变电站直流高频开关电源的检测与验收

第一篇：变电站直流高频开关电源的检测与验收

变电站直流高频开关电源的检测与验收

摘要： 直流系统可靠与否直接关系到电网的安全，随着高频开关直流电源系统大量使用，该种电源系统的建成投运验收交接和运行检测、检查，已显得极为重要，从柜体、元器件外观的检查、整套系统电气技术参数检测都必须严格进行，并根据不同的目的进行相应项目的检查，运行中更应定期检查，及时发现存在的隐患，保证其在规定的参数下运行，以提高电池的服役年限。

Abstract： The reliability of DC system is directly related to the safety of the power grid.With the heavy use of DC power system of high-frequency switch，the built，operation，acceptance，handover and running，detection，checking of this kind of power system are extremely important.The appearance checking of cabinets and components，the electrical technology parameters of the whole system must be rigorously conducted，and according to the different goals to check the related objects.The periodical inspection in operation is necessary to find the wooden horse in time to ensure the running under specified parameters and improve the service life of the battery.关键词： 变电站；直流高频开关电源；检测；验收

Key words： transformer substation；DC high frequency switch power supply；detection；acceptance

中图分类号：TM64 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）11-0256-02

0 引言

直流系统是变电站的操作电源，近年来，高频电源开关逐渐取代相控电源和磁放大充电设备，成为电力系统变电站直流系统的主要充电设备，其运行水平直接关系到变电站的安全运行，因此，高频开关直流电源系统的交接必须进行严格检测和验收，运行中也应定期的检测和试验，及时发现存在的隐患，同时，保证其在规定的参数下运行，以提高电池的服役年限，下面我们就高频开关直流充电电源设备的检测项目和方法进行说明。一般外观检查

1.1 柜体检查

①柜体保护接地可靠，接地处无锈锈蚀有明显标志。

②门必须能灵活开闭，开启角超过90°。

③门锁可靠。用多股软铜线连接门和柜体。

④紧固连接结实、牢固。

1.2 元器件检查

①直流回路未使用交流空气断路器；其配合应符合规定，满足动作选择性的要求。

②导线、指示灯、按钮、行线槽、等排列整齐，无损坏、过热和变形。

③直流电源系统设备使用的测量表计指示准确。

④直流空气断路器、熔断器上下级应大于二级的配合级差，且要达到动作选择性的指标。

⑤同类元器件应接触可靠、插拔方便。插接件的接触可靠。

1.3 电气间隙、爬电距离

参照表1所示参数设计柜体两带电导体之间、带电导体与裸露的不带电导体之间的最小距离。直流充电电源设备的现场检测项目

①绝缘电阻测量；

②工频耐压试验（有条件进行）；

③电压调整功能试验；

④稳流精度试验；

⑤稳压精度试验、纹波系数试验；

⑥并机均流试验；

⑦限流及限压特性试验；

⑧保护及报警功能试验；

⑨控制程序试验；

⑩显示及检测功能试验；

{11}三遥功能试验。高频电源开关设备的检测方法和标准

3.1 绝缘电阻测量

①用1000V兆欧表测量被测部位。

②柜内直流汇流排和电压小母线，当除此以外的连接支路全部断开时，要求对地绝缘电阻至少达到10MΩ。

③蓄电池组的绝缘电阻，见表2。

3.2 工频耐压试验

如果时间充裕，现场条件允许，建议进行工频耐压试验。用工频耐压试验装置对柜内各带电回路，参照表3所示参数，对其施加工作电压，并持压1分钟。若不出现绝缘击穿、闪络等缺陷，则认定试验合格。

3.3 电压调整功能试验

直流电源柜内一般装有调压装置，必须对该装置进行手动调压和自动调压试验。

3.4 高频开关稳流精度试验

①充电（稳流）电压的调节范围详见表4。

②高频开关稳流精度试验。

维持充电（稳流）状态下的充电装置，交流输入电压的变动范围基本维持在额定值的+15%，-10%之间；输出电流也基本恒定在额定值20%～100%范围内的某一数值上，稳流精度？燮±1%；输出电压的变动范围也始终不超过充电电压的调节范围内，并且用δI=（Im-Iz）/Iz×100%计算稳流精度。

式中： Iz表示输出电流整定值，Im表示输出电流波动极限值，δI表示稳流精度。

3.5 稳压精度试验与纹波系数试验

①浮充电电压调节范围：充电装置的浮充电电压调节范围详见表4。

②试验要求。

处于浮充电（稳压）状态的充电装置，交流输入电压的变动范围基本维持在额定值的+15%，-10%之间，输出电流的浮动范围也不超出其额定值的0%～100%的范围，输出电压在基本恒定在其浮充电电压调节范围内的任一数值上，稳压精度？燮±0.5%，测得电阻性负载两端的纹波系数？燮0.5%。

稳压精度计算公式：

δu=（Um-Uz）/Uz×100%

纹波系数计算公式：

δ=（Uf-Uq）/2Up×100%

各字母所对应的参数如表5所示。

3.6 高频开关电源模块并机均流试验

将设备所有模块的输出电压均整定在浮充电电压调节范围内同一数值上，所有模块全部投入，在浮充电（稳压）状态下运行。设模块总数为n+1，模块输出额定电流Ie。

在设备输出电流为50%额定值[50%×Ie（n+1）]和额定值Ie（n+1）的负载条件下，分别测量各模块输出电流，并通过下式计算相应的均流不平衡度。

均流不平衡度=（模块输出电流极限值-模块输出电流平均值）/模块的额定电流值×100%

3.7 限流及限压特性试验

使充电装置分别在浮充电（稳压）状态与（恒流）充电状态下运行，通过调整负载，测试装置的限流及限压特性。试验参数详见表4。

3.8 保护及报警功能试验

按产品技术条件设定设备的保护及报警动作值。调整所需参数值，人为模拟各种故障，设备的保护和报警动作值及保护和报警动作方式，应符合以下标准。

①绝缘监察装置（详见表6）。

②电压监察要求。

基本要求：1）过压继电器电压返回系数？叟0.95；2）欠压继电器电压返回系数？燮1.05。从设备的电压监察装置配的仪表直读数值。

③闪光报警要求。

当设备可设有闪光信号装置的，可以使用试验按钮检查动作正确与否。

④故障报警要求。

当交流电源失压（包括断相）、充电装置故障、绝缘监察装置故障或蓄电池组等熔断器熔断时，设备应能可靠发出报警信号。

3.9 监控装置控制程序试验、监控装置显示及检测功能试验、三遥功能试验监控装置控制程序试验包括充电程序、长期运行程序和交流中断程序的试验。监控装置显示及检测功能试验需要人为模拟故障，使设备自动预警，检查其动作值、设定值是否达到相关技术标准。三遥功能试验涉及遥信试验、遥测试验和遥控试验三项内容。应该严格按技术规程操作，确保试验数据可靠。

参考文献：

[1]直流电源系统技术标准[S].国家电网公司.[2]直流电源系统检修规范[S].国家电网公司.[3]直流电源系统运行规范[S].国家电网公司.

