第一篇：變電站直流高頻開關電源的檢測與驗收

變電站直流高頻開關電源的檢測與驗收

摘要： 直流系統可靠與否直接關系到電網的安全，隨著高頻開關直流電源系統大量使用，該種電源系統的建成投運驗收交接和運行檢測、檢查，已顯得極為重要，從柜體、元器件外觀的檢查、整套系統電氣技術參數檢測都必須嚴格進行，并根據不同的目的進行相應項目的檢查，運行中更應定期檢查，及時發現存在的隱患，保證其在規定的參數下運行，以提高電池的服役年限。

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.關鍵詞： 變電站；直流高頻開關電源；檢測；驗收

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

中圖分類號：TM64 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）11-0256-02

0 引言

直流系統是變電站的操作電源，近年來，高頻電源開關逐漸取代相控電源和磁放大充電設備，成為電力系統變電站直流系統的主要充電設備，其運行水平直接關系到變電站的安全運行，因此，高頻開關直流電源系統的交接必須進行嚴格檢測和驗收，運行中也應定期的檢測和試驗，及時發現存在的隱患，同時，保證其在規定的參數下運行，以提高電池的服役年限，下面我們就高頻開關直流充電電源設備的檢測項目和方法進行說明。一般外觀檢查

1.1 柜體檢查

①柜體保護接地可靠，接地處無銹銹蝕有明顯標志。

②門必須能靈活開閉，開啟角超過90°。

③門鎖可靠。用多股軟銅線連接門和柜體。

④緊固連接結實、牢固。

1.2 元器件檢查

①直流回路未使用交流空氣斷路器；其配合應符合規定，滿足動作選擇性的要求。

②導線、指示燈、按鈕、行線槽、等排列整齊，無損壞、過熱和變形。

③直流電源系統設備使用的測量表計指示準確。

④直流空氣斷路器、熔斷器上下級應大于二級的配合級差，且要達到動作選擇性的指標。

⑤同類元器件應接觸可靠、插拔方便。插接件的接觸可靠。

1.3 電氣間隙、爬電距離

參照表1所示參數設計柜體兩帶電導體之間、帶電導體與裸露的不帶電導體之間的最小距離。直流充電電源設備的現場檢測項目

①絕緣電阻測量；

②工頻耐壓試驗（有條件進行）；

③電壓調整功能試驗；

④穩流精度試驗；

⑤穩壓精度試驗、紋波系數試驗；

⑥并機均流試驗；

⑦限流及限壓特性試驗；

⑧保護及報警功能試驗；

⑨控制程序試驗；

⑩顯示及檢測功能試驗；

{11}三遙功能試驗。高頻電源開關設備的檢測方法和標準

3.1 絕緣電阻測量

①用1000V兆歐表測量被測部位。

②柜內直流匯流排和電壓小母線，當除此以外的連接支路全部斷開時，要求對地絕緣電阻至少達到10MΩ。

③蓄電池組的絕緣電阻，見表2。

3.2 工頻耐壓試驗

如果時間充裕，現場條件允許，建議進行工頻耐壓試驗。用工頻耐壓試驗裝置對柜內各帶電回路，參照表3所示參數，對其施加工作電壓，并持壓1分鐘。若不出現絕緣擊穿、閃絡等缺陷，則認定試驗合格。

3.3 電壓調整功能試驗

直流電源柜內一般裝有調壓裝置，必須對該裝置進行手動調壓和自動調壓試驗。

3.4 高頻開關穩流精度試驗

①充電（穩流）電壓的調節范圍詳見表4。

②高頻開關穩流精度試驗。

維持充電（穩流）狀態下的充電裝置，交流輸入電壓的變動范圍基本維持在額定值的+15%，-10%之間；輸出電流也基本恒定在額定值20%～100%范圍內的某一數值上，穩流精度？燮±1%；輸出電壓的變動范圍也始終不超過充電電壓的調節范圍內，并且用δI=（Im-Iz）/Iz×100%計算穩流精度。

式中： Iz表示輸出電流整定值，Im表示輸出電流波動極限值，δI表示穩流精度。

3.5 穩壓精度試驗與紋波系數試驗

①浮充電電壓調節范圍：充電裝置的浮充電電壓調節范圍詳見表4。

②試驗要求。

處于浮充電（穩壓）狀態的充電裝置，交流輸入電壓的變動范圍基本維持在額定值的+15%，-10%之間，輸出電流的浮動范圍也不超出其額定值的0%～100%的范圍，輸出電壓在基本恒定在其浮充電電壓調節范圍內的任一數值上，穩壓精度？燮±0.5%，測得電阻性負載兩端的紋波系數？燮0.5%。

穩壓精度計算公式：

δu=（Um-Uz）/Uz×100%

紋波系數計算公式：

δ=（Uf-Uq）/2Up×100%

各字母所對應的參數如表5所示。

3.6 高頻開關電源模塊并機均流試驗

將設備所有模塊的輸出電壓均整定在浮充電電壓調節范圍內同一數值上，所有模塊全部投入，在浮充電（穩壓）狀態下運行。設模塊總數為n+1，模塊輸出額定電流Ie。

在設備輸出電流為50%額定值[50%×Ie（n+1）]和額定值Ie（n+1）的負載條件下，分別測量各模塊輸出電流，并通過下式計算相應的均流不平衡度。

均流不平衡度=（模塊輸出電流極限值-模塊輸出電流平均值）/模塊的額定電流值×100%

3.7 限流及限壓特性試驗

使充電裝置分別在浮充電（穩壓）狀態與（恒流）充電狀態下運行，通過調整負載，測試裝置的限流及限壓特性。試驗參數詳見表4。

3.8 保護及報警功能試驗

按產品技術條件設定設備的保護及報警動作值。調整所需參數值，人為模擬各種故障，設備的保護和報警動作值及保護和報警動作方式，應符合以下標準。

①絕緣監察裝置（詳見表6）。

②電壓監察要求。

基本要求：1）過壓繼電器電壓返回系數？叟0.95；2）欠壓繼電器電壓返回系數？燮1.05。從設備的電壓監察裝置配的儀表直讀數值。

③閃光報警要求。

當設備可設有閃光信號裝置的，可以使用試驗按鈕檢查動作正確與否。

④故障報警要求。

當交流電源失壓（包括斷相）、充電裝置故障、絕緣監察裝置故障或蓄電池組等熔斷器熔斷時，設備應能可靠發出報警信號。

3.9 監控裝置控制程序試驗、監控裝置顯示及檢測功能試驗、三遙功能試驗監控裝置控制程序試驗包括充電程序、長期運行程序和交流中斷程序的試驗。監控裝置顯示及檢測功能試驗需要人為模擬故障，使設備自動預警，檢查其動作值、設定值是否達到相關技術標準。三遙功能試驗涉及遙信試驗、遙測試驗和遙控試驗三項內容。應該嚴格按技術規程操作，確保試驗數據可靠。

參考文獻：

[1]直流電源系統技術標準[S].國家電網公司.[2]直流電源系統檢修規范[S].國家電網公司.[3]直流電源系統運行規范[S].國家電網公司.

