第一篇：變電站直流電源可靠性研究

變電站直流電源可靠性研究

264200 威海供電公司

摘要：變電站直流系統中蓄電池的選擇、充放電設備的選擇、監控裝置設置、系統接線和操作保護設備的選擇會影響整個直流電源系統的可靠性，本文通過對這些問題的分析，對變電站直流電源系統的可靠性提出了一些問題和解決辦法。

關鍵詞：直流系統可靠性 直流系統接線 直流系統設備選擇 0 概述

多年以來，人們在直流電源可靠性方面做了大量的理論研究和實踐工作，廢除了一些落后設備和元器件，改善了直流電源系統接線，提高了自動化水平，擁有了先進的技術指標，以及長壽命和少維護的原則，可靠性已大大提高。目前，電力系統各變電站廣泛采用了閥控式密封鉛酸蓄電池、高頻開關整流器或微機型晶閘管整流器、直流微型斷路器、直流電源監控裝置等。蓄電池

90年代發展起來的閥控式密封鉛酸蓄電池由于具有密封良好、無酸無腐蝕、體積小、結構緊湊的特點在國內220kV及以下變電站已普遍采用。近期500kV變電站也在大范圍推廣使用。它還具有安裝方便、維護工作量小、不污染環境、可靠性高、壽命長等一系列優點，因此，閥控式鉛酸蓄電池是舊站直流系統改造中蓄電池的最好選擇。但是它對溫度反應靈敏，因而對充電電源要求較嚴格，不允許嚴重的過充或欠充。

因此，在實際選型方面應注意以下問題。

1.1 蓄電池組數的選擇

按照《直流系統設計規范》規定，蓄電池組的選擇原則上從變電站直流負荷供電可靠性方面考慮，220kV—500kV變電站應裝設不少于2組蓄電池，110kV及以下變電站宜裝設1組蓄電池，對于重要的110kV變電站也可裝設2組。因此，蓄電池組數應從供電負荷的需要和可靠性出發，盡可能的減少供電范圍和從工作的重要性考慮配置情況。

1.2蓄電池個數的選擇

閥控式蓄電池取消了端電壓和降壓裝置，它簡化了直流系統的接線，避免了端電池的硫化和硅降壓設備的麻煩問題，因而提高了可靠性。但是要求蓄電池組的運行必須滿足其正常運行時母線電壓為標稱電壓的105%，在線均衡充電電壓時母線電壓不應超過標稱電壓的110%，事故放電末期的母線電壓為其標稱電壓的85%。依《直流設計規程》規定，控制負荷和動力負荷的直流母線在直流系統額定電壓的85%-110%和87.5%-112.5%范圍內。閥控式蓄電池組正常浮充電壓運行在Uf=2.23-2.27V,約3-6個月均衡充電一次U=2.30-2.40V。這樣浮充電壓為2.23V，均充電壓可以選在2.28～2.33V之間，事故放電末期電壓選擇在1.8V以上，完全滿足了直流母線電壓在允許范圍內波動。根據計算，220V蓄電池組的個數對于單體2V的蓄電池只能選擇在103或104個。但是大多數小型變電站的220V直流系統的蓄電池均選用200Ah以下蓄電池，大多選用12V或6V組合體蓄電池，對于12V組合體經常選用18只，這相當于單體2V蓄電池108個，這樣正常運行時直流母線電壓偏高，降低浮充電壓則對蓄電池壽命有影響，由于運行中均衡充電時直流母線電壓更高，因而更習慣采用硅降壓裝置調壓，增加了復雜性，降低了可靠性。在直流負荷較小、蓄電池容量有保證的情況下，可以提高事故放電末期電壓大于1.83V，選擇單體2V 102個蓄電池或17只12V組合體，34只6V組合體的蓄電池。目前一些蓄電池廠可以生產帶一假體的組合體電池，即生產10V組合體或4V組合體的蓄電池，若選擇14×12V+4×10V或34×6V+1×4V也相當于單體2V的104個蓄電池組。總之應嚴格控制蓄電池組的個數，實現簡化直流系統接線的目的。引自王連揮 《老站直流系統改造問題的探討》

1.3 蓄電池容量選擇

選擇蓄電池容量首先要進行直流系統負荷的統計，直流負荷按性質可分為：正常運行負荷、事故負荷、沖擊負荷。在以往的變電站中，斷路器多采用電磁操作機構、其額定合閘電流較大，所以事故放電末期承受沖擊負荷時，確保直流母線電壓在允許值范圍內，是選擇蓄電池容量決定性的因素。近來由于斷路器都采用彈簧或液壓操動機構，其合閘電流很小，這樣蓄電池的容量就主要由全站正常運行負荷和事故負荷決定。按照《直流系統設計規范》要求，有人值班變電站，全站交流電源事故停電時間按1h計算；無人值班變電站，全站交流電源事故停電時間按2h計算。

以一個具有2臺120MVA主變壓器、4回220kV線路、10回35kV線路、20回10kV線路和6組電容器的220kV變電站為例，當變電站斷路器采用彈簧操動機構，允許的最低工作電壓為85%額定電壓時，選擇220V額定電壓、104只300AH容量的蓄電池即可滿足要求。

1.4 試驗放電設備的選擇

長年運行在浮充電方式下的蓄電池的事故放電容量究竟是多少，若僅依靠一般的容量檢測方法其可信度不高。近來，有些直流設備生產廠家雖然積極鼓吹用蓄電池電壓、內阻來衡量容量的做法，盡管我們也相信蓄電池容量的降低在一定程度上會反應在電池電壓、內阻的變化上，但蓄電池端電壓和內阻的的高低絕不是衡量容量的指標。惟一的方法是定期進行核對性充放電對蓄電池活化和對容量進行核對，確保蓄電池始終能運行在90%以上的容量。滿足當交流事故停電時，變電站的事故處理時直流負荷的需要。這也是直流電源可靠性的重要環節。

DL/T 5044—2004《電力工程直流系統設計技術規程》規定“試驗放電裝置宜采用電熱器件或有源逆變放電裝置。”DL/T 724—2000《電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程》也規定了蓄電池的核對性放電方法和放電周期。充電裝置

充電裝置是保證蓄電池可靠運行的主要設備，特別是閥控式鉛酸蓄電池對充電裝置的要求更高。由于高頻開關電源具有穩壓穩流、精度高、體積小、重量輕、效率高，輸出紋波小的優點，現在已經被廣泛應用。

目前的高頻開關電源充電裝置采用模塊化結構優化設計，充電模塊采用N+1冗余方式供電，即在N個模塊滿足電池組的充電電流（0.1C10）加上經常性負荷電流的基礎上，增加一個備用模塊。例如：200AH電池組，經常性負荷（Ij）為10A的直流系統，可算出充電機的最大輸出電流為：

最大輸出電流=0.1C10+Ij=0.1×200+10=30A 如采用容量為10A的充電模塊，取N=3，N+1=4，備用模塊采用熱備份方式，直接參與正常的共作,若充電機任意模塊故障,系統只發故障信號并可實施帶電更換,而不影響正常的運行方式,可靠性較高。采用高頻開關電源無疑成為站用直流系統改造方案的首選。

一般來說，35kV～110kV變電站的直流系統一般選用1組蓄電池配套1套（N+1個模塊）或2套（N+1個模塊）高頻開關電源充電裝置。

220kV變電站的直流系統一般采用2組蓄電池配套（N+1個模塊）或3套（N個模塊）的高頻開關電源充電裝置。直流電源監控裝置

由于變電站及各級調度部門均采用了計算機監測、監控技術。直流電源系統作為變電站自動裝置的一個重要組成部分。它對保證變電站各自動裝置的安全穩定運行將起到非常重要的作用。它的技術條件、基本參數、基本功能、安全性能、結構工藝等均應滿足DL/T 856—2003《電力用直流電源監控裝置》電力行業標準的要求，行業標準規定監控的主要內容有充電電壓、電流穩定運行的自動調整，浮充轉均充或均充轉浮充的按運行方式自動轉換，主要直流斷路器的運行狀態和事故報警，直流母線電壓的正常顯示和異常報警，直流系統絕緣狀態監測，蓄電池在線檢測等。目前在充電電壓、電流隨溫度變化的自動調整，運行中自動轉換充電方式，逆變放電，嚴重接地自動跳閘，蓄電池在線檢測的可靠性和智能化方面仍需努力。直流配電系統

直流系統接線應力求簡單、安全可靠、維護操作方便，宜采用輻射形供電方式。根據負荷的功能不同饋線回路可分為：控制回路和合閘回路，各回路所用負荷開關均選用專用直流斷路器，分斷能力應能保證在直流負荷側故障時相應支路能可靠分斷，其容量與本系統上下級開關相匹配，以保證開關動作的選擇性。