第二篇：智能高频开关电源在变电站直流系统改造中应用

智能高频开关电源在变电站直流系统改造中应用

1直流系统改造的目的和必要性

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。变电站的直流系统被人们称为变电站的“心脏”，可见它在变电站中是多么的重要。中原油田的电力系统始建于上世纪70年代末，因受当时技术条件的限制，陆续建起的变电站直流系统设备有的为硅整流电容补偿直流电源，有的为带有铅酸蓄电池的KGCA—50/98～360、KGCFA—75/200～360型硅整流直流电源，有的为BZGN—20/220型镉镍电池直流屏。部分投运较早、运行时间较长的变电站直流设备老化严重，给变电站的安全、可靠运行带来了严重的威胁。如某110kV变电站就曾因直流系统故障，造成越级跳闸，导致全站失电的恶性事故。其它各站虽未发生大的事故，总因直流系统经常发生问题，缺陷较多，有的缺陷无法处理，致使直流系统长期处于“带病”运行状态，导致给用户无法正常供电。

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。而原来的直流设备均采取传统的相控电源，效率低、纹波系数大，在电磁辐射、热辐射、噪声等方面都不尽人意。另外，监控系统不完善，采取1＋1备份方式，对二次电路越来越先进的仪器仪表、控制、自动化设备很难满足其技术要求。此外由于相控电源浮充电压易波动，会出现蓄电池脉动充放电现象，对免维护蓄电池损害极大，影响电池寿命。加之其它设备改造和新设备的投入，原来的相控电源已远远不能满足中原油田电力系统的需要，急需进行改造更换，才能保证电气设备的安全运行和平稳供电。而智能高频开关电源由于其体积小，重量轻，技术指标优越，模块化设计，N＋1热备份方式，便于“四遥”等优点，已在诸多领域得到广泛应用。上世纪90年代以后，国外先进工业国家新建或改造电厂和变电站已全部采用高频开关电源，其蓄电池亦全部采用免维护蓄电池。为了实现中原油田电网设备达到同行业先进水平的目标，根据电网实际情况，直流系统设备改造采用目前先进的智能高频开关电源系统。2智能高频开关电源系统的性能特点

为了保证智能高频开关电源系统的质量，我们组织了多名技术人员对多个生产厂家进行了考察，了解厂家的生产工艺、规模和实验测试手段等情况，经过“货比三家”后，技术改造决定使用GZDW—200/220型操作电源。它是专为电力系统研制开发的新型“四遥”高频开关电源，采取高频软开关技术，模块化设计，输出标称电压为220V，配有标准RS?232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。此设备有下列性能特点： 1）模块化设计，N＋1热备，可平滑扩容。

2）监控功能完善，高智能化，采取大屏幕液晶汉字显示，声光告警。

3）监控系统配有标准RS?232接口，方便接入自动化系统，实施“四遥”及无人值守。

4）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。5）具有电池温度补偿功能。6）模块可带电插拔，更换安全方便。

7）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。8）采用最新软开关电源技术，采用进口器件。3智能高频开关电源系统的组成及各部分作用 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。系统工作原理框图如图1所示。

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。装有每相通流量40kA、响应速度为25μs的三相避雷器，能有效地防止雷击对设备造成的损坏。

绝缘监测采用进口非接触式直流微电流传感器，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RS?232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、软开关技术和双向调压特性。

直流馈电设有控制输出、合闸输出、电池输入、闪光、事故照明、48V电源输出等。控制母线有三种途径供电，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。电池巡检仪对电池电压进行实时监测，将信息及时反馈到监控模块。

蓄电池全密闭、免维护、无污染、无腐蚀，任何方向可放置使用，使用温度范围宽（－40℃～60℃）；深放电至零伏，24h内充电可恢复；可大电流放电，起动电流大，自放电率极低，具有安全防爆排气系统，是理想的操作、控制不间断电源。4直流系统设备改造中改进的问题 1）改进了新设备直流馈出线部分的不合理布置。为节省投资，我们利用原来直流系统的控制、信号及合闸电路的出线，但与新设备馈出线的位置及大小都不相适应，为此，我们对新设备直流馈出线部分按现场实际情况进行了改造，使安装更加容易，布线更为合理，运行更加可靠。2）添加了蓄电池的放电电路。

3）结合中原油田电网实际，对设备出厂时参数设置的不适应之处进行了改变，保证设备运行后更加可靠。

4）对闪光继电器等电气元件安装位置进行了调整。原元件安装位置不尽合理，损坏后不便维护、更换，改造后的位置便于维护，省时省力。

5）对模块监控单元、直流监控单元、交流监控单元进行了改进，增加了防护盖以防短路、灰尘进入等。5智能高频开关电源系统应用情况

改造后的直流系统设备经过两年来的运行，技术指标合理，各项参数显示正确，操作方便、直观，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。反映故障及时且准确无误，对电池能自动管理无须专人维护，设备运行稳定可靠，从未发生影响正常供电的现象。

改造后的直流系统与原来的直流系统相比较，性能稳定，精度高，安全、可靠，保证了油田的油气生产，居民生活及医院、道路等的用电，降低了噪音，改善了值班人员的工作环境，确保了变电设备安全可靠运行，产生了明显的经济效益和社会效益，主要体现在以下几个方面：

1）原来的相控电源纹波系数大，其输出含有的交流成份较大。尤其是赵村变电所最为明显，交流成份含量更高，对二次设备影响最大，造成二次设备误动、损坏、甚至有的设备无法正常工作。而改造后的智能高频开关电源纹波系数很小，输出特别稳定。2）原来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。而改造后的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）原来的相控电源充电机、浮充机等噪音较大，且无降温措施，有的变电站浮充机发热严重。而改造后的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）原来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。而改造后用的是美国“理士”免维护电池，平时不需要进行一系列的维护工作，减少了人力物力。5）原来的相控电源功率因数低，一般在0.7以下，效率在60％左右，而改造后的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）原来的相控电源经常出现故障，有时因无法操作送电而造成原油生产损失，如1997年9月23日某110kV变电所因直流系统故障造成越级跳闸，全站失电，烧毁35kV线路3公里，其经济损失高达400多万元；近几年直流系统经常出现各种故障给油气生产造成了很大的损失，同时也给居民用户生活带来不便、给工业用户带来巨大的经济损失。而改造成智能高频开关电源后，直流系统至今未发生任何事故，供电更加可靠。

7）改造后的智能高频开关电源具有48V电源出口，为变电站的通讯网络等提供了电源，不必另外购置专门的48V电源，减少了设备的投资和占用空间。

8）改造后的控制母线有下述三种途径供电，确保了控制母线供电安全可靠，做到了万无一失。——在交流电正常时，控制母线可由整流模块直接供电； ——在交流失电时，由降压模块供电；

——从电池90％电压处通过二极管供电到控制母线。6结语

由于改造后的智能高频开关电源系统性能稳定，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，为中原油田的油气生产及其它负荷提供了可靠的电力保障。同时也为变电站实现自动化奠定了基础。

