质会分解，所以铝电解电容也不适用于航天电子设备的电源中。

钽电解电容温度和频率特性较好，耐高低温，储存时间长，性能稳定可靠，但钽电解电容较重、容积比低、不耐反压、高压品种(>125V)较少、价格昂贵。关于降额设计：

电子元器件的基本失效率取决于工作应力(包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞等)。除个别低应力失效的元器件外，其它均表现为工作应力越高，失效率越高的特性。为了使元器件的失效率降低，所以在电路设计时要进行降额设计。降额程度，除可靠性外还需考虑体积、重量、成本等因素。不同的元器件降额标准亦不同，实践表明，大部分电子元器件的基本失效率取决于电应力和温度，因而降额也主要是控制这两种应力，以下为开关电源常用元器件的降额系数：

①电阻的功率降额系数在0.1～0.5之间。

②二极管的功率降额系数在0.4以下，反向耐压在0.5以下。③发光二极管电压降额系数在0.6以下，功率降额系数在0.6以下。④功率开关管电压降额系数在0.6以下，电流降额系数在0.5以下。⑤普通铝电解电容和无极性电容的电压降额系数在0.3～0.7之间。⑥钽电容的电压降额系数在0.3以下。

⑦电感和变压器的电流降额系数在0.6以下。（4)损耗问题

损耗引起的元器件失效取决于工作时间的长短，与工作应力无关。铝电解电容长期在高频下工作会使电解液逐渐损失，同时容量亦同步下降，当电解液损失40％时，容量下降20％；电解液损失0％时，容量下降40％，此时电容器芯子已基本干涸，不能再予使用。为防止发生故障，一般情况下应在图纸上标明铝电解电容器更换的时间，到期强迫更换。2.5 保护电路的设置

为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作，应设置多种保护电路，如防浪涌冲击、过压、欠压、过载、短路、过热等保护电路。3 电磁兼容性(EMC)设计

开关电源因采用脉冲宽度调制(PWM)技术，其脉冲波形呈矩形，上升沿与下降沿均包含大量的谐波成分，另外输出整流管的反向恢复也会产生电磁干扰(EMI)，这是影响可靠性的不利因素，因而使电磁兼容性成为系统的重要问题。

产生电磁干扰有三个必要条件：干扰源、传输介质、敏感的接收单元，EMC设计就是破坏这三个条件中的一个。

对于开关电源而言，主要是抑制干扰源，干扰源集中在开关电路与输出整流电路。采用的技术包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。EMI按传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，从10kHz～30MHz，我们虽然知道产生干扰的原因，但从效率上来讲，通过控制脉冲波形的上升与下降时间来解决未必是一个好办法，解决办法之一是加装电源EMI滤波器、输出滤波器及吸收电路，参见图2。电源EMI滤波器实际上是一种低通滤波器，它毫无衰减地把50Hz或400Hz交流电能传递给电子设备，却大大衰减传入的干扰信号，同时又能抑制设备本身产生的干扰信号，防止它窜入电网，危害公网其它设备。选择EMI滤波器是根据插入损耗的大小来选择滤波器网络结构和元器件参数，根据实际要求选择额定电压、额定电流、漏电流、绝缘电阻、温度条件等参数。电源EMI滤波器最好安装在机壳电源线进口的插座附近。抑制输出噪声的对策基本上按10kHz～150kHz、150kHz～10MHz、10MHz以上三个频段来解决。10kHz～150kHz范围内主要是常态噪声，一般采用通用LC滤波器来解决。150kHz～10MHz范围内主要是共模成分的噪声，通常采用共模抑制滤波器来解决。共模扼流圈要采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料，电感量在（1～2）mH、电容量在3300pF～4700pF之间，如果控制低频段的噪声，可以适当加大LC的取值。在10MHz以上频率段的对策是改进滤波器的外形。输出整流二极管的反向恢复也会引起电磁干扰，这种情况可以采用RC吸收电路来抑制电流的上升率，通常R在(2～20)Ω之间，C在1000pF～10nF之间，C应选用高频瓷介电容。