第二篇：智能高頻開關電源在變電站直流系統改造中應用

智能高頻開關電源在變電站直流系統改造中應用

1直流系統改造的目的和必要性

變電站內的繼電保護、自動裝置、信號裝置、事故照明和電氣設備的遠距離操作，一般采取直流電源，所以直流電源的輸出質量及可靠性直接關系到變電站的安全運行和平穩供電。變電站的直流系統被人們稱為變電站的“心臟”，可見它在變電站中是多么的重要。中原油田的電力系統始建于上世紀70年代末，因受當時技術條件的限制，陸續建起的變電站直流系統設備有的為硅整流電容補償直流電源，有的為帶有鉛酸蓄電池的KGCA—50/98～360、KGCFA—75/200～360型硅整流直流電源，有的為BZGN—20/220型鎘鎳電池直流屏。部分投運較早、運行時間較長的變電站直流設備老化嚴重，給變電站的安全、可靠運行帶來了嚴重的威脅。如某110kV變電站就曾因直流系統故障，造成越級跳閘，導致全站失電的惡性事故。其它各站雖未發生大的事故，總因直流系統經常發生問題，缺陷較多，有的缺陷無法處理，致使直流系統長期處于“帶病”運行狀態，導致給用戶無法正常供電。

隨著電力工業的迅速發展，為提高電網的供電質量，使電網安全、經濟運行，并實現電力系統的自動化，從而對電力控制系統的關鍵設備—控制電源的要求也越來越高。而原來的直流設備均采取傳統的相控電源，效率低、紋波系數大，在電磁輻射、熱輻射、噪聲等方面都不盡人意。另外，監控系統不完善，采取1＋1備份方式，對二次電路越來越先進的儀器儀表、控制、自動化設備很難滿足其技術要求。此外由于相控電源浮充電壓易波動，會出現蓄電池脈動充放電現象，對免維護蓄電池損害極大，影響電池壽命。加之其它設備改造和新設備的投入，原來的相控電源已遠遠不能滿足中原油田電力系統的需要，急需進行改造更換，才能保證電氣設備的安全運行和平穩供電。而智能高頻開關電源由于其體積小，重量輕，技術指標優越，模塊化設計，N＋1熱備份方式，便于“四遙”等優點，已在諸多領域得到廣泛應用。上世紀90年代以后，國外先進工業國家新建或改造電廠和變電站已全部采用高頻開關電源，其蓄電池亦全部采用免維護蓄電池。為了實現中原油田電網設備達到同行業先進水平的目標，根據電網實際情況，直流系統設備改造采用目前先進的智能高頻開關電源系統。2智能高頻開關電源系統的性能特點

為了保證智能高頻開關電源系統的質量，我們組織了多名技術人員對多個生產廠家進行了考察，了解廠家的生產工藝、規模和實驗測試手段等情況，經過“貨比三家”后，技術改造決定使用GZDW—200/220型操作電源。它是專為電力系統研制開發的新型“四遙”高頻開關電源，采取高頻軟開關技術，模塊化設計，輸出標稱電壓為220V，配有標準RS?232接口，易于與自動化系統對接，適用于各類變電站、發電廠和水電站使用。此設備有下列性能特點： 1）模塊化設計，N＋1熱備，可平滑擴容。

2）監控功能完善，高智能化，采取大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警。

3）監控系統配有標準RS?232接口，方便接入自動化系統，實施“四遙”及無人值守。

4）對蓄電池自動管理及自動維護保養，實時監測蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動控制均、浮充以及定期維護性均充。5）具有電池溫度補償功能。6）模塊可帶電插拔，更換安全方便。

7）降壓方式采取新型高頻軟開關無級雙向調壓，摒棄傳統硅堆降壓方式，輸出電壓精度高，動態響應速度快。8）采用最新軟開關電源技術，采用進口器件。3智能高頻開關電源系統的組成及各部分作用 智能高頻開關電源系統由交流配電，絕緣檢測，監控模塊、整流模塊、調壓模塊，直流饋電等組成。系統工作原理框圖如圖1所示。

交流配電為系統提供三相交流電源，監測三相電壓、電流及接觸器狀態；判斷交流輸入是否滿足系統要求，在交流輸入出現過壓、欠壓、不平衡時自動切斷有故障的一路，并切換到另一路供電，系統發出聲光告警。裝有每相通流量40kA、響應速度為25μs的三相避雷器，能有效地防止雷擊對設備造成的損壞。

絕緣監測采用進口非接觸式直流微電流傳感器，利用正負母線對地的接地電阻產生的漏電流，來測量母線對地的接地電阻大小，從而判斷母線的接地故障。這一技術無須在母線上疊加任何信號，對直流母線供電不會有任何不良影響，徹底根除由直流母線對地電容所引起的誤判和漏判，對于微機接地監測技術是一重要突破。

監控模塊是整個直流系統的控制、管理核心，其主要任務是對系統中各功能單元和蓄電池進行長期自動監測，獲取系統中的各種運行參數和狀態，根據測量數據及運行狀態實時進行處理，并以此為依據對系統進行控制，實現電源系統的全自動精確管理，從而提高電源系統的可靠性，保證其工作的連續性、安全性和可靠性。具有“遙測、遙信、遙控、遙調”四遙功能，配有標準RS?232接口，方便納入電站自動化系統。

整流模塊為合閘母線、控制母線提供正常的負荷電流，本身具有LCD漢字顯示、操作鍵盤，模塊工作狀態和工作參數一目了然，可以帶電插拔，具有軟件較準，自主均流、ZVS軟開關技術。

調壓模塊無論合閘母線電壓如何變化，輸出電壓都被穩定控制在220（1±0.5％）V，具有帶電拔插技術、軟開關技術和雙向調壓特性。

直流饋電設有控制輸出、合閘輸出、電池輸入、閃光、事故照明、48V電源輸出等。控制母線有三種途徑供電，確保控制母線供電安全可靠。配有智能直流監控單元，可測量母線電壓、電流及開關狀態等。電池巡檢儀對電池電壓進行實時監測，將信息及時反饋到監控模塊。

蓄電池全密閉、免維護、無污染、無腐蝕，任何方向可放置使用，使用溫度范圍寬（－40℃～60℃）；深放電至零伏，24h內充電可恢復；可大電流放電，起動電流大，自放電率極低，具有安全防爆排氣系統，是理想的操作、控制不間斷電源。4直流系統設備改造中改進的問題 1）改進了新設備直流饋出線部分的不合理布置。為節省投資，我們利用原來直流系統的控制、信號及合閘電路的出線，但與新設備饋出線的位置及大小都不相適應，為此，我們對新設備直流饋出線部分按現場實際情況進行了改造，使安裝更加容易，布線更為合理，運行更加可靠。2）添加了蓄電池的放電電路。

3）結合中原油田電網實際，對設備出廠時參數設置的不適應之處進行了改變，保證設備運行后更加可靠。

4）對閃光繼電器等電氣元件安裝位置進行了調整。原元件安裝位置不盡合理，損壞后不便維護、更換，改造后的位置便于維護，省時省力。

5）對模塊監控單元、直流監控單元、交流監控單元進行了改進，增加了防護蓋以防短路、灰塵進入等。5智能高頻開關電源系統應用情況

改造后的直流系統設備經過兩年來的運行，技術指標合理，各項參數顯示正確，操作方便、直觀，自動化程度高，維護工作量大幅度減少，設備保護功能齊全，能可靠動作。反映故障及時且準確無誤，對電池能自動管理無須專人維護，設備運行穩定可靠，從未發生影響正常供電的現象。

改造后的直流系統與原來的直流系統相比較，性能穩定，精度高，安全、可靠，保證了油田的油氣生產，居民生活及醫院、道路等的用電，降低了噪音，改善了值班人員的工作環境，確保了變電設備安全可靠運行，產生了明顯的經濟效益和社會效益，主要體現在以下幾個方面：

1）原來的相控電源紋波系數大，其輸出含有的交流成份較大。尤其是趙村變電所最為明顯，交流成份含量更高，對二次設備影響最大，造成二次設備誤動、損壞、甚至有的設備無法正常工作。而改造后的智能高頻開關電源紋波系數很小，輸出特別穩定。2）原來的相控電源采用硅堆調壓，硅降壓響應速度慢，反應時間為幾十毫秒，輸入電壓突變時在輸出上會產生很大的沖擊，因沖擊不穩定而易燒壞二次設備。而改造后的高頻開關電源采用無級調壓方式，響應速度快，輸入電壓突變時，模塊在200μs內調整完成，過沖小于5％。

3）原來的相控電源充電機、浮充機等噪音較大，且無降溫措施，有的變電站浮充機發熱嚴重。而改造后的智能高頻開關電源噪音小，模塊采用優質風機降溫，保證了模塊元器件正常工作，使值班人員的工作環境大大改善。