第三篇：《220kv变电站直流系统》

220kv变电站直流系统

目录

1.什么是变电站的直流系统

2.变电站直流系统的配置与维护

3.直流系统接地故障探讨

4.怎样提高变电站直流系统供电可靠性

5.如何有效利用其资源

1.什么是变电站的直流系统

变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。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,一般都采取直流电源,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。变电站的直流系统被人们称为变电站的“心脏”,可见它在变电站中是多么的重要。直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源。它还为操作提供可靠的操作电源。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。

（1）220kv变电站直流母线基本要求： 蓄电池组、充电机和直流母线

1．设立两组蓄电池，每组蓄电池容量均按单组电池可为整个变电站直流系统供电考虑。

2.设两个工作整流装置和一个备用整流装置，供充电及浮充之用，备用整流装置可在任一台工作整流装置故障退出工作时，切换替代其工作。

3．直流屏上设两段直流母线，两段直流母线之间有分段开关。正常情况下，两段直流母线分列运行，两组蓄电池和两个整流装置分别接于一段直流母线上。

4．具有电磁合闸机构断路器的变电站，直流屏上还应设置两段合闸

母线。

5． 220kV系统设两面直流分电屏。分电屏Ⅰ内设1组控制小母线（KMⅠ）、1组保护小母线（BMⅠ）；分电屏Ⅱ内设1组控制小母线（KMⅡ）、1组保护小母线（BMⅡ）。

6． 110kV系统设1面直流分电屏，屏内设1组控制小母线（KM）、1组保护小母线（BM）。

7． 10kV/35kV系统的继电保护屏集中安装在控制室或保护小间的情况下，在控制室或保护小间设1面直流分电屏。8． 信号系统用电源从直流馈线屏独立引出。

9． 中央信号系统的事故信号系统、预告信号系统直流电源分开设置 10． 每组信号系统直流电源经独立的两组馈线、可由两组直流系统的两段直流母线任意一段供电。

11． 断路器控制回路断线信号、事故信号系统失电信号接入预告信号系统；预告信号系统失电信号接入控制系统的有关监视回路。12． 事故音响小母线的各分路启动电源应取自事故信号系统电源；预告信号小母线的各分路启动电源应取自预告信号系统电源。13． 公用测控、网络柜、远动柜、保护故障信息管理柜、调度数据网和UPS的直流电源从直流馈线屏直接馈出。（2）、直流系统运行一般规定：

(1)、220Kv变电站一般采用单母线分段接线方式，110Kv变电站一般采用单母线接线方式。直流成环回路两个供电开关只允许合一个，因为母联开关在断开时，若两个开关全在合位就充当母联开关，其开关

容量小，线型面积小，又不符合分段运行的规定。直流成环回路分段开关的物理位置要清楚，需要成环时应先合上母联开关再断开直流屏上的另一个馈线开关。

(2)、每段直流馈线母线不能没有蓄电池供电。(3)、充电机不能并列运行。

(4)、正常情况下，母联开关应在断开位置。(5)、绝缘检查装置、电压检查装置始终在运行状态。(6)、投入充电机时先从交流再到直流。停电时顺序相反。

（7）、母线并列时首先断开一台充电机，投入母联开关，在断开检修蓄电池。

（8）、母线由并列转入分段时首先合上检修蓄电池，断开母联开关，再投入充电机。

2.变电站直流系统的配置与维护

A：配置

220kV变电站直流系统设计依据是DL／ T5044—95《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》，本规定适用于采用固定型防酸式铅蓄电池。

一、要求220kV变电站具备高可靠性直流电源的原因：

1．1 部分变电站建设规模为主变容量3X 150MVA或3X180MVA，且为枢纽站。

1．2 220kV变电站主保护亦实现双重化，采用两套不同原理、不

同厂家装置；断路器跳闸回路双重化；且均要求取自不同直流电源。

1．3 线路的两套纵联差动保护、主变压器的主保护和后备保护均分别由独立的直流熔断器供电。

1．4 所有独立的保护装置都必须设有直流电源故障的自动告警回路。

1．5 变电站综合自动化水平提高，监控系统高可靠运行要求。

二、目前单组蓄电池运行、维护存在的主要问题：

2．1 事实证明：要掌握蓄电池运行状态，做到心中有底、运行可靠，必须进行全容量核对试验；然而直流系统配置一组蓄电池，给运行维护造成了极大困难。

2．2 现有220kV变电站蓄电池只对蓄电池组进行部分容量试验，检测出损坏严重的蓄电池；因进行全容量试验工作繁琐因难，部分单位回避容量试验，而不能完全掌握蓄电池的实际运行状态。

2．3 就对各发供电单位已运行的各型式蓄电池统计表明，使用寿命一般为7年到10年；且这期间尚需对个别落后电池维护处理才能够保证整组蓄电池使用年限。对于仅一组蓄电池而言，整个更换期间同样要承担风险运行。

2．4 蓄电池组由106只-108只(无端电池)或118只一12O只(有端电池)单体电池串联组成，若其中一只电池容量下降后，则表现为内阻增大、严重者相当于开路．也就是说：一只电池损坏，祸及整组电池不能发挥作用。目前检测的最佳方法是将浮充机停运，直流负荷由蓄电池组供电；对于仅有一组蓄电他的直流系统，若存在有开路情

况．则造成全站失去直流。

2．5 整流设备的好坏也影响蓄电池的寿命。新近入网交流整流设备，虽然具有充电、均衡充电、浮充电自动转换功能，但功能还不完善。如浮充电缺少温度补偿，温度低时充电容量不足、温度高时容易过充电，造成电池漏液鼓肚现象，缺乏单体电池端电压测量，当有2—3只电池充容量不足不能发现时就影响整组电池寿命。

2．6 近2—3年间投运的变电站蓄电池大多采用全密封阀控式铅酸电池，因不能象原固定防酸式铅酸蓄电池正常远行中能够通过测单体电池电压、量其比重、观其外观而综合分析判断电池运行状态。其日常仅能靠测量单体电池进行监视，运行状态好坏难以充分把握。2．7 对蓄电池容量的在线监测现在仍是一大难题。对阀控式全密封蓄电池能否依据某—指标数据判断或多项指标数据综合判断运行状态尚处于探索时期。

220kV变电站直流系统配置两组电池的必要性及优点

3．1 正在编写制订的《阀控式铅酸蓄电池运行、维护导则》国家标准，明确要求蓄电池必须进行容量试验。

3．2 220kv变电站内通信用直流系统按有关规定均配置二组48V蓄电池。而220kV变电站控制、保护、信号、安全自动装置等负荷同样需要高可靠的直流系统。

3.3 由于单组蓄电池不能很好的满足22kV变电站运行可靠性要求，且运行维护困难,故此 220kV变电站直流系统配置两组蓄电池是必要的。

3.4 220kV变电站直流系统配置两组蓄电池，完全满足运行要求，并符合部局有关继电保护反措对直流供电的要求，采用该系统对增加控制保护设备运行的可靠性有较重要的意义。

3．5 220kV变电站配置两组全容量蓄电池组或两组半容量蓄电池组后，从简化母线结构、减少设备造价、节约能源、避免降压装置故障开路造成母线失压，扩大为电网稳定事故和更大设备事故出发，可考虑直流动力，控制母线合一，去掉端电池及调压装置，使直流系统进一步简化、可靠。