4.1 直流系統接線

1組蓄電池接線可為單母線分段或單母線，2組蓄電池設兩段母線，兩段母線之間設聯絡電器，一般為隔離開關，必要時可裝設保護電器。總之直流母線接1組蓄電池和相應的充電設備，同時由母線饋出線路給支路負荷供電，只有在由雙重化直流負荷或1組蓄電池配2套充電設備時，其母線才進行分段。

4.3 操作保護電器選擇

直流饋線微型斷路器集操作與保護功能為一體，安裝方便，操作靈活，穩定性高，保護功能完善。一般兩段式保護的直流斷路器，具有過載長延時的熱脫扣功能，又有短路時電磁脫扣瞬動脫扣功能，應該說是理想的選擇。當斷路器的額定電流已經確定后，除了過載長延時熱脫扣的保護特性已經形成，同時短路瞬時電磁脫扣特性也已形成，一般是10IN±20%動作，可是斷路器安裝處的短路電流決定短路瞬時脫扣的靈敏度，必須進行計算驗證，同時要注意上下級直流微型斷路器的配合問題。

直流斷路器安裝處的短路電流及靈敏度計算公式如下

Idk=nU0/n(r0+rl)+Σrj+Σrk

Kl=Idk/Idz

式中，Idk為斷路器安裝處短路電流，A；U0為蓄電池開路電壓，V；rb為蓄電池內阻，Ω；rl為電池間連接條或導體電阻，Ω；Σrj為蓄電池組至斷路器安裝處連接電纜或導體電阻之和，Ω；Σrk為相關斷路器觸頭電阻之和，Ω；Kl為靈敏系數，應不低于1.25；Idz為斷路器瞬時保護(脫扣器)動作電流，A。引自《電力工程直流系統研究》（佚名）。由于參數復雜，各設計院、生產廠家或運行單位均不可能精確計算短路電流，因此靈敏度也無法校驗。

由于短路電流的不確定性，本來按照負荷電流選擇額定電流并考慮了上下級的級差配合，但是短路瞬動保護不能保證其級差配合，短路電流大，肯定會出現越級現象而擴大事故。建議在智能型直流斷路器沒有出現之前，采用三段(過載長延時+短路瞬時+短路短延時)的直流斷路器，從負荷側向電源側逐級加大時限的方法，不必精確的計算短路電流，可以達到盡快的切除故障，又實現級差配合的要求，使直流系統微型斷路器不拒、誤動和越級跳閘。結論

變電站直流電源可靠性的基本點是選擇閥控式密封鉛酸蓄電池，每組蓄電池應有獨立的供電范圍，蓄電池組個數的選擇應滿足各種運行方式對直流母線電壓的要求，蓄電池應考慮放電設備。整流器選擇高頻開關型或晶閘管型，應有冗余或備用。直流電源監控裝置首先要保證充電整流器的需要，完善的監控裝置仍需開發研制。直流配電系統應簡化接線，輻射供電，保護設備應選擇直流斷路器，在滿足過載保護可靠性的條件下，還能保證短路保護時的快速斷開功能，必須具備可靠的級差配合。參考文獻

王連揮 《老站直流系統改造問題的探討》 《直流電源》2006 佚名 《電力工程直流系統研究》

作者

徐有琳 威海供電公司 工程師 從事變電站直流系統檢修維護工作6年

第二篇：變電站直流電源常見問題處理

變電站直流電源常見問題處理

摘 要：隨著高壓配電所的新建和改造，配套直流電源也不斷更新，總結了常用直流電源的工作原理和常見問題的處理，提出部分直流電源設計上的不足及其改進方法。

關鍵詞：直流電源 新技術 故障處理

一、概述

直流電源是一種不間斷電源裝置，主要給變電站中的電氣二次回路提供可靠、穩定的工作電源，有的還要給合閘電源、事故照明和發電機組的直流油泵等負荷供電，還有的可選配逆變裝置，替代UPS給微機自動化裝置供電。直流電源本身就是一種應急電源，要定期檢修維護，有故障及時處理，避免影響電力系統的可靠運行。

二、直流電源的組成及常見故障

直流系統一般由以下幾部分組成：交流配電單元、整流單元、監控單元、直流饋電單元、降壓單元、電池單元、絕緣監測單元等，原理框圖見圖1。

圖1：直流電源組成原理圖

1、交流配電單元

交流配電單元一般引入2路交流電源并實現自動切換，故障率高的部位是切換用的接觸器，出現過接觸器卡澀不能正常切換和接觸器振動大等故障，輕微故障可維修處理，嚴重時更換。安裝時2路交流電源盡量取自不同的低壓母線，充分發揮自動切換功能。

2、整流單元

整流單元完成AC/DC轉換，有的用3相變壓器降壓，再用可控硅整流實現，也有的用多個開關電源并列運行，原理圖見圖2。一方面給電池充電，另一方面給控制母線提供電源。開關電源的散熱風扇易出故障，定個別整流模塊損壞后會引起直流電源接地，更換整流模塊時盡量選用同型號期檢查，有問題及時更換。整流模塊會因外部短路或電流負荷過大而燒毀的，沒有同型號的也要選耐壓和額定電流比原來稍高些的。

圖2：兩種常見的整流單元原理圖

3、監控單元

監控單元一般由專門用單片機開發的控制器或是PLC配合觸摸屏組成，主要功能是電池充電管理和后臺監控，可查詢直流系統運行狀態，設定電池充電方式以及直流電壓超限報警值。監控單元同時負責和變電所監控系統通信，把直流系統運行信息傳輸到監控系統顯示。這部分是直流電源的技術核心，不同廠家的技術不同，即使同一廠家不同系列產品也有很大改動，好在故障率不高，一旦出現故障恐怕要找廠家了，某開閉所的直流電源出現過一次觸摸屏無顯示的故障，檢查發現內部開關電源控制芯片燒壞了，換后正常。

4、直流饋電單元

直流饋電單元將直流輸出電源分配到每一路輸出。各直流輸出支路采用相應規格的斷路器和保險，保證在直流側故障時各支路能可靠分斷。直流輸出分合閘（動力）電源和控制電源，合閘電源直接接到電池組，電壓跟隨電池電壓變化，能提供較大電流，瞬間電流能達到100多安培，控制電源能穩壓在220V左右，提供電流一般不超過20A，控制電源輸出除了正負控制母線，還有一路閃光母線。饋電單元保險最容易燒斷了，過負荷和輸出短路是主要原因，排除故障更換保險就行了。

5、降壓單元

降壓單元的作用是把合閘（動力）母線通過降壓單元為控制母線提供基本穩定的電壓，原理圖見圖3。一般由硅鏈或大功率管（IGBT）配合調壓控制電路組成，硅鏈利用大功率整流二極管的PN結正向壓降疊加來產生調整壓降，控制器檢測母線電壓，并與設定值比較，當母線電壓高于（低于）設定值的上限（下限）時，控制器發出信號，驅動執行繼電器，通過執行繼電器的分斷或閉合，改變穩壓硅鏈的降壓值，確保母線電壓值在規定的范圍內。大功率管的調壓原理是使用脈寬調制（PWM）技術控制大功率管的高頻通斷來動態調整電壓，優點是電壓波動小，功率消耗小，相比之下，硅鏈的功耗等于工作電流乘以壓差，是比較高的。缺點是大功率IGBT管易損壞，要使用快速熔斷器作為保護。硅鏈工作可靠性高，林源110KV總變的直流電源出現過輸出電壓不穩定現象，調壓繼電器頻繁動作，調整控制器電路板上的可調電阻后工作正常。

圖3 降壓單元原理圖

6、電池組

電池組現在多采用鉛酸免維護蓄電池，我廠直流系統額定電壓為220V，用18只12V的電池，容量根據實際需要選定，一般在60~120AH之間。建議盡量配電池監測功能，能查看每節電池的電壓，電池組每年要進行一次充放電試驗，記錄每節電池的電壓變化過程，早期要失效的電池內阻大，會表現為充電時電壓偏高，而放電時電壓又偏低，當多只電池有這種表現時，就要考慮更換電池組了。