4）原來用的是鉛酸電池或鎘鎳電池，既需要專門設置蓄電池工進行維護、保養，還需要配備維護電池用的有關容器、儀表、原料、蒸餾鍋、蒸餾水等。而改造后用的是美國“理士”免維護電池，平時不需要進行一系列的維護工作，減少了人力物力。5）原來的相控電源功率因數低，一般在0.7以下，效率在60％左右，而改造后的智能高頻開關電源功率因數達0.9以上，效率高達94％以上。

6）原來的相控電源經常出現故障，有時因無法操作送電而造成原油生產損失，如1997年9月23日某110kV變電所因直流系統故障造成越級跳閘，全站失電，燒毀35kV線路3公里，其經濟損失高達400多萬元；近幾年直流系統經常出現各種故障給油氣生產造成了很大的損失，同時也給居民用戶生活帶來不便、給工業用戶帶來巨大的經濟損失。而改造成智能高頻開關電源后，直流系統至今未發生任何事故，供電更加可靠。

7）改造后的智能高頻開關電源具有48V電源出口，為變電站的通訊網絡等提供了電源，不必另外購置專門的48V電源，減少了設備的投資和占用空間。

8）改造后的控制母線有下述三種途徑供電，確保了控制母線供電安全可靠，做到了萬無一失。——在交流電正常時，控制母線可由整流模塊直接供電； ——在交流失電時，由降壓模塊供電；

——從電池90％電壓處通過二極管供電到控制母線。6結語

由于改造后的智能高頻開關電源系統性能穩定，精度高，安全、可靠性更強，創新點多，收到了良好的效果，取得了明顯的社會和經濟效益，為中原油田的油氣生產及其它負荷提供了可靠的電力保障。同時也為變電站實現自動化奠定了基礎。

第三篇：《220kv變電站直流系統》

220kv變電站直流系統

目錄

1.什么是變電站的直流系統

2.變電站直流系統的配置與維護

3.直流系統接地故障探討

4.怎樣提高變電站直流系統供電可靠性

5.如何有效利用其資源

1.什么是變電站的直流系統

變電所是電力系統中對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所。變電站內的繼電保護、自動裝置、信號裝置、事故照明和電氣設備的遠距離操作,一般都采取直流電源,所以直流電源的輸出質量及可靠性直接關系到變電站的安全運行和平穩供電。變電站的直流系統被人們稱為變電站的“心臟”,可見它在變電站中是多么的重要。直流系統在變電站中為控制、信號、繼電保護、自動裝置及事故照明等提供可靠的直流電源。它還為操作提供可靠的操作電源。直流系統的可靠與否，對變電站的安全運行起著至關重要的作用，是變電站安全運行的保證。

（1）220kv變電站直流母線基本要求： 蓄電池組、充電機和直流母線

1．設立兩組蓄電池，每組蓄電池容量均按單組電池可為整個變電站直流系統供電考慮。

2.設兩個工作整流裝置和一個備用整流裝置，供充電及浮充之用，備用整流裝置可在任一臺工作整流裝置故障退出工作時，切換替代其工作。

3．直流屏上設兩段直流母線，兩段直流母線之間有分段開關。正常情況下，兩段直流母線分列運行，兩組蓄電池和兩個整流裝置分別接于一段直流母線上。

4．具有電磁合閘機構斷路器的變電站，直流屏上還應設置兩段合閘

母線。

5． 220kV系統設兩面直流分電屏。分電屏Ⅰ內設1組控制小母線（KMⅠ）、1組保護小母線（BMⅠ）；分電屏Ⅱ內設1組控制小母線（KMⅡ）、1組保護小母線（BMⅡ）。

6． 110kV系統設1面直流分電屏，屏內設1組控制小母線（KM）、1組保護小母線（BM）。

7． 10kV/35kV系統的繼電保護屏集中安裝在控制室或保護小間的情況下，在控制室或保護小間設1面直流分電屏。8． 信號系統用電源從直流饋線屏獨立引出。

9． 中央信號系統的事故信號系統、預告信號系統直流電源分開設置 10． 每組信號系統直流電源經獨立的兩組饋線、可由兩組直流系統的兩段直流母線任意一段供電。

11． 斷路器控制回路斷線信號、事故信號系統失電信號接入預告信號系統；預告信號系統失電信號接入控制系統的有關監視回路。12． 事故音響小母線的各分路啟動電源應取自事故信號系統電源；預告信號小母線的各分路啟動電源應取自預告信號系統電源。13． 公用測控、網絡柜、遠動柜、保護故障信息管理柜、調度數據網和UPS的直流電源從直流饋線屏直接饋出。（2）、直流系統運行一般規定：

(1)、220Kv變電站一般采用單母線分段接線方式，110Kv變電站一般采用單母線接線方式。直流成環回路兩個供電開關只允許合一個，因為母聯開關在斷開時，若兩個開關全在合位就充當母聯開關，其開關

容量小，線型面積小，又不符合分段運行的規定。直流成環回路分段開關的物理位置要清楚，需要成環時應先合上母聯開關再斷開直流屏上的另一個饋線開關。

(2)、每段直流饋線母線不能沒有蓄電池供電。(3)、充電機不能并列運行。

(4)、正常情況下，母聯開關應在斷開位置。(5)、絕緣檢查裝置、電壓檢查裝置始終在運行狀態。(6)、投入充電機時先從交流再到直流。停電時順序相反。

（7）、母線并列時首先斷開一臺充電機，投入母聯開關，在斷開檢修蓄電池。

（8）、母線由并列轉入分段時首先合上檢修蓄電池，斷開母聯開關，再投入充電機。

2.變電站直流系統的配置與維護

A：配置

220kV變電站直流系統設計依據是DL／ T5044—95《火力發電廠、變電所直流系統設計技術規定》，本規定適用于采用固定型防酸式鉛蓄電池。

一、要求220kV變電站具備高可靠性直流電源的原因：

1．1 部分變電站建設規模為主變容量3X 150MVA或3X180MVA，且為樞紐站。

1．2 220kV變電站主保護亦實現雙重化，采用兩套不同原理、不

同廠家裝置；斷路器跳閘回路雙重化；且均要求取自不同直流電源。

1．3 線路的兩套縱聯差動保護、主變壓器的主保護和后備保護均分別由獨立的直流熔斷器供電。

1．4 所有獨立的保護裝置都必須設有直流電源故障的自動告警回路。

1．5 變電站綜合自動化水平提高，監控系統高可靠運行要求。

二、目前單組蓄電池運行、維護存在的主要問題：

2．1 事實證明：要掌握蓄電池運行狀態，做到心中有底、運行可靠，必須進行全容量核對試驗；然而直流系統配置一組蓄電池，給運行維護造成了極大困難。

2．2 現有220kV變電站蓄電池只對蓄電池組進行部分容量試驗，檢測出損壞嚴重的蓄電池；因進行全容量試驗工作繁瑣因難，部分單位回避容量試驗，而不能完全掌握蓄電池的實際運行狀態。

2．3 就對各發供電單位已運行的各型式蓄電池統計表明，使用壽命一般為7年到10年；且這期間尚需對個別落后電池維護處理才能夠保證整組蓄電池使用年限。對于僅一組蓄電池而言，整個更換期間同樣要承擔風險運行。

2．4 蓄電池組由106只-108只(無端電池)或118只一12O只(有端電池)單體電池串聯組成，若其中一只電池容量下降后，則表現為內阻增大、嚴重者相當于開路．也就是說：一只電池損壞，禍及整組電池不能發揮作用。目前檢測的最佳方法是將浮充機停運，直流負荷由蓄電池組供電；對于僅有一組蓄電他的直流系統，若存在有開路情

況．則造成全站失去直流。

2．5 整流設備的好壞也影響蓄電池的壽命。新近入網交流整流設備，雖然具有充電、均衡充電、浮充電自動轉換功能，但功能還不完善。如浮充電缺少溫度補償，溫度低時充電容量不足、溫度高時容易過充電，造成電池漏液鼓肚現象，缺乏單體電池端電壓測量，當有2—3只電池充容量不足不能發現時就影響整組電池壽命。