220kV变电站直流系统配置两组蓄电池方案

4．1 为了保证两组蓄电池能够独立工作，相互间不影响，保持自身特性，采取不完全并联运行方式，即两组蓄电池充、放电独立，相互间不互充放。

4．2 根据变电站的建设规模、负荷地位和负荷水平，可选择采用下列不同的配置方案：

4．2．1 采用两组全容量蓄电池组、三台充电机、直流负荷母线分段接线。此方案是完备的方案，在各种运行方式下，能够保证提供可靠直流电源。

4．2．2 采用两组全容量蓄电池组、二台充电机、直流负荷母线分段接线。

4．2．3 为进一步降低工程费用，可采用两组半容量蓄电池不完全并联运行，配置二台充电机，直流母线分段。结束语：

直流系统是变电站二次设备的生命线，直流系统故障就有可能影响到电网稳定和设备安全。根据现在220kV变电站对直流电源可靠性要求进一步提高，及蓄电池运行、维护的需要，并考虑220kV变电站直流系统网络与蓄电池直流电源可靠性匹配要求，220kV变电站直流系统应配置两组蓄电池，虽在经济上多投入，但其运行可靠性却得到了大幅度提高，且运行方式灵活、维护简便。

B:维护

电力直流系统的维护现状:

现在的变电站一般都是无人值守的,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”.运行人员或专职直流维护人员定期对直流设备进行一般性的清扫、日常检查等工作.对充电设备只进行巡检,对蓄电池组进行日常维护和放电核对容量.。

.220KV设两组蓄电池,110KV一般装设一组蓄电池,在有条件时220KV最好装设两组蓄电池,因为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。

当电网发生事故时,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,蓄电池的重要性就可想而之了,其维护一直是最为重要的问题.。

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定期巡视。

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8~ 10年左右,影响蓄电池寿命的主要因素有:

1、过放电;

2、充电压设置不合理,充电电流过大或过小;

3、充电设备的性能超标;

4、温度。

所以,我们不但要定期对蓄电池组做放电实验,还要定期测试充电

设备的稳压精度、稳流精度及纹波系数、充电机效率等性能参数。

3.直流系统接地故障探讨

直流电源作为电力系统的重要组成部分，为一些重要常规负荷、继电保护及自动装置、远动通讯装置提供不间断供电电源，并提供事故照明电源。直流系统发生一点接地，不会产生短路电流，则可继续运行。但是必须及时查找接地点并尽快消除接地故障，否则当发生另一点接地时，就有可能引起信号装置、继电保护及自动装置、断路器的误动作或拒绝动作，有可能造成直流电源短路，引起熔断器熔断，或快分电源开关断开，使设备失去操作电源，引发电力系统严重故障乃至事故。因此，不允许直流系统在一点接地情况下长时间运行，必须加强在线监测，迅速查找并排除接地故障，杜绝因直流系统接地而引起的电力系统故障

1、直流系统接地查找一般原则

（1）、“直流接地”信号发出后，可通过直流屏监控器和绝缘检查装置找出接地支路号及接地状态，支路号的排列大都是按直流馈线屏馈线开关从上至下或从左到右的顺序，绝缘检查装置还可以显示接地电阻（接地电阻小于15-20千欧时报警），判断接地程度，可通过绝缘检查开关判断正对地、负对地电压，判断接地程度。有时绝缘检查装置判断不出支路只报“直流母线接地”，此时有可能直流母线接地，也可能是支路接地。

（2）、直流接地信号发出后，必须停止二次回路上的工作，值班员应

详细询问情况，及时纠正修试人员的不规范行为。

（3）、利用万用表测量正对地、负对地电压，核对绝缘检查装置的准确性。万用表必须是高内阻的，2000欧/伏，否则会造成另一点接地。（4）、试拉变电站事故照明回路。（5）、试拉检修间直流电源回路。（6）、试拉380伏配电直流电源回路。（7）、试拉通讯远动电源回路。（8）、解列蓄电池。（9）、解列充电机。

（10）、1段母线负荷倒至2段母线，判断1段母线是否接地。（11）、使用接地查找仪对控制、保护、信号回路逐一查找。2．造成变电站直流系统接地的几种原因：

（1）雷雨季节，室外端子箱或机构箱内潮湿积水导致直流二次回路中的正电源或负电源对地绝缘电阻下降，严重者可能到零，从而形成接地。

（2）部分型号手车开关的可动部分与固定部分的连接插头或插座缺少可靠的绝缘隔离措施，手车来回移动导致其中导线破损，从而使直流回路与开关金属部分相接触，从而导致接地。

（3）部分直流系统已运行多年，二次设备绝缘老化、破损，极易出现接地现象。

（4）因施工工艺不严格，造成直流回路出现裸线、线头接触柜体等，引起接地。

3．查找接地故障的基本原则和方法：

（1）一般处理原则：根据现场运行方式、操作情况、气候影响来判断可能接地的地点，按照先室外后室内，先合闸后控制，由总电源到分路电源，逐步缩小范围的原则，采取拉路寻找、处理的方法。应注意：切断各专用直流回路的时间不要过长（一般不超过3秒钟），不论回路接地与否均应合上。

（2）具体处理方法：首先，了解现场直流电源系统构成情况，通过直流系统绝缘监测装置或接地试验按钮初步判断是直流正极接地还是负极接地（以下假设绝缘监测可靠，并假设正接地）。然后，瞬时切除所有合闸电源开关，如接地信号消失，说明接地点在合闸回路，应对站内合闸回路用同样方法拉合负荷开关或解除正电源端，进行分路检查、判断；如监测装置仍报接地，则说明接地点在控制、信号等回路，则应进一步用同样方法检查直流屏、蓄电池柜及站内各保护屏、控制屏、信号屏及其控制回路。查明接地点属于哪一输出电源回路后，应迅速拉合接地回路的直流负荷开关或拔插回路内的正电源保险，并根据绝缘监测装置报警情况判断接地点在开关（保险）之前或之后。判断清楚后，根据查出的范围，迅速解除范围内相关设备的正极端子，观察报警信号，判断接地点是否在这一部分设备内。然后继续按照以上原则和方法，逐步缩小查找范围，直至找出接地点。4．总结：

造成变电站直流系统接地的因素较多，为了较好的解决这一问题，在日常运行维护中还应视具体情况采取不同措施：

（1）严格二次设备施工工艺，发挥主观能动性，减少接地故障的发生概率。如对室外端子箱、机构箱等加强密封，加装防潮除湿设备或材料；对手车开关的活动部位采取措施提高其绝缘性能，如用绝缘材料包裹其线头部分等，避免因其随手车活动引起接地；对绝缘老化，已不能满足对地绝缘电阻要求的控制电缆及有关二次设备及时更换。（2）加强断路器、隔离开关、手车等一次设备的运行维护管理。严格断路器、隔离开关等具有机械传动部分设备的操作规程，避免因操作不合理造成接地故障。

（3）查找处理接地故障时严格遵守相关电气设备检修运行规程要求，并结合现场实际条件进行。禁止单人工作，禁止直流电源长时间停止运行（尤其在天气条件不允许的情况下），拆除、恢复各端子、各开关的时间应尽可能短。