7、絕緣監測單元

絕緣監測單元主要由絕緣監察繼電器組成，最好選配支路接地檢測裝置。絕緣監察繼電器只能監視系統是否接地，當出現直流接地時報警，需要通過人工選線確定接地回路，裝有支路接地檢測裝置相當于在每個支路安裝了直流漏電檢測，能通過支路的電流是否平衡判斷接地支路，有利于及時判斷處理故障。安裝了支路接地檢測裝置后需注意，各配出支路互相之間要隔離，不能有電氣連接部分，否則2個支路會同時出現電流不平衡現象，裝置報接地，而實際并沒有接地。如圖4，假設負荷1的電流為1A，負荷2的電流為3A，如果兩個負荷的負極接到一起，那么就有可能造成負荷1正極電流是1A，負極電流2A，負荷2正極電流是3A，負極電流2A，這時負荷1和負荷2的漏電檢測都會測到1A的不平衡電流而報警，需要注意的是，雖然此時有接地報警，但正、負極對地電壓是平衡的。

圖4 漏電檢測

三、直流電源的改進

1、監控單元電源設計

部分直流系統設計的監控單元從交流系統取電，這種設計在交流電源消失時監控單元無法工作，而此時直流系統還在工作，但無法查看運行狀態。應該改為從直流母線取電，保證監控單元在交流電源消失時也能正常工作。

2、控制電源電流調節 某些老配電所高壓開關柜內手車操作機構還使用合閘線圈，合閘時沖擊電流較大，電流控制滯后，易燒保險，串大功率電阻限制電流后正常。

3、直流電源并列運行

如果兩套直流電源的輸出都串入大功率二極管，利用二極管的反向截至作用，可以使直流電源并列運行，不間斷切換。

四、結束語

隨著電力電子技術發展，直流電源技術也越來越成熟，功能更為強大，如有的廠家還可選配逆變裝置替代UPS，利用直流220V逆變出交流220V，可靠性比UPS高。如果直流電源能擴展出電池自動放電、活化充電、單節電池有效容量自動檢測功能，將大大減少直流電源的檢測、維護工作量，提高直流電源可靠性。

第三篇：數控直流電源課題研究意義

第1章緒論

自從人類有了電之后，各行各業都因為有了電而飛速發展，并出現了無數新型產業，直至今日，電已經在我們的日常生活中不可或缺。但是變電站輸送給我們用戶的是380/220V交流電，為了使人們的生活更加便利，電器都朝微型化發展，隨著人類用電量的增加，電器又要功率低，所以將380/220V高壓變成較小，并能安全可靠地提供給各類不同小電器的小電源已經受到電器行業的重視。近幾年，小電源的市場已經擴大，技術也將慢慢趨于成熟。如今，小電源還介入了單片機，使小電源智能化，數字化。

本設計作為畢業設計考核我們大學四年綜合素質的一個重要環節，我們傾心將所學的專業知識綜合應用，特別注重基礎理論的實用性和技術內容的先進性，充分體現了小電源技術的新發展，來設計這個基于現代單片機技術的數控型直流源。重要應用了變壓知識，電力電子技術和單片機技術設計。這個專用電源，就是采用單片微機進行控制，對硬件產生的同步電壓進行觸發，形成同步觸發電壓，送達4個可控硅控制輸出電壓。本文共四章，內容包括概述，電源的發展，硬件電路設計和軟件設計。

單片機的物理含義是把CPU、存儲器和各種各樣外圍設備的接口都集成在一塊半導體芯片上，形成單片級的計算機。當前我國用得較多的是MCS-

48、MCS-

51、MCS-96系列。每種系列各有10多種型號。單片機對工業生產的影響是有目共睹的，在單片機技術發展起來的同時，電氣行業開始了一場轟轟烈烈的微機革命。其帶動了各類家電和儀器儀表的微型化、智能化，現在流行的所謂人性化科技，就是在單片微機的控制上，形成的遠程控制、現場總線實時控制等新技術。而電源技術在經歷了電氣時代的風風雨雨的大半年頭后，終于迎來了工業控制技術蓬勃發展的春天，使新型電源的發展有了更廣的更美好的前景[4]。

本文在設計過程中參考了許多相關的教材和資料，在此向所有作者表示感謝！

由于本人知識淺薄，文中有錯誤與疏漏在所難免，敬請各位老師和同學指正。

1.1 課題研究的意義和目的在學習完《模擬電子》《數字電子》《電力電子技術》《單片機原理與應用》等教材后為了把所學的知識學以致用，從而開始研究此課題已考核學習成果以及鍛煉動手能力。此次設計的系統主要是用單片機來實際的控制。因此這次設計的主要意義在于通過此次畢業設計了解單片機技術的現在和將來以及它在現實的工業控制中的應用情況，在什么樣的情況下，如何的選擇所用器件的型號，等等這些工作都將是我們今后在實際的工作

中所要遇到的非常實際的問題。

本次課題就是基于單片機為主體所設計的微機數字觸發式直流穩壓電源，相比其他以往的電源設計，此次的課題更新穎，更符合技術發展的潮流。設計中，對整體電源進行了硬件、軟件總體設計，從兩方面滿足設計的基本要求的同時，對整個微機控制的系統有了比較全面的了解。運用單片機技術來完成以往有大量硬件電路來完成的工作，軟件編程方面學到了許多技巧，并對微機指令有了更深的了解和掌握。

第1章緒論

本章節主要介紹論文研究的課題背景和意義，國內外發展現狀，以及它所涉及的相關技術理論，以及本人在這之中所做的工作。

1.1研究背景及意義

揉的經濟活動已經到了已經到了工業經濟時代，并正在轉入高新技術產業迅猛發展時期。直流穩壓電源是電子技術常用的儀器設備之一,廣泛的應用于教學、科研等領域，是電子實驗員、電子設計人員及電路開發部門進行實驗作和科學研究所不可缺少的電子儀器。在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源來供電[1]。而整個穩壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩壓等四部分組成。然而這種傳統的直流穩壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通的直流穩壓電源品種有很多, 但均存在以下二個問題: 1)輸出電壓是通過粗調(波段開關)及細調(電位器)來調節。這樣, 當輸出電壓需要精確輸出, 或需要在一個小范圍內改變時,困難就較大。另外, 隨著使用時間的增加, 波段開關及電位器難免接觸不良, 對輸出會有影響。2)穩壓方式均是采用串聯型穩壓電路, 對過載進行限流或截流型保護, 電路構成復雜,穩壓精度也不高[2]。

從上面我們能看出傳統的直流穩壓電源已經不能滿足現在需要，但是在各類電子設備和一些家用電器中，通常又都需要電壓穩定的直流電源供電。而在我們實際生活中電源往往都是由220V 的交流電網供電，那么這就需要通過變壓、整流、濾波、穩壓電路將交流電轉換成穩定的直流電。其中濾波器用于濾整流輸出電壓中的紋波，一般傳統電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。然而傳統的直流穩壓電源通常采用電位器和波段開關來實現電壓的調節,并由電壓表指示電壓值的大小.因此,電壓的調整精度不高,讀數欠直觀,電位器也易磨

損。而基于單片機控制的直流穩壓電源能較好地解決以上傳統穩壓電源的不足，并且數控直流電源與傳統穩壓電源相比，具有作方便、電壓穩定度高的特點。它的紋波電壓低，電壓調節精確，輸出電壓大小采用數字顯示，直觀易讀。電路大部分使用集成電路，從而使調試簡單、性能優良、故障率低、使用壽命長[3]。

1.2國內外研究現狀

隨著科學技術的迅速發展，人們對物質需求也越來越來高，特別是一些高新技術產品。電源——作為當今人們生活中普遍存在的電子商品，從上世紀九十年代末起便迅速發展。隨著對系統更高效率和更低功耗的需求，電信與數據通訊設備的技術更新推動電源行業中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發展。從80年代的第一代分布式供電系統開始轉向到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結構以及中間母線結構，直流/直流電源行業正面臨著新的挑戰，即如何在現有系統加入嵌入式電源智能系統和數字控制

[4]。

然而，早在90年代中，半導體生產商們就開發出了數控電源管理技術，而在當時，這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢，因而無法被廣泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應用和行業能源節約和運行最優化的關注，電源行業和半導體生產商們便開始共同開發這種名為“數控電源”的新產品。而如今隨著直流電源技術的飛躍發展, 整流系統由以前的分立元件和集成電路控制發展為微機控制, 從而使直流電源智能化, 具有遙測、遙信、遙控的三遙功能, 基本實現了直流電源的無人值守。并且，在當今科技快速發展過程中，模塊化是直流電源的發展趨勢，并聯運行是電源產品大容量化的一個有效手段，可以通過設計N+1冗余電源系統，實現容量擴展，提高電源系統的可靠性、可用性，縮短維修、維護時間，從而使企業產生更大的效益。如：揚州鼎華公司近年來結合美國Sorensen Amrel等公司的先進技術，成功開發了單機最大功率120KW智能模塊電源，可以并聯32臺（可擴展到64臺），使最大輸出功率可以達到7600kW以上。智能模塊電源采用電流型控制模式，集中式散熱技術，實時多任務監控，具有高效、高可靠、超低輻射，維護快捷等優點，機箱結構緊湊，防腐與散熱也作了多方面的加強。它的應用將會克服大功率電源的制造、運輸及維修等困難。而且和傳統可控硅電源相比節電20%-30%節能優勢，奠定了它將是未來大功率直流電源的首選[5]。