2．6 近2—3年間投運的變電站蓄電池大多采用全密封閥控式鉛酸電池，因不能象原固定防酸式鉛酸蓄電池正常遠行中能夠通過測單體電池電壓、量其比重、觀其外觀而綜合分析判斷電池運行狀態。其日常僅能靠測量單體電池進行監視，運行狀態好壞難以充分把握。2．7 對蓄電池容量的在線監測現在仍是一大難題。對閥控式全密封蓄電池能否依據某—指標數據判斷或多項指標數據綜合判斷運行狀態尚處于探索時期。

220kV變電站直流系統配置兩組電池的必要性及優點

3．1 正在編寫制訂的《閥控式鉛酸蓄電池運行、維護導則》國家標準，明確要求蓄電池必須進行容量試驗。

3．2 220kv變電站內通信用直流系統按有關規定均配置二組48V蓄電池。而220kV變電站控制、保護、信號、安全自動裝置等負荷同樣需要高可靠的直流系統。

3.3 由于單組蓄電池不能很好的滿足22kV變電站運行可靠性要求，且運行維護困難,故此 220kV變電站直流系統配置兩組蓄電池是必要的。

3.4 220kV變電站直流系統配置兩組蓄電池，完全滿足運行要求，并符合部局有關繼電保護反措對直流供電的要求，采用該系統對增加控制保護設備運行的可靠性有較重要的意義。

3．5 220kV變電站配置兩組全容量蓄電池組或兩組半容量蓄電池組后，從簡化母線結構、減少設備造價、節約能源、避免降壓裝置故障開路造成母線失壓，擴大為電網穩定事故和更大設備事故出發，可考慮直流動力，控制母線合一，去掉端電池及調壓裝置，使直流系統進一步簡化、可靠。

220kV變電站直流系統配置兩組蓄電池方案

4．1 為了保證兩組蓄電池能夠獨立工作，相互間不影響，保持自身特性，采取不完全并聯運行方式，即兩組蓄電池充、放電獨立，相互間不互充放。

4．2 根據變電站的建設規模、負荷地位和負荷水平，可選擇采用下列不同的配置方案：

4．2．1 采用兩組全容量蓄電池組、三臺充電機、直流負荷母線分段接線。此方案是完備的方案，在各種運行方式下，能夠保證提供可靠直流電源。

4．2．2 采用兩組全容量蓄電池組、二臺充電機、直流負荷母線分段接線。

4．2．3 為進一步降低工程費用，可采用兩組半容量蓄電池不完全并聯運行，配置二臺充電機，直流母線分段。結束語：

直流系統是變電站二次設備的生命線，直流系統故障就有可能影響到電網穩定和設備安全。根據現在220kV變電站對直流電源可靠性要求進一步提高，及蓄電池運行、維護的需要，并考慮220kV變電站直流系統網絡與蓄電池直流電源可靠性匹配要求，220kV變電站直流系統應配置兩組蓄電池，雖在經濟上多投入，但其運行可靠性卻得到了大幅度提高，且運行方式靈活、維護簡便。

B:維護

電力直流系統的維護現狀:

現在的變電站一般都是無人值守的,智能高頻開關直流電源系統可通過監控串口與變電站后臺的監控實現通訊,可在調度端實現對直流系統的“三遙”.運行人員或專職直流維護人員定期對直流設備進行一般性的清掃、日常檢查等工作.對充電設備只進行巡檢,對蓄電池組進行日常維護和放電核對容量.。

.220KV設兩組蓄電池,110KV一般裝設一組蓄電池,在有條件時220KV最好裝設兩組蓄電池,因為220KV的繼電保護裝置是雙重化的,從電流互感器二次側到斷路器跳閘線圈都是雙重化,因此,直流系統也宜相應的設置兩組,分別對兩套保護及跳閘線圈供電,以利系統安全運行.。

在正常運行情況下,變電站的二次設備只需由充電模塊來供電就行了.現有的變電站,斷路器一般有電磁合閘方式和儲能合閘方式兩種.在電磁式斷路器進行合閘操作時,要求直流電源能提供瞬時的合閘電流(20~200ms內提供數百安培的大電流),顯然僅由充電模塊來供電是

遠遠不夠的,這時蓄電池組就發揮了重要的作用,它能無間斷地提供大電流,保證斷路器的正常合閘,這也是直流系統為什么要有合閘母線的原因了.在儲能合閘方式下,合閘電流遠小于充電模塊的額定輸出電流,不用蓄電池來合閘.現在新建的變電站一般都是這種儲能式的斷路器,這時直流系統也就可以不要合閘母線。

當電網發生事故時,必然使交流輸入電壓下降,當充電模塊不能正常工作時,蓄電池無間斷的向直流母線送電,毫不影響直流電源屏的對外功能,保證二次設備和斷路器的正確動作,確保電網的安全運行.而作為最后保障的蓄電池,如果其容量的不足將會產生嚴重后果.所以,蓄電池的重要性就可想而之了,其維護一直是最為重要的問題.。

電池巡檢儀作為在線監測裝置,可實時發現落后或故障電池,并可檢測電池組的溫度是否處于正常范圍內,但直流系統工作時輸出電流較小,電池容量的不足或漏液、破損很難通過電池巡檢儀發現,而電池內阻和電池容量的在線測試,準確度依舊不高,其測量精度和可靠程度通常只用于定性分析.所以還是需要運行人員或專職直流維護人員對蓄電池進行定期巡視。

由于電池品牌、型號及電池狀況的不同,應根據實際情況通過監控模塊重新調整電池充電參數,以保證電池處于良好工作狀態.蓄電池壽命一般為8~ 10年左右,影響蓄電池壽命的主要因素有:

1、過放電;

2、充電壓設置不合理,充電電流過大或過小;

3、充電設備的性能超標;

4、溫度。

所以,我們不但要定期對蓄電池組做放電實驗,還要定期測試充電

設備的穩壓精度、穩流精度及紋波系數、充電機效率等性能參數。

3.直流系統接地故障探討

直流電源作為電力系統的重要組成部分，為一些重要常規負荷、繼電保護及自動裝置、遠動通訊裝置提供不間斷供電電源，并提供事故照明電源。直流系統發生一點接地，不會產生短路電流，則可繼續運行。但是必須及時查找接地點并盡快消除接地故障，否則當發生另一點接地時，就有可能引起信號裝置、繼電保護及自動裝置、斷路器的誤動作或拒絕動作，有可能造成直流電源短路，引起熔斷器熔斷，或快分電源開關斷開，使設備失去操作電源，引發電力系統嚴重故障乃至事故。因此，不允許直流系統在一點接地情況下長時間運行，必須加強在線監測，迅速查找并排除接地故障，杜絕因直流系統接地而引起的電力系統故障

1、直流系統接地查找一般原則

（1）、“直流接地”信號發出后，可通過直流屏監控器和絕緣檢查裝置找出接地支路號及接地狀態，支路號的排列大都是按直流饋線屏饋線開關從上至下或從左到右的順序，絕緣檢查裝置還可以顯示接地電阻（接地電阻小于15-20千歐時報警），判斷接地程度，可通過絕緣檢查開關判斷正對地、負對地電壓，判斷接地程度。有時絕緣檢查裝置判斷不出支路只報“直流母線接地”，此時有可能直流母線接地，也可能是支路接地。

（2）、直流接地信號發出后，必須停止二次回路上的工作，值班員應

詳細詢問情況，及時糾正修試人員的不規范行為。

（3）、利用萬用表測量正對地、負對地電壓，核對絕緣檢查裝置的準確性。萬用表必須是高內阻的，2000歐/伏，否則會造成另一點接地。（4）、試拉變電站事故照明回路。（5）、試拉檢修間直流電源回路。（6）、試拉380伏配電直流電源回路。（7）、試拉通訊遠動電源回路。（8）、解列蓄電池。（9）、解列充電機。

（10）、1段母線負荷倒至2段母線，判斷1段母線是否接地。（11）、使用接地查找儀對控制、保護、信號回路逐一查找。2．造成變電站直流系統接地的幾種原因：

（1）雷雨季節，室外端子箱或機構箱內潮濕積水導致直流二次回路中的正電源或負電源對地絕緣電阻下降，嚴重者可能到零，從而形成接地。

（2）部分型號手車開關的可動部分與固定部分的連接插頭或插座缺少可靠的絕緣隔離措施，手車來回移動導致其中導線破損，從而使直流回路與開關金屬部分相接觸，從而導致接地。