4.怎样提高变电站直流系统供电可靠性 概述 ：

供电公司220KV及以下变电所的直流供电系统为环状系统，若一个元件故障可能会引起整个系统的瘫痪，达不到电力系统的安全稳定的要求。而近两年来，随着电力系统的飞速发展，保护设备的增多，对直流系统可靠性和稳定性的要求越来越高，直流系统故障将严重影响到系统的安全稳定运行。针对这一问题我们进行了大量的调查与分析，并发现220KV及以下变电所的直流供

电系统存在：直流系统接线方式不合理；保护直流回路用交流断路器；蓄电池和充电装置数量都不符合要求。2 直流系统供电现状：

直流系统事故后果严重，严重的可造成变电所直流系统全部停电，造成一次设备处在没有保护和监视的不可控状态，不能反应一次设备的故障，极易造成一次设备事故范围的扩大，造成区域电网的大面积停电事故；经过调查发现，该局的变电所普遍采用环状供电方式。环状供电方式示意图

环状供电方式是指将两个独立的直流供电系统在其下一级直流支路中连接，当分支直流元件故障时，非故障母线将断开供电回路，这样扩大了直流故障范围。严重时会使整个变电所处于无直流状态下，对系统正常运行造成重大的安全威胁。同时我们对保护直流回路用的断路器情况进行了统计(见表1)。

表1 各电压等级变电所保护用直流断路器配置情况调查表

交流断路器作为直流电路的保护元件具有局限性。由于交流电流的电弧容易熄灭，故其断路器的动静触点之间的开距小，不能达到拉弧作用，而直流瞬动电流是交流瞬动电流的1．4～2倍，因此在直流回路中断路器不能可靠断开，并且致使交流断路器损坏，从而造成直流系统事故进一步扩大；通过上表我们看到直流系统中采用交流断路器的二次设备占总设备数的2/3。

我们对2000年以来出现的直流供电系统的缺陷进行了分析，发现主要存在以下三个方面的问题：

1、直流供电支路故障造成变电所直流供电系统全部停电。

2、直流回路开关损坏严重。

3、蓄电池和充电装置数量都不符合要求。3.完善直流系统供电方式：

3.1采取辐射状供电方式，增加蓄电池和充电装置数据

3.1.1 220KV及以上变电所应满足两组蓄电池，且两套直流电源系统完全独立，并设两段独立的保护电源小母线。3.1.2 各级直流母线分段开关正常运行时应断开。

3.1.3 控制直流母线分为两段，且控制直流母联开关正常运行时应断 15

开。

3.1.4 220KV设备双套保护装置的保护电源应取自不同的独立直流电源系统，接在不同的保护电源小母线。

3.1.5如果断路器只有一组跳闸线圈，失灵保护装置电源和具有远跳功能装置的电源应与相对应的断路器操作电源取自不同的直流电源系统。

3.2采用专用的直流断路器

根据保险配置情况选购GM型(两段保护)、GMB型(三段保护)系列直流断路器，并进行直流断路器的安秒特性及动作电流的检验，并绘制出三段式保护直流断路器保护特性曲线：

Int-过载长延时断路器起始动作值

Icu-断路器极限短路分断能力 Iop2-断路器延时动作电流 lopl-短路瞬时断路器动作电流

通过试验发现G系列直流断路器作为替代直流回路中的交流断路器，具有良好的三段保护功能。

过载长延时保护：能在故障电流较小时，根据电流的大小进行反延时

动作，能防止线路电缆发热进而造成绝缘破坏和起火。

短路短延保护：能够防止越级动作带来的事故扩大，保证故障电流仅仅由距离故障点最近的断路器来切除，还可作为下一级保护的后备保护

短路瞬时保护：能够在故障电流较大时瞬时切除故障回路，避免对设备及线路的动稳定性带来较大的危害。结束语：

为防止和杜绝变电所直流系统事故，确保电网的安全稳定运行，我们对变电所的直流系统的不足做了进一步完善，消除了造成直流系统故障的安全隐患，进一步减小了变电所发生直流系统事故的可能性，在保证直流系统安全稳定运行的同时也保证了继电保护及自动装置的可靠运行。

5.如何有效利用其资源

变电所直流系统为继电保护以及开关机构提供保护、信号、动力能源；变电所UPS为远动、通讯、微机监控装置提供不间断的电源。

多年来，根据各变电所直流设备运行现状，发现从设计、规划、审批、运行、维护等环节存在管理弊端，不同程度地造成设备重复投资、资源浪费等现象。

近年来，随着两网改造，设备更新升级，变电所的继电保护及其自动化使得当地监控、信息数据采集、计量等专业相互渗透。对于变电所直流系统，如在变电所直流系统电源保证安全可靠性的前提下，即直流系统蓄电池容量和绝缘水平满足运行参数要求，变电所UPS实现集中配置(废除UPS自带蓄电池配置)是可行的。变电所交、直流电源运行

(1)所用电380/220V低压系统：

变电所所用电380/220V系统电源的质量、可靠性较差。主要表现为：

①交流失电(全所失电、互投时间间隔长、暂态停电)；

②欠压、过压(一般变电所自备电源较高，末端所电压不易调节，闪变)；

③电压短时波动(如电气化铁路干扰，谐波畸变，电压聚降、瞬变)；

④电压三相不平衡(所内负载不平衡，中性线断)；

⑤二次设备共模、差模超标(接地和泄露电流)等故障。

对于变电所的综合自动化装置、计算机监控、远动装置、信息数据采

集、微机保护、脉冲式电能表等采用静态电路，设备对电压质量及供电连续性要求较高。一旦计算机失电造成死机、远动信息数据采集失电造成丢失数据、电源产生的问题等导致设备误操作将造成更大的损失。

鉴于以上原因，许多变电所配置了UPS电源，但多见于分散配置，各成一体。

(2)变电所UPS不间断电源：

变电所UPS不间断电源，供给远动自动化、信息数据采集、微机监控、电力通讯等电源。在许多变电所内，由于UPS维护不善造成蓄电池容量不足，交流断电后，由于电压过低而自动关机，使得设备电源中断，不能正常工作。

(3)变电所直流系统：

变电所直流系统作为操作电源，供给断路器分合闸及二次回路的仪器仪表、继电保护、控制、事故照明及自动装置电源。

近年来，接受以往事故教训，专业人员在研讨继电保护反措和直流系统反措中，均提出了双重化配置要求，对220kV变电所的直流系统进行了3＋2配置(三台充电机、两组蓄电池)单母分段互联式接线改造。对继电保护实现独立保护、独立电源，主保护的线路、变压器、母线双重化保护专用供电，实现保护装置跳闸线圈双重化，控制、保护电源分开。由两套独立(可相互备用)直流系统供电。