良好的布局和布线技术也是控制噪声的一个重要手段。为减少噪声的发生和防止由噪声导致的误动作，应注意以下几点：

①尽量缩小由高频脉冲电流所包围的面积。②缓冲电路尽量贴近开关管和输出整流二极管。

③脉冲电流流过的区域远离输入输出端子，使噪声源和出口分离。

④控制电路和功率电路分开，采用单点接地方式，大面积接地容易引起天线作用，所以建议不要采用大面积接地方式。⑤必要时可以将输出滤波电感安置在地回路上。

⑥采用多只低ESR（等效串联电阻）的电容并联滤波。⑦采用铜箔进行低感低阻配线。

⑧相邻印制线之间不应有过长的平行线，走线尽量避免平行，采用垂直交叉方式，线宽不要突变，也不要突然拐角。禁止环形走线。

⑨滤波器的输入和输出线必须分开。禁止将开关电源的输入线和输出线捆扎在一起。对于辐射干扰主要应用密封屏蔽技术，在结构上实行电磁封闭，要求外壳各部分之间具有良好的电磁接触，以保证电磁的连续性。目前为减少重量大都采用铝合金外壳，但铝合金导磁性能差，因而外壳需要镀一层镍或喷涂导电漆，内壁贴覆高导磁率的屏蔽材料。外壳永久连接处用导电胶粘牢或采用连续焊缝结构，需拆卸的可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性。导电材料要求导电性能高、有弹性、具有最小的宽厚比。4 电源设备可靠性热设计

除了电应力之外，温度是影响设备可靠性最重要的因素。电源设备内部的温升将导致元器件的失效，当温度超过一定值时，失效率将呈指数规律增加，温度超过极限值时将导致元器件失效。国外统计资料表明电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升，这就是热设计。热设计的原则，一是减少发热量，即选用更优的控制方式和技术，如移相控制技术、同步整流技术等，另外就是选用低功耗的器件，减少发热器件的数目，加大加粗印制线的宽度，提高电源的效率。二是加强散热，即利用传导、辐射、对流技术将热量转移，这包括采用散热器、风冷(自然对流和强迫风冷)、液冷(水、油)、热电致冷、热管等方法。

强迫风冷的散热量比自然冷却大十倍以上，但是要增加风机、风机电源、联锁装置等，这不仅使设备的成本和复杂性增加，而且使系统的可靠性下降，另外还增加了噪声和振动，因而在一般情况下应尽量采用自然冷却，而不采用风冷、液冷之类的冷却方式。在元器件布局时，应将发热器件安放在下风位置或在印制板的上部，散热器采用氧化发黑工艺处理，以提高辐射率，不允许用黑漆涂覆。喷涂三防漆后会影响散热效果，需要适当加大裕量。散热器安装器件的平面要求光滑平整，一般在接触面涂上硅脂以提高导热率。变压器和电感线圈应选用较粗的导线来抑制温升。5 安全性设计

对于电源而言，安全性历来被确定为最重要的性能之一，不安全的产品不但不能完成规定的功能，而且还有可能发生严重事故，造成机毁人亡的巨大损失。为保证产品具有相当高的安全性，必须进行安全性设计。电源产品安全性设计的内容主要是防止触电和烧伤。

对于商用设备市场，具有代表性的安全标准有UL、CSA、VDE等，内容因用途而异，容许泄漏电流在0.5mA～5mA之间，我国军用标准GJB1412规定的泄漏电流小于5mA。电源设备对地泄漏电流的大小取决于EMI滤波器电容Cy的容量，如图2所示。从EMI滤波器角度出发电容Cy的容量越大越好，但从安全性角度出发电容Cy的容量越小越好，电容Cy的容量根据安全标准来决定。若电容Cx的安全性能欠佳，电网瞬态尖峰出现时可能被击穿，它的击穿虽然不危及人身安全，但会使滤波器丧失滤波功能。为了防止误触电，插头座原则上产品端(非电源端)为针，电网端(电源端)为孔；电源设备之输入端为针，输出端为孔。

为了防止烧伤，对于可能与人体接触的暴露部件(散热器、机壳等)，当环境温度为25℃时，其最高温度不应超过60℃，面板和手动调节部分的最高温度不超过50℃。6 三防设计

三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。

在设计时，对于密封有要求的元器件应采取密封措施；对于不可修复的组合装置可采用环氧树脂灌封；所用元器件、原材料的吸湿度应较小，不得使用含有棉、麻、丝等易霉制品；对密封机箱、机柜应设置防护网，以防昆虫和啮齿动物进入；直接暴露在大气中装置的外顶部不应采用凹陷结构，避免积水导致腐蚀；可以选用耐蚀材料，再通过镀、涂或化学处理使电子设备及其零部件的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，隔离周围介质；在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境；对印制板及组件表面涂覆专用的三防清漆可以有效地避免导线之间的电晕、击穿，提高电源的可靠性；电感、变压器应进行浸漆、端封，以防潮气进入引发短路事故。7 结语

以上建议只适用于军用电源，对于商用和工业用产品可以在某些方面作出不同的选择。总之，电源设备可靠性的高低，不仅与电气设计，而且同元器件、结构、装配、工艺、加工质量等方面有关。可靠性是以设计为基础，在实际工程应用上，还应通过各种试验取得反馈数据来完善设计，进一步提高电源的可靠性。