1.3課題的主要內容

1.如何實現對電源的輸出控制

系統設計的目的是要用微處理器來替代傳統直流穩壓電源中手動旋轉電位器，實現輸出電壓的連續可調，精度要求高。實現的途徑很多，可以用DAC的模擬輸出控制電源的基準電壓或分壓電阻，或者用其它更有效的方法，因此如何選擇簡單有效的方法是本課題需要解決的首要問題。

2.數控直流電源功能的完備

數控直流穩壓電源要實現電壓的鍵盤化輸出控制，同時要具備輸出、過壓過流保護及數組存貯與預置等功能。另外，根據要求電源還應該可以通過按鍵選擇一些特殊的功能。如何有效的實現這些功能也是課題所需研究解決的問題。

3.性能指標

輸出最大電壓:30V

輸出最大電流:2A

電壓步進:0.1V

電流步進:2mA

紋波和噪聲:≤5mVrms

電壓分辨率:20mV

1.4論文的總體結構

第一章簡要介紹課題的背景、意義、國內外研究現狀，綜述課題研究的目的、技術，介紹本文的主要研究內容。

第二章提出了數控直流電源的總的設計思路和幾種實現方案論證，意義，及相關系統功能，對這些方案的可行性進行比較分析，選擇了一種基于AVR單片機系統的數控直流電源的方案，并對直流穩壓電源的基

本設計思想與方法進行了闡述。

第三章模塊化詳細闡述了數控直流穩壓電源的系統整體結構和設計框圖，包括數據單片機控制模塊、電壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、電源模塊及人機交互接口。

第四章主要闡述了數控直流電源的軟件系統和軟件設計流程。

第五章對數控直流電源的性能參數進行測量與評估，以及抗干擾措施進行了介紹。

第六章對本數控直流電源的給出了本課題的測試結論，并對其發展前景進行了展望。

第四篇：山東直流電源工作總結

山東2010年直流電源設備專業工作總結

66～1000kV變電站直流電源系統情況統計

截止2010年底，本公司66～1000kV及以上變電站共 700 座，同比增加 6.2%。1000kV變電站 0 座，其中直流系統采用220V 0 座，110V 0 座；750kV變電站 0 座，其中直流系統采用220V 0 座，110V 0 座；500kV變電站 28 座，其中直流系統采用220V 27 座，110V 1 座；330kV變電站 0 座，其中直流系統采用220V 0 座，110V 0 座；220kV變電站 259座，110kV變電站 413 座，其中直流系統采用220V 671 座，110V 1 座；66kV變電站 0 座，其中直流系統采用220V 0 座，110V 0 座；變電站直流電源設備裝用情況按附表1統計。

66～1000kV變電站中用蓄電池直流系統的有 700 座，同比增加 6.2% ；用交流操作電源系統的有 0 座，同比增加 0 ；用硅整流系統的有 0 座。同比增加 0。

1、整體配置情況

本公司共有直流充電裝置 1017臺。變電站直流電源系統充電裝置配置情況按附表1統計。注：變電站有不同充電裝置的在總結中做詳細說明，并注明變電站電壓等級和變電站名稱。2、1000kV變電站配置情況

（1）高頻開關型充電裝置的變電站 0 座，其中三臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，二臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，單臺充電裝置的變電站有 0 座。

（2）相控型充電裝置的變電站共 0 座，其中三臺充電裝置的有 0 座，二臺充電裝置的有 0 座。（3）硅整流的變電站有 0 座。（4）混合型的變電站有 0 座。（5）磁飽和型的變電站有 0 座。（6）交流操作電源變電站有 0 座。3、750kV變電站配置情況

（1）高頻開關型充電裝置的變電站 0 座，其中三臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，二臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，單臺充電裝置的變電站有 0 座。

（2）相控型充電裝置的變電站共 0 座，其中三臺充電裝置的有 0 座，二臺充電裝置的有 0 座。（3）硅整流的變電站有 0 座。（4）混合型的變電站有 0 座。（5）磁飽和型的變電站有 0 座。（6）交流操作電源變電站有 0 座。5、500kV變電站配置情況

（1）高頻開關型充電裝置的變電站 28 座，其中三臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 7 座，二臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 21 座，單臺充電裝置的變電站有 0 座。

（2）相控型充電裝置的變電站共 0 座，其中三臺充電裝置的有 0 座，二臺充電裝置的有 0 座。（3）硅整流的變電站有 0 座。（4）混合型的變電站有 0 座。（5）磁飽和型的變電站有 0 座。（6）交流操作電源變電站有 0 座。5、330kV變電站配置情況

（1）高頻開關型充電裝置的變電站 0 座，其中三臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，二臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 座，單臺充電裝置的變電站有 0 座。

（2）相控型充電裝置的變電站共 0 座，其中三臺充電裝置的有 座，二臺充電裝置的有 0 座。（3）硅整流的變電站有 0 座。（4）混合型的變電站有 0 座。（5）磁飽和型的變電站有 0 座。（6）交流操作電源變電站有 0 座。6、220kV變電站配置情況

（1）高頻開關型充電裝置的變電站 257 座，其中三臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，二臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 246 座，單臺充電裝置的變電站有 11 座。

（2）相控型充電裝置的變電站共 2 座，其中三臺充電裝置的有 0 座，二臺充電裝置的有 2 座。（3）硅整流的變電站有 0 座。（4）混合型的變電站有 0 座。（5）磁飽和型的變電站有 0 座。（6）交流操作電源變電站有 0 座。7、110kV變電站配置情況

（1）高頻開關型充電裝置的變電站 412 座，其中三臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，二臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 33 座，單臺充電裝置的變電站有 379 座。

（2）相控型充電裝置的變電站共 1 座，其中三臺充電裝置的有 0 座，二臺充電裝置的有 1 座。（3）硅整流的變電站有 0 座。（4）混合型的變電站有 0 座。（5）磁飽和型的變電站有 0 座。（6）交流操作電源變電站有 0 座。8、66kV變電站配置情況

（1）高頻開關型充電裝置的變電站 0 座，其中三臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 0 座，二臺（每臺n+1個模塊配置）的變電站有 座，單臺充電裝置的變電站有 0 座。

（2）相控型充電裝置的變電站共 0 座，其中三臺充電裝置的有 座，二臺充電裝置的有 0 座。（3）硅整流的變電站有 0 座。（4）混合型的變電站有 0 座。（5）磁飽和型的變電站有 0 座。（6）交流操作電源變電站有 0 座。

1、總體情況：

本公司合計蓄電池共有 1008 組。其中：閥控式密封鉛酸蓄電池 1008 組，占100％；固定式防酸蓄電池 0 組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占 0 ％。1）、1000kV變電站情況

1000kV變電站蓄電池 0 組，閥控式密封鉛酸蓄電池 0 組，占 0 ％；固定式防酸蓄電池 0 組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占 0 ％。2）、750kV變電站情況

750kV變電站蓄電池 0 組，閥控式密封鉛酸蓄電池 0 組，占 0 ％；固定式防酸蓄電池 0 組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占 0 ％。3）、500kV變電站情況

500kV變電站蓄電池 56 組，閥控式密封鉛酸蓄電池 56 組，占 100 ％；固定式防酸蓄電池 0 組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占0 ％。4）、330kV變電站情況

330kV變電站蓄電池 0 組，閥控式密封鉛酸蓄電池 0 組，占 0 ％；固定式防酸蓄電池 0 組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占 0 ％。5）、220kV變電站情況

220kV變電站蓄電池 504 組，閥控式密封鉛酸蓄電池 504 組，占 100 ％；固定式防酸蓄電池 0 組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占 0 ％。6）、110kV變電站情況

110kV變電站蓄電池 448組，閥控式密封鉛酸蓄電池 448組，占 100 ％；固定式防酸蓄電池 0組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占 0 ％。7）、66kV變電站情況