（3）部分直流系統已運行多年，二次設備絕緣老化、破損，極易出現接地現象。

（4）因施工工藝不嚴格，造成直流回路出現裸線、線頭接觸柜體等，引起接地。

3．查找接地故障的基本原則和方法：

（1）一般處理原則：根據現場運行方式、操作情況、氣候影響來判斷可能接地的地點，按照先室外后室內，先合閘后控制，由總電源到分路電源，逐步縮小范圍的原則，采取拉路尋找、處理的方法。應注意：切斷各專用直流回路的時間不要過長（一般不超過3秒鐘），不論回路接地與否均應合上。

（2）具體處理方法：首先，了解現場直流電源系統構成情況，通過直流系統絕緣監測裝置或接地試驗按鈕初步判斷是直流正極接地還是負極接地（以下假設絕緣監測可靠，并假設正接地）。然后，瞬時切除所有合閘電源開關，如接地信號消失，說明接地點在合閘回路，應對站內合閘回路用同樣方法拉合負荷開關或解除正電源端，進行分路檢查、判斷；如監測裝置仍報接地，則說明接地點在控制、信號等回路，則應進一步用同樣方法檢查直流屏、蓄電池柜及站內各保護屏、控制屏、信號屏及其控制回路。查明接地點屬于哪一輸出電源回路后，應迅速拉合接地回路的直流負荷開關或拔插回路內的正電源保險，并根據絕緣監測裝置報警情況判斷接地點在開關（保險）之前或之后。判斷清楚后，根據查出的范圍，迅速解除范圍內相關設備的正極端子，觀察報警信號，判斷接地點是否在這一部分設備內。然后繼續按照以上原則和方法，逐步縮小查找范圍，直至找出接地點。4．總結：

造成變電站直流系統接地的因素較多，為了較好的解決這一問題，在日常運行維護中還應視具體情況采取不同措施：

（1）嚴格二次設備施工工藝，發揮主觀能動性，減少接地故障的發生概率。如對室外端子箱、機構箱等加強密封，加裝防潮除濕設備或材料；對手車開關的活動部位采取措施提高其絕緣性能，如用絕緣材料包裹其線頭部分等，避免因其隨手車活動引起接地；對絕緣老化，已不能滿足對地絕緣電阻要求的控制電纜及有關二次設備及時更換。（2）加強斷路器、隔離開關、手車等一次設備的運行維護管理。嚴格斷路器、隔離開關等具有機械傳動部分設備的操作規程，避免因操作不合理造成接地故障。

（3）查找處理接地故障時嚴格遵守相關電氣設備檢修運行規程要求，并結合現場實際條件進行。禁止單人工作，禁止直流電源長時間停止運行（尤其在天氣條件不允許的情況下），拆除、恢復各端子、各開關的時間應盡可能短。

4.怎樣提高變電站直流系統供電可靠性 概述 ：

供電公司220KV及以下變電所的直流供電系統為環狀系統，若一個元件故障可能會引起整個系統的癱瘓，達不到電力系統的安全穩定的要求。而近兩年來，隨著電力系統的飛速發展，保護設備的增多，對直流系統可靠性和穩定性的要求越來越高，直流系統故障將嚴重影響到系統的安全穩定運行。針對這一問題我們進行了大量的調查與分析，并發現220KV及以下變電所的直流供

電系統存在：直流系統接線方式不合理；保護直流回路用交流斷路器；蓄電池和充電裝置數量都不符合要求。2 直流系統供電現狀：

直流系統事故后果嚴重，嚴重的可造成變電所直流系統全部停電，造成一次設備處在沒有保護和監視的不可控狀態，不能反應一次設備的故障，極易造成一次設備事故范圍的擴大，造成區域電網的大面積停電事故；經過調查發現，該局的變電所普遍采用環狀供電方式。環狀供電方式示意圖

環狀供電方式是指將兩個獨立的直流供電系統在其下一級直流支路中連接，當分支直流元件故障時，非故障母線將斷開供電回路，這樣擴大了直流故障范圍。嚴重時會使整個變電所處于無直流狀態下，對系統正常運行造成重大的安全威脅。同時我們對保護直流回路用的斷路器情況進行了統計(見表1)。

表1 各電壓等級變電所保護用直流斷路器配置情況調查表

交流斷路器作為直流電路的保護元件具有局限性。由于交流電流的電弧容易熄滅，故其斷路器的動靜觸點之間的開距小，不能達到拉弧作用，而直流瞬動電流是交流瞬動電流的1．4～2倍，因此在直流回路中斷路器不能可靠斷開，并且致使交流斷路器損壞，從而造成直流系統事故進一步擴大；通過上表我們看到直流系統中采用交流斷路器的二次設備占總設備數的2/3。

我們對2000年以來出現的直流供電系統的缺陷進行了分析，發現主要存在以下三個方面的問題：

1、直流供電支路故障造成變電所直流供電系統全部停電。

2、直流回路開關損壞嚴重。

3、蓄電池和充電裝置數量都不符合要求。3.完善直流系統供電方式：

3.1采取輻射狀供電方式，增加蓄電池和充電裝置數據

3.1.1 220KV及以上變電所應滿足兩組蓄電池，且兩套直流電源系統完全獨立，并設兩段獨立的保護電源小母線。3.1.2 各級直流母線分段開關正常運行時應斷開。

3.1.3 控制直流母線分為兩段，且控制直流母聯開關正常運行時應斷 15

開。

3.1.4 220KV設備雙套保護裝置的保護電源應取自不同的獨立直流電源系統，接在不同的保護電源小母線。

3.1.5如果斷路器只有一組跳閘線圈，失靈保護裝置電源和具有遠跳功能裝置的電源應與相對應的斷路器操作電源取自不同的直流電源系統。

3.2采用專用的直流斷路器

根據保險配置情況選購GM型(兩段保護)、GMB型(三段保護)系列直流斷路器，并進行直流斷路器的安秒特性及動作電流的檢驗，并繪制出三段式保護直流斷路器保護特性曲線：

Int-過載長延時斷路器起始動作值

Icu-斷路器極限短路分斷能力 Iop2-斷路器延時動作電流 lopl-短路瞬時斷路器動作電流

通過試驗發現G系列直流斷路器作為替代直流回路中的交流斷路器，具有良好的三段保護功能。

過載長延時保護：能在故障電流較小時，根據電流的大小進行反延時

動作，能防止線路電纜發熱進而造成絕緣破壞和起火。

短路短延保護：能夠防止越級動作帶來的事故擴大，保證故障電流僅僅由距離故障點最近的斷路器來切除，還可作為下一級保護的后備保護

短路瞬時保護：能夠在故障電流較大時瞬時切除故障回路，避免對設備及線路的動穩定性帶來較大的危害。結束語：

為防止和杜絕變電所直流系統事故，確保電網的安全穩定運行，我們對變電所的直流系統的不足做了進一步完善，消除了造成直流系統故障的安全隱患，進一步減小了變電所發生直流系統事故的可能性，在保證直流系統安全穩定運行的同時也保證了繼電保護及自動裝置的可靠運行。

5.如何有效利用其資源

變電所直流系統為繼電保護以及開關機構提供保護、信號、動力能源；變電所UPS為遠動、通訊、微機監控裝置提供不間斷的電源。

多年來，根據各變電所直流設備運行現狀，發現從設計、規劃、審批、運行、維護等環節存在管理弊端，不同程度地造成設備重復投資、資源浪費等現象。

近年來，隨著兩網改造，設備更新升級，變電所的繼電保護及其自動化使得當地監控、信息數據采集、計量等專業相互滲透。對于變電所直流系統，如在變電所直流系統電源保證安全可靠性的前提下，即直流系統蓄電池容量和絕緣水平滿足運行參數要求，變電所UPS實現集中配置(廢除UPS自帶蓄電池配置)是可行的。變電所交、直流電源運行