2改造目标 ：

通过对变电所直流系统实施技术改造，要求变电所直流系统的管

理水平、运行维护和设备健康水平均达到100％。同时，还要使变电所直流系统资源得以充分有效利用。

(1)目标制定：

①加强变电所直流系统运行维护管理。

②对直流系统为UPS提供电源可行性、安全性进行评估、计算，并付诸实施。应用后充分体现了UPS使用直流系统供电的优点。

③规范运行管理，有效利用直流系统。对于改造后的变电所，由生产技术部门协调归口管理。

(2)可行性分析：

①体制管理：变电所直流系统就是为变电所继电保护及其自动装置服务的。但从变电所进行自动化实现四遥，改造变电所直流系统与UPS电源从设计、规划、审批及体制管理上就分开了。直流设备由检修专业班维护变电所直流系统，远动通讯专业班则维护UPS不间断电源。变电所运行人员一般只对直流系统做定期维护监测，而对于UPS电源形成无人维护。

②设备投资：变电所220kV以上及重要的110kV变电所直流系统双重化3＋2配置后，完全可以满足继电保护及其自动装置的参数要求。上级在此投资是原来设备的两倍，而有些变电所还在设计安装UPS不间断电源单设蓄电池组。这无疑会造成重复投资浪费。

③绝缘要求：变电所直流系统与变电所通讯电源用直流电源运行方式不同，有可能造成变电所直流系统绝缘降低，影响系统稳定。对于远动通讯电源应该区别对待，如通讯电源从变电所蓄电池抽头现象必须

杜绝，但在绝缘要求满足的前提条件下，完全可以集中配置蓄电池。实施方案 ：

(1)要求各专业分工明确，不留死角：

①归口管理，直流专业不能单一只维护充电机、蓄电池组，还应考虑直流系统的完整性。如馈出回路辐射、环路完整、负荷分配、运行方式、接线方式、熔断器及空气开关级差配置、电压质量、直流系统绝缘水平等，应满足继电保护及其自动装置参数要求。

②对设计维护人员要求专业相互渗透。因为继保、远动、通讯、计量、直流专业就是电力系统及其自动化的各分支专业，所以各专业有必然的联系。

③过去有些变电所通讯电源有在直流系统蓄电池中抽头的现象，由于影响直流系统蓄电池内阻、容量，通过落实反措以及整改，已将这种方式消除。对于小容量的载波机以及通讯用计算机UPS，只要满足绝缘要求，可以使用直流系统电源。对于大容量程控交换机、光纤通讯、微波通道，考虑到其独立性以及使用蓄电池运行方式不同，通讯电源UPS设置自备电源。

(2)集中配置：

①变电所UPS使用变电所直流系统蓄电池，可以不用自配蓄电池组，这样，可以节约自备电池以及占地空间，还可以避免重复维护。

②使用直流系统逆变电源，能够防止所用电系统的暂态干扰进入负荷侧。

③一般商用UPS自备电池，放电时间是在10～15min，时间短；工业

用UPS装置自备电池放电在30min。采用直流系统蓄电池可以保证事故停电1h使用。

④利用直流系统容量优势，全所集中配置UPS系统，并实现双重化配置。交流电源使用所用电各段母线电源，直流电源分别使用直流系统各段电源(110kV以上无人值守变电所、较重要的枢纽变电所)。

(3)评估：

①双重化3＋2配置后，蓄电池容量增加一倍，而保护自动装置通过更换节能信号灯、节能光子牌，使电磁继电器减少，相对负荷电流也减小，因而可使事故情况下蓄电池容量充足，完全能满足规程要求的全所停电情况下，1h连续供电。

②变电所逐年改造使断路器电磁机构基本退出，而更换成真空开关或弹簧、储能机构以及液压机构，其合闸动力电流减小，故对蓄电池事故放电能完全满足瞬时放电曲线要求。

③对于小容量电力载波机、通讯设备只要运行方式不影响直流系统绝缘，可以经开关电源使用直流系统。

④直流系统馈出回路增加，势必影响直流系统绝缘。其实从UPS电源原理上说，正常时UPS装置使用交流，当交流回路失电后装置自动投切直流电源，而投切回路已明确交流电源是接地回路，直流电源是绝缘回路。

⑤充电机容量：变电所充电机一般满足“均充方式电流＋负荷电流＋冗余度”。对于UPS负荷：a)交流不间断电源UPS是当交流失电后，自动切换直流电源的；b)有些进口UPS不设整流器而直接接直流母线,故在浮充、恒压限流方式下能满足新增负荷要求。结论 ：

实践证明：有效利用变电所直流系统资源，对于电力运行维护、设备投资和环境保护都具有重要意义。今后，应当根据变电所电源的独特性，对110kV及以上重要变电所、枢纽所、无人值守所以及综合自动化变电所的所用电交流380/220V、直流系统220/110V、不间断UPS电源统一考虑，集中配置，以满足继保、远动、通讯等设备的电源要求。

第四篇：高压直流开关电源的设计与实验研究

引言

在国内，低压通信电源较成熟，高压开关电源尚处于研究阶段。一般大功率直流开关电源输入多采用220 V交流电网，为降低对电网的谐波污染，提高输入端功率因数，一般要经过PFC级整流，然后将PFC级输出电压送入DC/DC级进行变换。但高压直流开关电源输出电压较大，会对DC/DC级产生较大影响。

此处研制的高压直流开关电源采用两级变换装置，前级220 V交流经过不控整流和APFC得到380 V稳定直流;后级选择在初级加箝位二极管的改进型ZVS移相全桥变换器，经过变压器变压和隔离，采用全桥不控整流和LC滤波，最终得到精密的240 V直流输出。设计了控制系统，选择合理的参数提高开关电源性能，并通过实验验证了设计的可行性和有效性。主电路的设计

2.1 有源功率因数校正电路

APFC采用全控开关器件构成的开关电路对输入电流波形进行控制，使输入电流成为与电源电压同相的正弦波，功率因数高达0.995,从而彻底解决了整流电路的谐波污染和功率因数低的问题。此处采用软开关单相APFC,其主电路如图1所示。

2.1.1 APFC软开关电路

图1中，为了让主开关管VQ实现ZVS,引入了辅助开关管VQx,在每一次VQ需要进行状态转换前，先导通VQx,使辅助电路谐振，为VQ创造软开关条件。VQ完成状态转换后，尽快关断VQx,使辅助电路停止谐振，电路重新以常规PWM方式运行。

2.1.2 APFC软开关谐振参数的选取

软开关APFC电路中一个重要参数就是谐振电感L1.L1可由二极管VDR的反向恢复时间tVDR来估算，取谐振电感电流iL1上升时间tr=3tVD R,则最大电流上升率可确定为：

di/dt=ILmax/(3tVDR)(1)

式中：ILmax为最大电感电流。

L1的表达式为：

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L1=Uo/(di/dt)(2)

式中：Uo为APFC输出电压。

实际选取L1=5μH.2.2 ZVS移相全桥变换器

ZVS移相全桥变换器充分利用主电路寄生参数，如开关器件的寄生电容、变压器漏感和线路电感等来实现软开关。DC/DC级选用初级加箝位二极管的改进型ZVS全桥变换器，如图2所示。变换器在一个开关周期有18种开关模态，其工作波形如图3所示。