66kV變電站蓄電池 0 組，閥控式密封鉛酸蓄電池 0 組，占 0 ％；固定式防酸蓄電池 0 組，占 0 ％；鎘鎳蓄電池 0 組，占 0 ％。

2、配置情況

截至2010年底，66～1000kV變電站，本單位直流系統按單組配置的有 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。按照雙組配置的有 306 座，同比增加 26.3%，占變電站總數 43.8 ％。

其中1000kV變電站雙組及以上配置的變電站 0 座，占1000kV變電站總數的 ％； 750kV變電站雙組及以上配置的變電站 0 座，占750kV變電站總數的 ％； 500kV變電站雙組及以上配置的變電站 28 座，占500kV變電站總數的100 ％； 330kV變電站雙組及以上配置的變電站 0 座，占330kV變電站總數的 ％； 220kV變電站雙組及以上配置的變電站 245 座，占220kV變電站總數的94.6 ％； 110kV變電站雙組及以上配置的變電站 33 座，占110kV變電站總數的 7.99 ％；

66kV變電站雙組及以上配置的變電站 0 座，占66kV變電站總數的 ％。變電站蓄電池直流電源系統配置情況按附表2統計。

混合配置和其他方式配置詳細說明(如有)：

220kV其他配置指煙臺供電公司古柳變電站，配置方式為1組閥控電池+2臺高頻充電裝置；110kV其他配置是指濟南供電公司玉函變電站和菏澤供電公司牡丹變電站，配置方式為2組閥控電池+1臺高頻充電裝置。注：混合配置和其他方式配置做詳細說明，并注明變電站電壓等級和變電站名稱。

一、直流網絡

直流網絡按照輻射狀供電的有 493 座，占 70.4 ％；其中1000kV 0 座，占1000 kV變電站的 ％；750kV 0 座，占750 kV變電站的 ％；500kV 28 座，占500 kV變電站的 100 ％；330kV 0 座，占330 kV變電站的 ％；220kV 215 座，占220 kV變電站的 83%；110kV 249 座，占110kV變電站的 60.3%；66kV 0 座，占66kV變電站的 %。

二、保護電器 全站饋線屏及以下全部采用直流空氣斷路器的變電站681 座，占 97.3％；其中1000kV 0 座，占1000 kV變電站的 ％；750kV 座，占750 kV變電站的 ％；500kV 28 座，占500kV變電站的 100 ％；330kV 座，占330kV變電站的 ％；220kV 252座，占220kV變電站的 97.3 %；110kV 391 座，占110kV變電站的 94.7 %；66kV 座，占66kV變電站的 ％。2010年完成的主要工作

（1）2010年國家電網公司相關文件、標準及規章制度的貫徹執行情況；

按照國家電網公司《直流電源系統管理規范》的要求，做好直流系統的日常管理工作。對直流電源設備的運行狀況實行月報、季報和年報制度，各地市供電公司每月上報本月直流電源設備的運行狀態和缺陷情況，使得直流電源設備的狀態做到可控、在控。

精心組織、統籌安排，做好變電站直流電源系統技術改造工作。根據國網公司《變電站直流電源系統技術改造指導意見》，并結合《十八項反措》要求，制定了《山東電力集團公司直流電源系統技術改造實施意見》。2010年，按照輕重緩急的原則，主要進行了220kV變電站的直流系統的雙重化改造任務和輻射狀供電網絡的改造，更換了大批達到設備運行年限、故障率較高的蓄電池和絕緣巡檢裝置，提高了直流電源系統的安全運行水平。

（2）本網省公司標準、規程、規范、工藝、導則等規章制度的建立、完善及執行情況；

2010年，山東電力集團公司以標準化、規范化為突破，不斷提高設備質量。本，嚴格執行山東電力集團公司下發《變電站直流電源系統技術標準》《變電站直流電源系統管理標準》，進一步規范了直流電源設備的選型和日常維護工作，為確保直流電源系統安全穩定運行奠定了基礎。

年初，根據蓄電池和充電裝置的投運年限，結合國網的標準，編制檢修計劃，根據在線監測數據及設備的運行狀態等，確定重點監測對象，采取核對性充放電直至更換等針對性措施；各地市供電公司都根據上級規程規定，結合變電站的具體實際編制了直流標準化作業指導書，并在現場工作中嚴格執行。（3）設備入網管理、運行管理、檢修管理、設備評價、技術改造、技術監督及反措執行情況等方面所做的主要工作及取得的主要成績、經驗等。

A、實施全過程管理，不斷規范直流專業管理。為加強直流電源系統技術管理，實施了設備入網、運行、檢修、設備評價、技術改造、技術監督及反措執行的全過程管理，并狠抓直流電源設計和入網管理，取得了良好效果。嚴格執行國家電網公司典型設計規范，在項目設立及審查中，對不同電壓等級變電站的直流系統提出標準化設計技術要求，明確直流系統的接線和運行方式，規范充電柜、饋線柜和蓄電池組的配置標準，突出直流雙重化的配置和熔斷器、控制保險的入網選型及配合要求。根據山東電網《變電站直流電源技術標準》的要求，嚴把設備入網關，制定了生產廠家信息庫，確保設備的先進性、可靠性、安全性，實現了直流系統設計、選型的規范化。B、加強設備的備品備件管理

每年安排專項大修資金用于直流設備的運行維護，對異常頻率較高的高頻電源模塊等電子產品，按型號購置足夠的備品備件，在設備出現異常后及時進行更換，異常設備返回廠家進行維修后繼續作為備品循環使用。

C．反措執行情況。

按照國網公司的反措要求，220kV變電站至少應實現雙充雙電配置，山東電力集團公司2010年共完成10座220kV變電站雙重化改造工作；完成39座輻射狀網絡和全直流空氣斷路器改造工作，其中改造220kV站10座，改造110kV變電站29座。

（1）2010年計劃進行 306 組的核對性放電工作，完成 296組，未完成10 組。其中 280 組蓄電池檢測合格，合格率為 94.6%，16 組蓄電池檢測不合格，檢測不合格的蓄電池中2000年及以前投運的有3 組，2001年投運的有 3 組，2002年投運的有 0 組，2003年投運的有 1 組，2004年投運的有 3 組，2005年投運的有 0 組，2006投運的有2 組，2007年投運的有 2 組，2008年投運的有 2 組，2009年投運的有 0 組，2010年投運的有 0 組。完成核對性放電情況按附表3統計。（2）蓄電池核對性放電工作情況分析

對蓄電池核對性放電工作中發現的問題及處理情況的分析，說明未按計劃完成核對性放電工作的原因。2010年，在核對性放電工作中，發現的主要問題是部分蓄組電池容量不足，分析容量不足的原因主要有兩個：一是達到或接近了蓄電池的運行壽命，在16組不合格電池中，2004年以前投運的有10組，占不合格電池的63%；第二個原因是產品質量不過關，在不合格的2005年以后投運的6組電池中，主要是德國陽光、松樹、海志等國外品牌，主要是代理商的進貨渠道及質量控制存在問題。對存在問題的電池和電池組，都進行了相應的處理。對未到運行年限且整組容量不足的蓄電池要求廠家進行了整組更換，對單節容量不滿足要求的也進行了更換；

1、技術改造情況統計

2010年，公司系統66kV及以上變電站直流電源系統技術改造 55 座，計劃完成率為 100 ％。工程總投資 1496 萬元。

其中：改造充電裝置 51 臺，改造蓄電池55組。

2、技術改造工作分析

（1）技術改造的內容及重點設備； 2010年，根據國家電網公司《直流電源系統管理規范》《變電站直流電源系統技術改造指導意見》及十八項反措要求，山東電力集團公司加大直流電源系統更新改造力度，確保了電網穩定和可靠供電。技術改造主要是反措改造和設備更新，主要完成了220kV變電站蓄電池和充電機的雙重化以及輻射狀網絡的改造，并對老舊的絕緣監測儀進行了更換。（2）技術改造的依據及原則；

山東電力集團公司技術改造工作主要是依據國家電網公司直流系統有關的規程規定、反事故措施要求和山東電力集團公司新編制下發的Q/GDW06 1170301-2009《變電站直流電源系統技術標準》，并結合直流設備運行情況開展的。

（4）新技術應用及有關科研完成推廣情況簡介（如有）；

2010年，濟寧供電公司開發了“蓄電池組智能放電管理系統”，對蓄電池組的放電進行了智能的控制管理，并且將放出的電能轉換為交流反送到交流電網，節約了90%的電能。

2010年，逐步推廣直流電源遠程監控系統，將直流電源設備的運行參數和報警信息上傳至生產車間，大大減少了運行維護的工作量。開展了蓄電池遠程充放電系統的試點，取得了較好的效果，在繼續完善的基礎上進行推廣。