(1)所用電380/220V低壓系統：

變電所所用電380/220V系統電源的質量、可靠性較差。主要表現為：

①交流失電(全所失電、互投時間間隔長、暫態停電)；

②欠壓、過壓(一般變電所自備電源較高，末端所電壓不易調節，閃變)；

③電壓短時波動(如電氣化鐵路干擾，諧波畸變，電壓聚降、瞬變)；

④電壓三相不平衡(所內負載不平衡，中性線斷)；

⑤二次設備共模、差模超標(接地和泄露電流)等故障。

對于變電所的綜合自動化裝置、計算機監控、遠動裝置、信息數據采

集、微機保護、脈沖式電能表等采用靜態電路，設備對電壓質量及供電連續性要求較高。一旦計算機失電造成死機、遠動信息數據采集失電造成丟失數據、電源產生的問題等導致設備誤操作將造成更大的損失。

鑒于以上原因，許多變電所配置了UPS電源，但多見于分散配置，各成一體。

(2)變電所UPS不間斷電源：

變電所UPS不間斷電源，供給遠動自動化、信息數據采集、微機監控、電力通訊等電源。在許多變電所內，由于UPS維護不善造成蓄電池容量不足，交流斷電后，由于電壓過低而自動關機，使得設備電源中斷，不能正常工作。

(3)變電所直流系統：

變電所直流系統作為操作電源，供給斷路器分合閘及二次回路的儀器儀表、繼電保護、控制、事故照明及自動裝置電源。

近年來，接受以往事故教訓，專業人員在研討繼電保護反措和直流系統反措中，均提出了雙重化配置要求，對220kV變電所的直流系統進行了3＋2配置(三臺充電機、兩組蓄電池)單母分段互聯式接線改造。對繼電保護實現獨立保護、獨立電源，主保護的線路、變壓器、母線雙重化保護專用供電，實現保護裝置跳閘線圈雙重化，控制、保護電源分開。由兩套獨立(可相互備用)直流系統供電。

2改造目標 ：

通過對變電所直流系統實施技術改造，要求變電所直流系統的管

理水平、運行維護和設備健康水平均達到100％。同時，還要使變電所直流系統資源得以充分有效利用。

(1)目標制定：

①加強變電所直流系統運行維護管理。

②對直流系統為UPS提供電源可行性、安全性進行評估、計算，并付諸實施。應用后充分體現了UPS使用直流系統供電的優點。

③規范運行管理，有效利用直流系統。對于改造后的變電所，由生產技術部門協調歸口管理。

(2)可行性分析：

①體制管理：變電所直流系統就是為變電所繼電保護及其自動裝置服務的。但從變電所進行自動化實現四遙，改造變電所直流系統與UPS電源從設計、規劃、審批及體制管理上就分開了。直流設備由檢修專業班維護變電所直流系統，遠動通訊專業班則維護UPS不間斷電源。變電所運行人員一般只對直流系統做定期維護監測，而對于UPS電源形成無人維護。

②設備投資：變電所220kV以上及重要的110kV變電所直流系統雙重化3＋2配置后，完全可以滿足繼電保護及其自動裝置的參數要求。上級在此投資是原來設備的兩倍，而有些變電所還在設計安裝UPS不間斷電源單設蓄電池組。這無疑會造成重復投資浪費。

③絕緣要求：變電所直流系統與變電所通訊電源用直流電源運行方式不同，有可能造成變電所直流系統絕緣降低，影響系統穩定。對于遠動通訊電源應該區別對待，如通訊電源從變電所蓄電池抽頭現象必須

杜絕，但在絕緣要求滿足的前提條件下，完全可以集中配置蓄電池。實施方案 ：

(1)要求各專業分工明確，不留死角：

①歸口管理，直流專業不能單一只維護充電機、蓄電池組，還應考慮直流系統的完整性。如饋出回路輻射、環路完整、負荷分配、運行方式、接線方式、熔斷器及空氣開關級差配置、電壓質量、直流系統絕緣水平等，應滿足繼電保護及其自動裝置參數要求。

②對設計維護人員要求專業相互滲透。因為繼保、遠動、通訊、計量、直流專業就是電力系統及其自動化的各分支專業，所以各專業有必然的聯系。

③過去有些變電所通訊電源有在直流系統蓄電池中抽頭的現象，由于影響直流系統蓄電池內阻、容量，通過落實反措以及整改，已將這種方式消除。對于小容量的載波機以及通訊用計算機UPS，只要滿足絕緣要求，可以使用直流系統電源。對于大容量程控交換機、光纖通訊、微波通道，考慮到其獨立性以及使用蓄電池運行方式不同，通訊電源UPS設置自備電源。

(2)集中配置：

①變電所UPS使用變電所直流系統蓄電池，可以不用自配蓄電池組，這樣，可以節約自備電池以及占地空間，還可以避免重復維護。

②使用直流系統逆變電源，能夠防止所用電系統的暫態干擾進入負荷側。

③一般商用UPS自備電池，放電時間是在10～15min，時間短；工業

用UPS裝置自備電池放電在30min。采用直流系統蓄電池可以保證事故停電1h使用。

④利用直流系統容量優勢，全所集中配置UPS系統，并實現雙重化配置。交流電源使用所用電各段母線電源，直流電源分別使用直流系統各段電源(110kV以上無人值守變電所、較重要的樞紐變電所)。

(3)評估：

①雙重化3＋2配置后，蓄電池容量增加一倍，而保護自動裝置通過更換節能信號燈、節能光子牌，使電磁繼電器減少，相對負荷電流也減小，因而可使事故情況下蓄電池容量充足，完全能滿足規程要求的全所停電情況下，1h連續供電。

②變電所逐年改造使斷路器電磁機構基本退出，而更換成真空開關或彈簧、儲能機構以及液壓機構，其合閘動力電流減小，故對蓄電池事故放電能完全滿足瞬時放電曲線要求。

③對于小容量電力載波機、通訊設備只要運行方式不影響直流系統絕緣，可以經開關電源使用直流系統。

④直流系統饋出回路增加，勢必影響直流系統絕緣。其實從UPS電源原理上說，正常時UPS裝置使用交流，當交流回路失電后裝置自動投切直流電源，而投切回路已明確交流電源是接地回路，直流電源是絕緣回路。

⑤充電機容量：變電所充電機一般滿足“均充方式電流＋負荷電流＋冗余度”。對于UPS負荷：a)交流不間斷電源UPS是當交流失電后，自動切換直流電源的；b)有些進口UPS不設整流器而直接接直流母線,故在浮充、恒壓限流方式下能滿足新增負荷要求。結論 ：

實踐證明：有效利用變電所直流系統資源，對于電力運行維護、設備投資和環境保護都具有重要意義。今后，應當根據變電所電源的獨特性，對110kV及以上重要變電所、樞紐所、無人值守所以及綜合自動化變電所的所用電交流380/220V、直流系統220/110V、不間斷UPS電源統一考慮，集中配置，以滿足繼保、遠動、通訊等設備的電源要求。

第四篇：高壓直流開關電源的設計與實驗研究

引言

在國內，低壓通信電源較成熟，高壓開關電源尚處于研究階段。一般大功率直流開關電源輸入多采用220 V交流電網，為降低對電網的諧波污染，提高輸入端功率因數，一般要經過PFC級整流，然后將PFC級輸出電壓送入DC/DC級進行變換。但高壓直流開關電源輸出電壓較大，會對DC/DC級產生較大影響。

此處研制的高壓直流開關電源采用兩級變換裝置，前級220 V交流經過不控整流和APFC得到380 V穩定直流;后級選擇在初級加箝位二極管的改進型ZVS移相全橋變換器，經過變壓器變壓和隔離，采用全橋不控整流和LC濾波，最終得到精密的240 V直流輸出。設計了控制系統，選擇合理的參數提高開關電源性能，并通過實驗驗證了設計的可行性和有效性。主電路的設計

2.1 有源功率因數校正電路

APFC采用全控開關器件構成的開關電路對輸入電流波形進行控制，使輸入電流成為與電源電壓同相的正弦波，功率因數高達0.995,從而徹底解決了整流電路的諧波污染和功率因數低的問題。此處采用軟開關單相APFC,其主電路如圖1所示。