2.2.1 移相全桥ZVS的实现

开关管零电压关断的原因是由于存在结电容，导致两端电压不能突变。零电压开通则需要足够的能量给将要开通的开关管结电容放电，给关断的开关管结电容充电，同时还要抽走变压器初级绕组中寄生电容CTR中的电荷。对于超前桥臂，该能量由谐振电感Lr和折算到初级的滤波电感Lf串联共同提供，Lf很大，所以容易实现ZVS.而对于滞后桥臂，由于此时变压器次级被短路，能量仅由Lr提供，所以滞后桥臂实现ZVS较困难。特别是负载很轻时，Lr中的能量不够完成结电容的充放电转换，滞后桥臂就不能实现ZVS.为满足滞后桥臂的ZVS,必须使Lr取值较大。

2.2.2 次级占空比丢失问题

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次级占空比Ds小于初级占空比Dp,其差值即为次级占空比丢失，即Dlose=Dp-Ds.占空比丢失原因是初级电流ip由正向(或负向)变化到负向(或正向)，负载电流需要一段时间，即为图3中的[t3~t6]和[t12~t15].在这段时间内，虽然初级有电压，但ip不足以提供负载电流，次级整流管全部导通，变压器初、次级短路，负载处于续流阶段，整流输出为零。这样次级就丢失了[t3~t6]和[t12~t15]这两段时间的方波电压，它与开关周期Ts的比值即为Dloss,Dloss=(t3,6+t12,15)/Ts=2t3,6/Ts,其中t3,6=Lr[ILf(t3)-ILf(t6)/K]/Uin,则可得：

Dloss=2Lr[ILf(t3)-ILf(t6)/K]/(UinTs)(3)

由式(3)可知，Dloss与Lr和iLf成正比，与Uin和变压器变比K成反比。因此，Lr的值需权衡取值，既要在尽可能宽的范围内保证软开关，又不能太大，以免造成较大的占空比丢失。

2.2.3 谐振电感的选取

滞后桥臂要实现ZVS,Lr必须满足：

式中：I为滞后开关管关断时ip的大小;Coss为开关管在Uin时的输出电容。

选择在1/3负载以上实现滞后桥臂软开关，要求输出滤波电感电流的最大脉动量△ILf为最大输出电流的20%,则：

I=(Io/3+△ILf/2)/K=4.09 A(5)

由式(4)可求出Lr>19μH,实际选择20μH.2.2.4 次级整流桥输出寄生振荡的抑制

ZVS移相全桥变换器输出整流二极管都未工作在软开关状态，存在反向恢复的过程。在输出整流二极管换流时，Lr(包括变压器漏感)和整流桥二极管的结电容及变压器寄生电容之间会发生谐振，使整流桥输出产生寄生振荡和电压尖峰。此处通过初级加箝位二极管来解决这一突出问题。为详细说明箝位二极管的抑制作用，针对图3中t∈[t7,t8]这一模态进行分析：在t7时刻，由于Lr与CVDR1和CVDR4谐振工作，使得两者的电压上升至Uin/K,此时uBC上升至Uin,C点电位变为零，箝位管VDVQ2导通，将uBC箝位在Uin,则CVDR1和CVDR4的电压被箝位在Uin /K,防止其电压继续上升，从而消除了整流桥的振荡尖峰和二极管反向恢复造成的损耗。此时，iLr=-I4,ip=iLr+iVDVQ2.到t8时刻，iVD VQ2线性下降至零，VDVQ2自然关断，模态结束。

2.2.5 变压器初级直流分量的抑制

实际电路中，开关管的开关速度或导通压降不同或开关管的驱动信号不一致时，功率转换电路便工作在不平衡状态。此时磁通变化幅度不相同，工作区域将偏向一个象限，引起磁芯单向饱和并产生过大的ip,从而导致开关管的损坏，最终使变换器不能正常工作。为了让全桥变换电路更可靠的工作，抑制变压器初级电压的直流分量采用变压器初级串接隔直电容Cb.Cb和输出滤波电感折算到初级的电感值形成串联谐振网络，谐振频率表达式如下：

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折算到变压器初级的滤波电感值LLf=K2Lf.为了尽可能让Cb充放电呈线性化，fT必须远小于变换器的开关频率fs,取fr=0.1fs,由式(6)，LLf=K2Lf及fr=0.1fs可求得Cb=1.2μF,实际取两个1μF/400 V的云母电容并联。控制系统的设计

3.1 APFC控制方案

APFC控制采用平均电流法，系统框图见图4.采用电流、电压双闭环控制，电流环使输入电流更接近正弦波，电压环使APFC输出电压稳定。

此处通过APFC控制器UCC3818实现双环控制，其输出的PWM脉冲可直接驱动开关管。双环调节器如图5所示。

通过计算电压、电流环增益和穿越频率即可确定相应PI参数，实际设计参数为：Ru=56 kΩ，Cu1=3.3μF,Cu2=0.3μF,Ri=16 kΩ，Ci1 =Ci2=1.1 nF.3.2 ZVS全桥变换器控制方案

DC/DC级采用单电压环控制模式，并在电压环基础上加上了限流环，正常情况下限流环不工作，只由电压环控制输出电压，一旦输出电流超过限流值，就由限流环工作，通过减小输出电压将输出电流稳定在限流值上。该控制通过UCC3895芯片实现，控制系统框图如图6所示。

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选择超前-滞后补偿网络实现控制，与一般滞后补偿网络相比，该网络增加了微分环节，提高了控制系统的动态性能。具体环节如图7所示。

补偿网络的传递函数Gc(s)={(1+sR2C1)[1+s(R1+R3)C3]}/{[sR1(C1+C2)][1+sR2C1C2/(C1+C2)](1+sR3C3)}.对ZVS移相全桥变换器进行小信号建模并采用零极点补偿法对参数进行设计，实际所选参数为：R1=91 kΩ，R2=4.8 kΩ，R3=2 kΩ，C1= 0.1μF,C2=0.02μF,C3=1μF.实验结果

为验证高压直流开关电源主电路结构和控制方案的可行性，研制了一台2.4 kW的实验样机。主要电路参数：APFC部分为交流220 V输入，输出直流电压380 V:ZVS全桥变换器部分，输出直流电压240 V,输出电流10 A,主功率开关管VQ1~VQ4为IXFX48N60P(48 A/600 V);输出整流二极管VDR1~VDR4为DSEI30-10A,箝位二极管VDs1和VDs2为DSEI30-06A,变压器初次级匝比为1.06,输出滤波电感Lf=300μH,输出滤波电容值Cf=56μFx8,开关频率fs=80 kHz.图8a为APFC主开关管在1/3负载时波形，其实现了软开关。图8b为APFC输出电压突加半载时的波形，由图可知，其性能较好。由1/3负载下所测波形可知，超前、滞后桥臂实现了ZVS.由(半载)变压器次级及整流桥输出电压波形可知，不加箝位二极管电压尖峰超过正常值两倍以上，添加箝位二极管后电压尖峰几乎被消除，解决了整流桥输出寄生振荡问题。可见，DC/DC级控制系统设计较合理，超前，滞后补偿环节提高了系统的动态性能。