2010年，結合智能變電站的建設，進行了一體化電源系統的試點，為今后一體化電源運行維護工作積累了經驗。

（5）新技術應用取得的效果及存在的問題（如有）。

A直流電源遠程監控系統已經得到了廣泛的應用，但技術標準以及使用的通道沒有統一。B 一體化電源應用后，對通訊電源的管理和維護有待理順和加強。

2010年直流電源設備發生事故 0 次；缺陷 232 次，同比增長 2次，其中，充電裝置缺陷 87 次，占 37.5 %，同比增長 1.0% ；蓄電池缺陷有 47 次，占 20.3 %，同比增長 4.4% ；接地巡檢裝置缺陷 25 次，占 10.8 %，同比增長-8.4% ；其它故障與缺陷有 73 次，占 31.5 %，同比增長 5.8%。按附表4統計故障與缺陷情況及產生原因、處理情況及采取的相應措施。

截止到2010年底，66～1000kV變電站直流設備基本情況按附表5統計。

（1）評價各類蓄電池的運行情況，蓄電池投入年限按附表6統計；

運行中發現，個別電池的壽命達不到年限。特別是2003-2006年之間投運的部分進口電池，由于進貨渠道混亂，頻繁出現漏液或電池蓋開裂等問題。（2）統計不同類型蓄電池事故及缺陷情況并分類說明各種事故及缺陷的原因和采取的措施；（3）蓄電池運行缺陷分析應包括內容：

容量不足占30%左右，原因是蓄電池長時間運行后，壽命提前。單節電壓壓降低占50%左右，原因是蓄電池制造工藝，整組性能。滲液約占5%，原因是蓄電池制造工藝，大電流充電等。變形故障占10%，原因是充電電壓，大電流，溫度，制造原因等造成的。

l 蓄電池各類設備缺陷隨運行年限的變化情況及原因分析。

蓄電池運行3-5年后，隨著時間的延長，蓄電池出現的問題增多，原因主要是運行環境溫度，充電機充電參數和質量，運行維護不及時等。

l 蓄電池各類設備缺陷隨蓄電池型式不同的變化情況及原因分析。

早期國產12V型蓄電池壽命短，一般運行5年左右，單節蓄電池電壓降低，影響運行，更換進口長壽命蓄電池。運行中的蓄電池出現單節電壓低，主要是長時間浮充，造成電壓不均衡，采取的措施是對蓄電池進行均衡充電，進行活化。

l 蓄電池設備缺陷隨制造廠家不同的分布變化及原因分析。（4）蓄電池主要供應商分析。

目前，山東電網運行的蓄電池廠商主要有國外的EXIDE、荷貝克、海志、FIAMM以及國內的曲阜圣陽、杭州南都等，隨著國外品牌價格的降低和國產化，越來越多的用戶選擇國外品牌，特別是EXIDE公司的產品占到了山東市場的近一半的份額，德國松樹、FIAMM品牌增長也較快。最近三年，EXIDE、荷貝克以及FIAMM占據了80%以上，國內廠商的市場份額在逐漸萎縮。

（1）評價各類充電裝置的運行情況，按類型（高頻型、相控型、磁飽和型）、電壓等級（各電壓等級充電裝置分別多少臺）、運行年限（哪年投運的哪種類型的充電裝置分別多少臺）、生產廠家分析，充電裝置投入年限按附表7統計；

（2）統計不同類型充電裝置事故及缺陷情況，并分類說明各種事故及缺陷的原因和采取的措施； 2010年充電裝置的故障主要是直流高頻電源模塊損壞，采取的措施主要是做好易損模塊的備件，敦促廠家提高充電模塊的產品質量，發現故障后及時更換。（3）充電裝置供應商分析。

充電裝置的應用帶有明顯的地域性。山東電力集團公司所用直流充電裝置主要有魯能智能技術有限公司、深圳奧特迅以及煙臺東方玉麟電氣有限公司等，三家公司的產品占到了60%左右，以上三家的設備無論是產品質量還是售后服務都比較到位。其他的廠商還有杭州中恒、積成電子、青島高科等，每家都占5%-10%之間，份額相對較少，2010年青島高科的產品應用較多。500kV變電站主要用的是深圳奧特迅和愛默生公司高頻模塊，設備的日常運行表現為愛默生模塊的故障率很低，而奧特迅的相對較高，但奧特迅的售后技術支持較為到位，所發生異常都得到了及時處理，而愛默生的技術支持不理想。

（1）評價各類配套元器件的運行情況；

A、直流接地選線裝置故障率較高，表現在裝置黑屏、發故障信號、誤選線等，主要原因是國內生產該類型產品的主要是一些規模較小的廠家，為降低生產成本，采用了一些質量不過關的原材料和元器件，造成設備故障較多；另一方面原因是對接地選線裝置沒有統一的技術規范和檢驗手段，使得產品功能難以達到實際需求，誤發信號比較普遍。

B、2010年，監控裝置缺陷比較多，主要表現在模擬量不采樣或者采樣不準；監控裝置模塊損壞；監控裝置誤發信號、告警；顯示屏損壞等。分析其主要原因是產品質量不過關，運行一段時間后，電子元器件老化引起的。對新上的蓄電池在線監測裝置出現的通訊故障、誤發信號等缺陷，要求廠家及時改進技術，提高裝置的可靠性。

C、直流電源設備的運行維護也存在一個比較突出的問題，就是早期的部分廠家已經不復存在或產品已移交其他廠家，售后服務不能保證。

（2）統計不同類型元器件事故及缺陷情況，并分類說明各種事故及缺陷的原因和采取的措施。

（1）評價直流系統中直流空氣斷路器、熔斷器的級差配置現狀情況；

A、進口空氣斷路器如ABB、西門子等質量相對較好，但由于本身采用熱脫扣原理，具有反時限動作特性，在大短路電流情況下不易進行上下級選擇性跳閘。

B、直流斷路器的配置，存在沒有經過嚴格的計算，造成設計與現場的實際系統配置不對應的情況。C、目前在沒有進行級差配合試驗的情況下，要求變電站內選用同一廠家的同一系列的直流空氣斷路器。（2）統計直流斷路器在運行中的事故及缺陷，并說明事故及缺陷的原因和采取的措施。

（一）管理方面

（1）直流系統國家標準和國網公司企業標準眾多，但有些地方比較模糊，執行起來難度較大，如一些設備如接地選線裝置、蓄電池在線監測裝置等沒有具體的標準可以參照，直流電源遠程監控系統的網絡通道比較混亂。

（2）直流專業人員數量不足，技術水平不高。

（3）直流電源設備所需試驗儀器配置不滿足現場需求，有些直流電源設備的檢測試驗無法開展。（4）一體化電源應用以后，通訊電源的運行與管理沒有理順。

（二）設備方面

（1）部分直流電源設備陳舊、技術不成熟，售后服務不到位，給安全生產帶來隱患。（2）部分220kV變電站直流電源設備還不滿足雙重化的配置的要求。（3）蓄電池室環境溫度的監測和控制有待加強。

（4）直流系統定值管理不規范，基本上依靠廠家的資料，缺乏整定的原則。（5）接地選線裝置原理不一，存在的問題較多，有些甚至會影響到直流系統的運行。

針對專業管理和設備管理工作中存在的主要問題和薄弱環節，山東電力集團公司將采取以下措施：

（一）管理方面：

（1）完善直流監督網絡，配備足夠的直流專業人員和試驗設備，使得所有運行的直流電源設備都能進行檢驗，加強直流專業人員的培訓，提高技術人員的業務水平。

（2）加大新設備技術標準的調研和編制工作，使所有設備的選用都有章可循。

（3）嚴格把好設備入網關，杜絕不符合技術標準的直流設備進入電網。加強驗收管理，從設計、施工到驗收嚴格按照反措要求進行，做到投產即合格。

（4）加強直流電源設備運行維護和檢修管理，嚴格按規程規定做好直流電源設備的檢修和運行維護工作。（5）加強直流電源設備的臺帳管理，運行、檢修班組自備直流系統接線圖，變電站需建立直流熔斷器的詳細圖表、直流定值清單等。

（二）設備方面：

（1）新建220kV以上的變電站必須滿足雙配置的要求，對不滿足要求的變電站分批進行雙重化改造。2）新建或擴建的變電站直流接線方式采用單母線或單母線分段接線，220kV及以上的變電站饋線采用輻射供電方式，對110kV及以下的變電站可采用輻射供電方式、也可采用環網供電方式；對運行中的110kV及以下的變電站，條件具備的時候進行改造。