2.1.1 APFC軟開關電路

圖1中，為了讓主開關管VQ實現ZVS,引入了輔助開關管VQx,在每一次VQ需要進行狀態轉換前，先導通VQx,使輔助電路諧振，為VQ創造軟開關條件。VQ完成狀態轉換后，盡快關斷VQx,使輔助電路停止諧振，電路重新以常規PWM方式運行。

2.1.2 APFC軟開關諧振參數的選取

軟開關APFC電路中一個重要參數就是諧振電感L1.L1可由二極管VDR的反向恢復時間tVDR來估算，取諧振電感電流iL1上升時間tr=3tVD R,則最大電流上升率可確定為：

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

式中：ILmax為最大電感電流。

L1的表達式為：

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

式中：Uo為APFC輸出電壓。

實際選取L1=5μH.2.2 ZVS移相全橋變換器

ZVS移相全橋變換器充分利用主電路寄生參數，如開關器件的寄生電容、變壓器漏感和線路電感等來實現軟開關。DC/DC級選用初級加箝位二極管的改進型ZVS全橋變換器，如圖2所示。變換器在一個開關周期有18種開關模態，其工作波形如圖3所示。

2.2.1 移相全橋ZVS的實現

開關管零電壓關斷的原因是由于存在結電容，導致兩端電壓不能突變。零電壓開通則需要足夠的能量給將要開通的開關管結電容放電，給關斷的開關管結電容充電，同時還要抽走變壓器初級繞組中寄生電容CTR中的電荷。對于超前橋臂，該能量由諧振電感Lr和折算到初級的濾波電感Lf串聯共同提供，Lf很大，所以容易實現ZVS.而對于滯后橋臂，由于此時變壓器次級被短路，能量僅由Lr提供，所以滯后橋臂實現ZVS較困難。特別是負載很輕時，Lr中的能量不夠完成結電容的充放電轉換，滯后橋臂就不能實現ZVS.為滿足滯后橋臂的ZVS,必須使Lr取值較大。

2.2.2 次級占空比丟失問題

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次級占空比Ds小于初級占空比Dp,其差值即為次級占空比丟失，即Dlose=Dp-Ds.占空比丟失原因是初級電流ip由正向(或負向)變化到負向(或正向)，負載電流需要一段時間，即為圖3中的[t3~t6]和[t12~t15].在這段時間內，雖然初級有電壓，但ip不足以提供負載電流，次級整流管全部導通，變壓器初、次級短路，負載處于續流階段，整流輸出為零。這樣次級就丟失了[t3~t6]和[t12~t15]這兩段時間的方波電壓，它與開關周期Ts的比值即為Dloss,Dloss=(t3,6+t12,15)/Ts=2t3,6/Ts,其中t3,6=Lr[ILf(t3)-ILf(t6)/K]/Uin,則可得：

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

由式(3)可知，Dloss與Lr和iLf成正比，與Uin和變壓器變比K成反比。因此，Lr的值需權衡取值，既要在盡可能寬的范圍內保證軟開關，又不能太大，以免造成較大的占空比丟失。

2.2.3 諧振電感的選取

滯后橋臂要實現ZVS,Lr必須滿足：

式中：I為滯后開關管關斷時ip的大小;Coss為開關管在Uin時的輸出電容。

選擇在1/3負載以上實現滯后橋臂軟開關，要求輸出濾波電感電流的最大脈動量△ILf為最大輸出電流的20%,則：

I=(Io/3+△ILf/2)/K=4.09 A(5)

由式(4)可求出Lr>19μH,實際選擇20μH.2.2.4 次級整流橋輸出寄生振蕩的抑制

ZVS移相全橋變換器輸出整流二極管都未工作在軟開關狀態，存在反向恢復的過程。在輸出整流二極管換流時，Lr(包括變壓器漏感)和整流橋二極管的結電容及變壓器寄生電容之間會發生諧振，使整流橋輸出產生寄生振蕩和電壓尖峰。此處通過初級加箝位二極管來解決這一突出問題。為詳細說明箝位二極管的抑制作用，針對圖3中t∈[t7,t8]這一模態進行分析：在t7時刻，由于Lr與CVDR1和CVDR4諧振工作，使得兩者的電壓上升至Uin/K,此時uBC上升至Uin,C點電位變為零，箝位管VDVQ2導通，將uBC箝位在Uin,則CVDR1和CVDR4的電壓被箝位在Uin /K,防止其電壓繼續上升，從而消除了整流橋的振蕩尖峰和二極管反向恢復造成的損耗。此時，iLr=-I4,ip=iLr+iVDVQ2.到t8時刻，iVD VQ2線性下降至零，VDVQ2自然關斷，模態結束。

2.2.5 變壓器初級直流分量的抑制

實際電路中，開關管的開關速度或導通壓降不同或開關管的驅動信號不一致時，功率轉換電路便工作在不平衡狀態。此時磁通變化幅度不相同，工作區域將偏向一個象限，引起磁芯單向飽和并產生過大的ip,從而導致開關管的損壞，最終使變換器不能正常工作。為了讓全橋變換電路更可靠的工作，抑制變壓器初級電壓的直流分量采用變壓器初級串接隔直電容Cb.Cb和輸出濾波電感折算到初級的電感值形成串聯諧振網絡，諧振頻率表達式如下：

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折算到變壓器初級的濾波電感值LLf=K2Lf.為了盡可能讓Cb充放電呈線性化，fT必須遠小于變換器的開關頻率fs,取fr=0.1fs,由式(6)，LLf=K2Lf及fr=0.1fs可求得Cb=1.2μF,實際取兩個1μF/400 V的云母電容并聯。控制系統的設計

3.1 APFC控制方案

APFC控制采用平均電流法，系統框圖見圖4.采用電流、電壓雙閉環控制，電流環使輸入電流更接近正弦波，電壓環使APFC輸出電壓穩定。

此處通過APFC控制器UCC3818實現雙環控制，其輸出的PWM脈沖可直接驅動開關管。雙環調節器如圖5所示。

通過計算電壓、電流環增益和穿越頻率即可確定相應PI參數，實際設計參數為：Ru=56 kΩ，Cu1=3.3μF,Cu2=0.3μF,Ri=16 kΩ，Ci1 =Ci2=1.1 nF.3.2 ZVS全橋變換器控制方案

DC/DC級采用單電壓環控制模式，并在電壓環基礎上加上了限流環，正常情況下限流環不工作，只由電壓環控制輸出電壓，一旦輸出電流超過限流值，就由限流環工作，通過減小輸出電壓將輸出電流穩定在限流值上。該控制通過UCC3895芯片實現，控制系統框圖如圖6所示。

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選擇超前-滯后補償網絡實現控制，與一般滯后補償網絡相比，該網絡增加了微分環節，提高了控制系統的動態性能。具體環節如圖7所示。

補償網絡的傳遞函數Gc(s)={(1+sR2C1)[1+s(R1+R3)C3]}/{[sR1(C1+C2)][1+sR2C1C2/(C1+C2)](1+sR3C3)}.對ZVS移相全橋變換器進行小信號建模并采用零極點補償法對參數進行設計，實際所選參數為：R1=91 kΩ，R2=4.8 kΩ，R3=2 kΩ，C1= 0.1μF,C2=0.02μF,C3=1μF.實驗結果

為驗證高壓直流開關電源主電路結構和控制方案的可行性，研制了一臺2.4 kW的實驗樣機。主要電路參數：APFC部分為交流220 V輸入，輸出直流電壓380 V:ZVS全橋變換器部分，輸出直流電壓240 V,輸出電流10 A,主功率開關管VQ1~VQ4為IXFX48N60P(48 A/600 V);輸出整流二極管VDR1~VDR4為DSEI30-10A,箝位二極管VDs1和VDs2為DSEI30-06A,變壓器初次級匝比為1.06,輸出濾波電感Lf=300μH,輸出濾波電容值Cf=56μFx8,開關頻率fs=80 kHz.圖8a為APFC主開關管在1/3負載時波形，其實現了軟開關。圖8b為APFC輸出電壓突加半載時的波形，由圖可知，其性能較好。由1/3負載下所測波形可知，超前、滯后橋臂實現了ZVS.由(半載)變壓器次級及整流橋輸出電壓波形可知，不加箝位二極管電壓尖峰超過正常值兩倍以上，添加箝位二極管后電壓尖峰幾乎被消除，解決了整流橋輸出寄生振蕩問題。可見，DC/DC級控制系統設計較合理，超前，滯后補償環節提高了系統的動態性能。