东营变频器维修 http://www.xiexiebang.com/dybpwx 结论

研制了两级结构高压直流开关电源，前级采用单相有源软开关PFC,提高功率因数，合理设计谐振参数可实现软开关，降低开关损耗。控制部分采用PI调节器，具有较好性能。后级选择在初级加箝位二极管的改进型ZVS全桥变换器，实验结果证明该电路结构能够有效抑制次级整流桥输出振荡和电压尖峰，减少损耗。该方法简单，实用性较强。控制系统进行方案选择，PID参数合理设计，提高了高压直流开关电源的动、静态性能。

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第五篇：浅谈变电站直流系统接地问题

浅谈变电站直流系统接地问题

摘要：直流系统是变电站的一个重要组成部分，直流系统接地是常见的缺陷。主要介绍了变电站直流接地的危害，并对直流系统接地的原因进行分析及查找方法，从而找到相应的防范措施来保证直流系统的稳定运行。关键词：直流系统；接地；绝缘；断路器

0 引言

变电站直流系统以蓄电池储存能量，以充电机补充能量，向全站保护、监控、通讯系统提供不间断电源，确保其安全、稳定、可靠运行。正常情况下正、负极对地均为绝缘的，发生一点接地时，正、负极对地电压发生变化，接地极对地电压降低，非接地极电压升高，供电可靠性大大降低，因为在接地点未消除时再发生第二点接地，极易引起直流短路和开关误动、拒动，所以直流一点接地时，设备虽可以继续运行，但接地点必须尽快查到，立即消除或隔离。直流接地故障产生的主要原因

1.1 基建及施工遗留的故障隐患

在发电公司建设施工或扩建过程中，由于施工及安装的种种问题，会遗留下电力系统故障的隐患，直流系统更是故障隐患的薄弱环节，这些环节在投产初期不易控制和检查，投运时间越长，系统接地故障的概率就越大。

1.2 外力损伤

直流回路在运行过程中不可避免地要受到检查维护人员在工作过程中因挤压、移动、及不当冲洗等外力造成的损伤。

1.3 质量原因

因市场供应直流电缆设备质量参差不齐，质量不良的直流电缆成为一种直流接地的故障隐患。

1.4 自然原因

发电厂直流系统所接设备多、回路复杂，在长期运行过程中会由于环境、气候的变化、电缆和接头的老化及设备本身的问题等而发生直流接地故障，特别是处于沿海地区的电厂，因海拔较低且处于高盐、高湿环境，更不可避免地会发生直流系统接地故障。直流系统两点接地的危害分析 现以图1为例说明直流接地的危害。当图1中A点与C点同时有接地出现时，等于+KM、-KM通过大地形成短路回路，可能会使熔断器1RD或2RD熔断而失去保护电源；当B点与C点同时有接地出现时，等于将跳闸线圈短路，即使保护正常动作，TQ跳闸线圈也不会起动，断路器就不会跳闸，因此在有故障情况下就要越级跳闸；当A点与B点或A点与D点同时接地时，就会使保护误动作而造成断路器跳闸。直流接地的危害不仅仅是以上所谈的几点，还有很多，在此不一一介绍了。

图1 直流接地示意图 直流接地故障的查找方法及存在的问题

排除直流接地故障，首先要找到接地的位臵，这就是常说的接地故障定位。直流接地大多数情况不是一个点，可能是多个点，或者是一个片，真正通过一个金属点去接地的情况是比较少见的。更多的会由于空气潮湿，尘土粘贴，电缆破损，或设备某部分的绝缘降低，或外界其它不明因素所造成。大量的接地故障并不稳定，随着环境变化而变化。因此在现场查找直流接地是一个较为复杂的问题。

3.1拉回路法

这是电力系统查直流接地故障一直沿用的一个简单办法。所谓“拉回路”，就是停掉该回路的直流电源，停电时间应小于三秒。一般先从信号回路，照明回路，再操作回路，保护回路等等。该种方法，由于二次系统越来越复杂，大部分的厂站由于施工或扩建中遗留的种种问题，使信号回路与控制回路和保护回路一个严格的区分，而且更多的还形成一些非正常的闭环回路，必然增大了拉回路查找接地故障的难度。正由于回路接线存在不确定性，往往令在拉回路的过程中，常常发生人为的跳闸事故，再加上微机保护的大量应用，微机保护由于计算机的运行特性也不允许随意断电。“拉回路”可能导致控制回路和保护回路重大事故发生。3.2直流接地选线装臵监测法

这是一种在线监测直流系统对地绝缘情况的装臵。该装臵的优点是能在线监测，随时报告直流系统接地故障，并显示出接地回路编号。缺点是该装臵只能监测直流回路接地的具体接地回路或支路，但对具体的接地点无法定位。技术上它受监测点安装数量的限制，很难将接地故障缩小到一个小的范围。而且该装臵必须进行施工安装，对旧系统的改造很不便。此类装臵还普遍存在检测精度不高，抗分布电容干扰差，误报较多的问题。

3.3便携式直流接地故障定位装臵故障定位法

该装臵是近几年开始在电力系统较为广泛应用的产品。该装臵的特点是无需断开直流回路电源，可带电查找直流接地故障完全可以避免再用“拉回路”的方法，极大地提高了查找直流接地故障的安全性。而且该装臵可将接地故障定位到具体的点，便于操作。目前生产此类产品的厂家也较多，但真正好用的产品很少，绝大部分产品都存在检测精度不高，抗分布电容干扰差，误报较多的问题。防范措施

4.1 经常检查各支路直流系统的绝缘状况 ,对于户外电气设备和热工就地装臵的直流系统的绝缘状况更应经常检查 ,要特别注意检查各支路的跳闸回路。具体检查方法:将该支路的断路器合上(注意:此时隔离开关应在断开位臵或断路器拉至试验位臵)。然后取下该支路的直流电源的熔断器 ,在熔断器的下方(即负荷侧)将正、负极短接 ,用兆欧表检查绝缘电阻是否符合要求 ,如发现接地应及时消除。

4.2 发生直流系统接地时 ,常采用取下直流熔断器来观察直流接地是否消失 ,在取直流熔断器时应先取非接地极的熔断器;在投熔断器时 ,先投非接地极的熔断器。其目的是使非接地极对地电容有一定的充电时间 ,使该支路的正、负电源间在未形成回路前 ,先使非接地极电容充上一定电压 ,即 Uc不等于0 ,从而降低 UL ,防止断路器误动。

4.3 出口继电器和断路器的跳闸线圈的动作值按规程要求为(30 %-70 %)UH ,实际工作中调整在(60 %-70 %)UH之间最好。

4.4 运 行维 护人员必须熟悉现场运行规程，在直流回路工作时，做好安全措施，防止保护误动。结束语

直流电源在电力系统的作用十分重要，着重分析了直流接地对保护装臵的影响，在什么情况下可能造成保护误动和拒动，从而更好地为运行维护人员提供参 考依据，有利于更好地保证直流系统的稳定，从而保证电网的安全稳定运行。

参考文献

[1]张信，卢灿遹． 直流系统接地的危害分析与处理

[2]苏玉林 刘志民 熊深.怎样看电气二次回路图

[3]张善全.电力系统直流接地危害性分析及预防措施例