（3）嚴格執行直流系統斷路器的配置要求，在尚不具備極差配合試驗的條件下，嚴格選用優質的同一廠家的產品。

（4）開展充電機和接地選線裝置的檢測工作，盡可能使得運行的設備都能得到檢測。

（5）加大對新設備的技術監督力度，對直流電源遠程監控系統、一體化電源系統的技術要求、運行維護進行統一管理。2010年重點工作及建議

（1）健全制度，細化、完善管理標準。理順直流專業管理，特別是通訊電源的管理，提高直流系統專業管理工作的有序性和有效性。完善公司的直流專業管理標準，編制新設備(直流電源遠程監控系統等)的技術標準。

（2）加強老舊設備的改造，對出現的缺陷、運行不穩定及不滿足反措要求的直流設備進行改造，確保不發生由于直流系統原因造成的事故和一類障礙。

（3）嚴格把好設備入網關，逐步開展直流電源設備的入網檢測工作。（4）加強設備檢修管理，推廣檢修規范標準化和作業指導書。

第五篇：開關電源可靠性設計研究[轉帖] 開關電源可靠性設計研究

開關電源可靠性設計研究[轉帖] 開關電源可靠性設計研究.txt每天早上起床都要看一遍“福布斯”富翁排行榜，如果上面沒有我的名字，我就去上班。談錢不傷感情，談感情最他媽傷錢。我詛咒你一輩子買方便面沒有調料包。開關電源可靠性設計研究 [轉帖] 開關電源可靠性設計研究

----摘要：對影響軍用PWM型開關穩壓電源可靠性的因素作出較為詳細的分析比較，并從工程實際出發提出一些提高開關電源可靠性的建議。關鍵詞：開關電源 可靠性 1 引言

電子產品，特別是軍用穩壓電源的設計是一個系統工程，不但要考慮電源本身參數設計，還要考慮電氣設計、電磁兼容設計、熱設計、安全性設計、三防設計等方面。因為任何方面那怕是最微小的疏忽，都可能導致整個電源的崩潰，所以我們應充分認識到電源產品可靠性設計的重要性。開關電源電氣可靠性設計 2.1 供電方式的選擇

集中式供電系統各輸出之間的偏差以及由于傳輸距離的不同而造成的壓差降低了供電質量，而且應用單臺電源供電，當電源發生故障時可能導致系統癱瘓。分布式供電系統因供電單元靠近負載，改善了動態響應特性，供電質量好，傳輸損耗小，效率高，節約能源，可靠性高，容易組成N＋1冗余供電系統，擴展功率也相對比較容易。所以采用分布式供電系統可以滿足高可靠性設備的要求。2.2 電路拓撲的選擇

開關電源一般采用單端正激式、單端反激式、雙管正激式、雙單端正激式、雙正激式、推挽式、半橋、全橋等八種拓撲。單端正激式、單端反激式、雙單端正激式、推挽式的開關管的承壓在兩倍輸入電壓以上，如果按60％降額使用，則使開關管不易選型。在推挽和全橋拓撲中可能出現單向偏磁飽和，使開關管損壞，而半橋電路因為具有自動抗不平衡能力，所以就不會出現這個問題。雙管正激式和半橋電路開關管的承壓僅為電源的最大輸入電壓，即使按60％降額使用，選用開關管也比較容易。在高可靠性工程上一般選用這兩類電路拓撲。2.3 控制策略的選擇

在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的方法，它較電壓控制型有如下優點：逐周期電流限制，比電壓型控制更快，不會因過流而使開關管損壞，大大減小過載與短路的保護；優良的電網電壓調整率；迅捷的瞬態響應；環路穩定，易補償；紋波比電壓控制型小得多。生產實踐表明電流控制型的50W開關電源的輸出紋波在25mV左右，遠優于電壓控制型。硬開關技術因開關損耗的限制，開關頻率一般在350kHz以下，軟開關技術是應用諧振原理，使開關器件在零電壓或零電流狀態下通斷，實現開關損耗為零，從而可將開關頻率提高到兆赫級水平，這種應用軟開關技術的變換器綜合了PWM變換器和諧振變換器兩者的優點，接近理想的特性，如低開關損耗、恒頻控制、合適的儲能元件尺寸、較寬的控制范圍及負載范圍，但是此項技術主要應用于大功率電源，中小功率電源中仍以PWM技術為主。2.4 元器件的選用

因為元器件直接決定了電源的可靠性，所以元器件的選用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四個方面：（1)制造質量問題

質量問題造成的失效與工作應力無關。質量不合格的可以通過嚴格的檢驗加以剔除，在工程應用時應選用定點生產廠家的成熟產品，不允許使用沒有經過認證的產品。（2)元器件可靠性問題 元器件可靠性問題即基本失效率的問題，這是一種隨機性質的失效，與質量問題的區別是元器件的失效率取決于工作應力水平。在一定的應力水平下，元器件的失效率會大大下降。為剔除不符合使用要求的元器件，包括電參數不合格、密封性能不合格、外觀不合格、穩定性差、早期失效等，應進行篩選試驗，這是一種非破壞性試驗。通過篩選可使元器件失效率降低1～2個數量級，當然篩選試驗代價(時間與費用)很大，但綜合維修、后勤保障、整架聯試等還是合算的，研制周期也不會延長。電源設備主要元器件的篩選試驗一般要求： ①電阻在室溫下按技術條件進行100％測試，剔除不合格品。

②普通電容器在室溫下按技術條件進行100％測試，剔除不合格品。③接插件按技術條件抽樣檢測各種參數。④半導體器件按以下程序進行篩選：

目檢→初測→高溫貯存→高低溫沖擊→電功率老化→高溫測試→低溫測試→常溫測試 篩選結束后應計算剔除率Q Q=(n / N)×100% 式中：N——受試樣品總數； n——被剔除的樣品數；

如果Q超過標準規定的上限值，則本批元器件全部不準上機，并按有關規定處理。在符合標準規定時，則將篩選合格的元器件打漆點標注，然后入專用庫房供裝機使用。（3)設計問題

首先是恰當地選用合適的元器件：

①盡量選用硅半導體器件，少用或不用鍺半導體器件。②多采用集成電路，減少分立器件的數目。

③開關管選用MOSFET能簡化驅動電路，減少損耗。④輸出整流管盡量采用具有軟恢復特性的二極管。

⑤應選擇金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝的器件。禁止選用塑料封裝的器件。

⑥集成電路必須是一類品或者是符合MIL－M－38510、MIL－S－19500標準B－1以上質量等級的軍品。

⑦設計時盡量少用繼電器，確有必要時應選用接觸良好的密封繼電器。⑧原則上不選用電位器，必須保留的應進行固封處理。

⑨吸收電容器與開關管和輸出整流管的距離應當很近，因流過高頻電流，故易升溫，所以要求這些電容器具有高頻低損耗和耐高溫的特性。

在潮濕和鹽霧環境下，鋁電解電容會發生外殼腐蝕、容量漂移、漏電流增大等情況，所以在艦船和潮濕環境，最好不要用鋁電解電容。由于受空間粒子轟擊時，電解質會分解，所以鋁電解電容也不適用于航天電子設備的電源中。

鉭電解電容溫度和頻率特性較好，耐高低溫，儲存時間長，性能穩定可靠，但鉭電解電容較重、容積比低、不耐反壓、高壓品種(>125V)較少、價格昂貴。關于降額設計：

電子元器件的基本失效率取決于工作應力(包括電、溫度、振動、沖擊、頻率、速度、碰撞等)。除個別低應力失效的元器件外，其它均表現為工作應力越高，失效率越高的特性。為了使元器件的失效率降低，所以在電路設計時要進行降額設計。降額程度，除可靠性外還需考慮體積、重量、成本等因素。不同的元器件降額標準亦不同，實踐表明，大部分電子元器件的基本失效率取決于電應力和溫度，因而降額也主要是控制這兩種應力，以下為開關電源常用元器件的降額系數：

①電阻的功率降額系數在0.1～0.5之間。

②二極管的功率降額系數在0.4以下，反向耐壓在0.5以下。③發光二極管電壓降額系數在0.6以下，功率降額系數在0.6以下。④功率開關管電壓降額系數在0.6以下，電流降額系數在0.5以下。⑤普通鋁電解電容和無極性電容的電壓降額系數在0.3～0.7之間。⑥鉭電容的電壓降額系數在0.3以下。

⑦電感和變壓器的電流降額系數在0.6以下。（4)損耗問題

損耗引起的元器件失效取決于工作時間的長短，與工作應力無關。鋁電解電容長期在高頻下工作會使電解液逐漸損失，同時容量亦同步下降，當電解液損失40％時，容量下降20％；電解液損失0％時，容量下降40％，此時電容器芯子已基本干涸，不能再予使用。為防止發生故障，一般情況下應在圖紙上標明鋁電解電容器更換的時間，到期強迫更換。2.5 保護電路的設置