東營變頻器維修 http://www.tmdps.cn/dybpwx 結論

研制了兩級結構高壓直流開關電源，前級采用單相有源軟開關PFC,提高功率因數，合理設計諧振參數可實現軟開關，降低開關損耗。控制部分采用PI調節器，具有較好性能。后級選擇在初級加箝位二極管的改進型ZVS全橋變換器，實驗結果證明該電路結構能夠有效抑制次級整流橋輸出振蕩和電壓尖峰，減少損耗。該方法簡單，實用性較強。控制系統進行方案選擇，PID參數合理設計，提高了高壓直流開關電源的動、靜態性能。

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第五篇：淺談變電站直流系統接地問題

淺談變電站直流系統接地問題

摘要：直流系統是變電站的一個重要組成部分，直流系統接地是常見的缺陷。主要介紹了變電站直流接地的危害，并對直流系統接地的原因進行分析及查找方法，從而找到相應的防范措施來保證直流系統的穩定運行。關鍵詞：直流系統；接地；絕緣；斷路器

0 引言

變電站直流系統以蓄電池儲存能量，以充電機補充能量，向全站保護、監控、通訊系統提供不間斷電源，確保其安全、穩定、可靠運行。正常情況下正、負極對地均為絕緣的，發生一點接地時，正、負極對地電壓發生變化，接地極對地電壓降低，非接地極電壓升高，供電可靠性大大降低，因為在接地點未消除時再發生第二點接地，極易引起直流短路和開關誤動、拒動，所以直流一點接地時，設備雖可以繼續運行，但接地點必須盡快查到，立即消除或隔離。直流接地故障產生的主要原因

1.1 基建及施工遺留的故障隱患

在發電公司建設施工或擴建過程中，由于施工及安裝的種種問題，會遺留下電力系統故障的隱患，直流系統更是故障隱患的薄弱環節，這些環節在投產初期不易控制和檢查，投運時間越長，系統接地故障的概率就越大。

1.2 外力損傷

直流回路在運行過程中不可避免地要受到檢查維護人員在工作過程中因擠壓、移動、及不當沖洗等外力造成的損傷。

1.3 質量原因

因市場供應直流電纜設備質量參差不齊，質量不良的直流電纜成為一種直流接地的故障隱患。

1.4 自然原因

發電廠直流系統所接設備多、回路復雜，在長期運行過程中會由于環境、氣候的變化、電纜和接頭的老化及設備本身的問題等而發生直流接地故障，特別是處于沿海地區的電廠，因海拔較低且處于高鹽、高濕環境，更不可避免地會發生直流系統接地故障。直流系統兩點接地的危害分析 現以圖1為例說明直流接地的危害。當圖1中A點與C點同時有接地出現時，等于+KM、-KM通過大地形成短路回路，可能會使熔斷器1RD或2RD熔斷而失去保護電源；當B點與C點同時有接地出現時，等于將跳閘線圈短路，即使保護正常動作，TQ跳閘線圈也不會起動，斷路器就不會跳閘，因此在有故障情況下就要越級跳閘；當A點與B點或A點與D點同時接地時，就會使保護誤動作而造成斷路器跳閘。直流接地的危害不僅僅是以上所談的幾點，還有很多，在此不一一介紹了。

圖1 直流接地示意圖 直流接地故障的查找方法及存在的問題

排除直流接地故障，首先要找到接地的位臵，這就是常說的接地故障定位。直流接地大多數情況不是一個點，可能是多個點，或者是一個片，真正通過一個金屬點去接地的情況是比較少見的。更多的會由于空氣潮濕，塵土粘貼，電纜破損，或設備某部分的絕緣降低，或外界其它不明因素所造成。大量的接地故障并不穩定，隨著環境變化而變化。因此在現場查找直流接地是一個較為復雜的問題。

3.1拉回路法

這是電力系統查直流接地故障一直沿用的一個簡單辦法。所謂“拉回路”，就是停掉該回路的直流電源，停電時間應小于三秒。一般先從信號回路，照明回路，再操作回路，保護回路等等。該種方法，由于二次系統越來越復雜，大部分的廠站由于施工或擴建中遺留的種種問題，使信號回路與控制回路和保護回路一個嚴格的區分，而且更多的還形成一些非正常的閉環回路，必然增大了拉回路查找接地故障的難度。正由于回路接線存在不確定性，往往令在拉回路的過程中，常常發生人為的跳閘事故，再加上微機保護的大量應用，微機保護由于計算機的運行特性也不允許隨意斷電。“拉回路”可能導致控制回路和保護回路重大事故發生。3.2直流接地選線裝臵監測法

這是一種在線監測直流系統對地絕緣情況的裝臵。該裝臵的優點是能在線監測，隨時報告直流系統接地故障，并顯示出接地回路編號。缺點是該裝臵只能監測直流回路接地的具體接地回路或支路，但對具體的接地點無法定位。技術上它受監測點安裝數量的限制，很難將接地故障縮小到一個小的范圍。而且該裝臵必須進行施工安裝，對舊系統的改造很不便。此類裝臵還普遍存在檢測精度不高，抗分布電容干擾差，誤報較多的問題。

3.3便攜式直流接地故障定位裝臵故障定位法

該裝臵是近幾年開始在電力系統較為廣泛應用的產品。該裝臵的特點是無需斷開直流回路電源，可帶電查找直流接地故障完全可以避免再用“拉回路”的方法，極大地提高了查找直流接地故障的安全性。而且該裝臵可將接地故障定位到具體的點，便于操作。目前生產此類產品的廠家也較多，但真正好用的產品很少，絕大部分產品都存在檢測精度不高，抗分布電容干擾差，誤報較多的問題。防范措施

4.1 經常檢查各支路直流系統的絕緣狀況 ,對于戶外電氣設備和熱工就地裝臵的直流系統的絕緣狀況更應經常檢查 ,要特別注意檢查各支路的跳閘回路。具體檢查方法:將該支路的斷路器合上(注意:此時隔離開關應在斷開位臵或斷路器拉至試驗位臵)。然后取下該支路的直流電源的熔斷器 ,在熔斷器的下方(即負荷側)將正、負極短接 ,用兆歐表檢查絕緣電阻是否符合要求 ,如發現接地應及時消除。

4.2 發生直流系統接地時 ,常采用取下直流熔斷器來觀察直流接地是否消失 ,在取直流熔斷器時應先取非接地極的熔斷器;在投熔斷器時 ,先投非接地極的熔斷器。其目的是使非接地極對地電容有一定的充電時間 ,使該支路的正、負電源間在未形成回路前 ,先使非接地極電容充上一定電壓 ,即 Uc不等于0 ,從而降低 UL ,防止斷路器誤動。

4.3 出口繼電器和斷路器的跳閘線圈的動作值按規程要求為(30 %-70 %)UH ,實際工作中調整在(60 %-70 %)UH之間最好。

4.4 運 行維 護人員必須熟悉現場運行規程，在直流回路工作時，做好安全措施，防止保護誤動。結束語

直流電源在電力系統的作用十分重要，著重分析了直流接地對保護裝臵的影響，在什么情況下可能造成保護誤動和拒動，從而更好地為運行維護人員提供參 考依據，有利于更好地保證直流系統的穩定，從而保證電網的安全穩定運行。

參考文獻

[1]張信，盧燦遹． 直流系統接地的危害分析與處理

[2]蘇玉林 劉志民 熊深.怎樣看電氣二次回路圖

[3]張善全.電力系統直流接地危害性分析及預防措施例