為使電源能在各種惡劣環境下可靠地工作，應設置多種保護電路，如防浪涌沖擊、過壓、欠壓、過載、短路、過熱等保護電路。3 電磁兼容性(EMC)設計

開關電源因采用脈沖寬度調制(PWM)技術，其脈沖波形呈矩形，上升沿與下降沿均包含大量的諧波成分，另外輸出整流管的反向恢復也會產生電磁干擾(EMI)，這是影響可靠性的不利因素，因而使電磁兼容性成為系統的重要問題。

產生電磁干擾有三個必要條件：干擾源、傳輸介質、敏感的接收單元，EMC設計就是破壞這三個條件中的一個。

對于開關電源而言，主要是抑制干擾源，干擾源集中在開關電路與輸出整流電路。采用的技術包括濾波技術、布局與布線技術、屏蔽技術、接地技術、密封技術等。EMI按傳播途徑分為傳導干擾和輻射干擾。傳導噪聲的頻率范圍很寬，從10kHz～30MHz，我們雖然知道產生干擾的原因，但從效率上來講，通過控制脈沖波形的上升與下降時間來解決未必是一個好辦法，解決辦法之一是加裝電源EMI濾波器、輸出濾波器及吸收電路，參見圖2。電源EMI濾波器實際上是一種低通濾波器，它毫無衰減地把50Hz或400Hz交流電能傳遞給電子設備，卻大大衰減傳入的干擾信號，同時又能抑制設備本身產生的干擾信號，防止它竄入電網，危害公網其它設備。選擇EMI濾波器是根據插入損耗的大小來選擇濾波器網絡結構和元器件參數，根據實際要求選擇額定電壓、額定電流、漏電流、絕緣電阻、溫度條件等參數。電源EMI濾波器最好安裝在機殼電源線進口的插座附近。抑制輸出噪聲的對策基本上按10kHz～150kHz、150kHz～10MHz、10MHz以上三個頻段來解決。10kHz～150kHz范圍內主要是常態噪聲，一般采用通用LC濾波器來解決。150kHz～10MHz范圍內主要是共模成分的噪聲，通常采用共模抑制濾波器來解決。共模扼流圈要采用導磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料，電感量在（1～2）mH、電容量在3300pF～4700pF之間，如果控制低頻段的噪聲，可以適當加大LC的取值。在10MHz以上頻率段的對策是改進濾波器的外形。輸出整流二極管的反向恢復也會引起電磁干擾，這種情況可以采用RC吸收電路來抑制電流的上升率，通常R在(2～20)Ω之間，C在1000pF～10nF之間，C應選用高頻瓷介電容。

良好的布局和布線技術也是控制噪聲的一個重要手段。為減少噪聲的發生和防止由噪聲導致的誤動作，應注意以下幾點：

①盡量縮小由高頻脈沖電流所包圍的面積。②緩沖電路盡量貼近開關管和輸出整流二極管。

③脈沖電流流過的區域遠離輸入輸出端子，使噪聲源和出口分離。

④控制電路和功率電路分開，采用單點接地方式，大面積接地容易引起天線作用，所以建議不要采用大面積接地方式。⑤必要時可以將輸出濾波電感安置在地回路上。

⑥采用多只低ESR（等效串聯電阻）的電容并聯濾波。⑦采用銅箔進行低感低阻配線。

⑧相鄰印制線之間不應有過長的平行線，走線盡量避免平行，采用垂直交叉方式，線寬不要突變，也不要突然拐角。禁止環形走線。

⑨濾波器的輸入和輸出線必須分開。禁止將開關電源的輸入線和輸出線捆扎在一起。對于輻射干擾主要應用密封屏蔽技術，在結構上實行電磁封閉，要求外殼各部分之間具有良好的電磁接觸，以保證電磁的連續性。目前為減少重量大都采用鋁合金外殼，但鋁合金導磁性能差，因而外殼需要鍍一層鎳或噴涂導電漆，內壁貼覆高導磁率的屏蔽材料。外殼永久連接處用導電膠粘牢或采用連續焊縫結構，需拆卸的可以用導電橡膠條壓緊來保證電磁連續性。導電材料要求導電性能高、有彈性、具有最小的寬厚比。4 電源設備可靠性熱設計

除了電應力之外，溫度是影響設備可靠性最重要的因素。電源設備內部的溫升將導致元器件的失效，當溫度超過一定值時，失效率將呈指數規律增加，溫度超過極限值時將導致元器件失效。國外統計資料表明電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10％；溫升50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。需要在技術上采取措施限制機箱及元器件的溫升，這就是熱設計。熱設計的原則，一是減少發熱量，即選用更優的控制方式和技術，如移相控制技術、同步整流技術等，另外就是選用低功耗的器件，減少發熱器件的數目，加大加粗印制線的寬度，提高電源的效率。二是加強散熱，即利用傳導、輻射、對流技術將熱量轉移，這包括采用散熱器、風冷(自然對流和強迫風冷)、液冷(水、油)、熱電致冷、熱管等方法。

強迫風冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上，但是要增加風機、風機電源、聯鎖裝置等，這不僅使設備的成本和復雜性增加，而且使系統的可靠性下降，另外還增加了噪聲和振動，因而在一般情況下應盡量采用自然冷卻，而不采用風冷、液冷之類的冷卻方式。在元器件布局時，應將發熱器件安放在下風位置或在印制板的上部，散熱器采用氧化發黑工藝處理，以提高輻射率，不允許用黑漆涂覆。噴涂三防漆后會影響散熱效果，需要適當加大裕量。散熱器安裝器件的平面要求光滑平整，一般在接觸面涂上硅脂以提高導熱率。變壓器和電感線圈應選用較粗的導線來抑制溫升。5 安全性設計

對于電源而言，安全性歷來被確定為最重要的性能之一，不安全的產品不但不能完成規定的功能，而且還有可能發生嚴重事故，造成機毀人亡的巨大損失。為保證產品具有相當高的安全性，必須進行安全性設計。電源產品安全性設計的內容主要是防止觸電和燒傷。

對于商用設備市場，具有代表性的安全標準有UL、CSA、VDE等，內容因用途而異，容許泄漏電流在0.5mA～5mA之間，我國軍用標準GJB1412規定的泄漏電流小于5mA。電源設備對地泄漏電流的大小取決于EMI濾波器電容Cy的容量，如圖2所示。從EMI濾波器角度出發電容Cy的容量越大越好，但從安全性角度出發電容Cy的容量越小越好，電容Cy的容量根據安全標準來決定。若電容Cx的安全性能欠佳，電網瞬態尖峰出現時可能被擊穿，它的擊穿雖然不危及人身安全，但會使濾波器喪失濾波功能。為了防止誤觸電，插頭座原則上產品端(非電源端)為針，電網端(電源端)為孔；電源設備之輸入端為針，輸出端為孔。

為了防止燒傷，對于可能與人體接觸的暴露部件(散熱器、機殼等)，當環境溫度為25℃時，其最高溫度不應超過60℃，面板和手動調節部分的最高溫度不超過50℃。6 三防設計

三防設計是指防潮設計、防鹽霧設計和防霉菌設計。

在設計時，對于密封有要求的元器件應采取密封措施；對于不可修復的組合裝置可采用環氧樹脂灌封；所用元器件、原材料的吸濕度應較小，不得使用含有棉、麻、絲等易霉制品；對密封機箱、機柜應設置防護網，以防昆蟲和嚙齒動物進入；直接暴露在大氣中裝置的外頂部不應采用凹陷結構，避免積水導致腐蝕；可以選用耐蝕材料，再通過鍍、涂或化學處理使電子設備及其零部件的表面覆蓋一層金屬或非金屬保護膜，隔離周圍介質；在結構上采用密封或半密封形式來隔絕外部不利環境；對印制板及組件表面涂覆專用的三防清漆可以有效地避免導線之間的電暈、擊穿，提高電源的可靠性；電感、變壓器應進行浸漆、端封，以防潮氣進入引發短路事故。7 結語

以上建議只適用于軍用電源，對于商用和工業用產品可以在某些方面作出不同的選擇。總之，電源設備可靠性的高低，不僅與電氣設計，而且同元器件、結構、裝配、工藝、加工質量等方面有關。可靠性是以設計為基礎，在實際工程應用上，還應通過各種試驗取得反饋數據來完善設計，進一步提高電源的可靠性。