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摘 要：微机自控高频开关电源直流系统广泛应用于变电站、发电厂，作为直流操作机构、继电保护、自动装置、控制信号母线等使用的分合闸操作电源、控制保护信号电源、通信及事故照明电源。该文介绍微机自控高频开关电源直流系统的概况及工作原理，并对其日常运行与维护作了探讨，最后对一个直流系统故障的实例进行讨论分析。
关键词：直流系统 充电 蓄电池组
中图分类号：G6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-02
微机自控高频开关电源直流系统由高频开关电源（包括充电模块、监控模块）、直流馈电单元（包括配电监控、绝缘监测）、阀控蓄电池组（包括蓄电池检测仪）等组成。目前，变电站多采用GZDW系列设备。
1 设备概述
高频开关电源的特点是体积小、重量轻、效率高、输出纹波极低、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出。模块化的充电设备采用N+1备份方式，模块间自动无主均流，系统电流由N+1个模块平均分配。充电机中任何一个模块故障，系统发出故障信号，不影响系统的运行状态与运行方式。由于采用微机自控，显示出较高智能化。模块具有平滑调节输出电源和电流的功能，通过扩展通讯口，接入智能电池检测仪和绝缘监测等装置。随着系统综合自动化程度提高，该电源系统遥测、遥信量已都接入集控端，实现远程监控。
为了提高可靠性，大部分变电站都采用双充双蓄形式，对蓄电池自动管理及保护，实时自动监测蓄电池的端电压、充电放电电流，并对蓄电池的均浮充电进行智能控制。如果电池过、欠压或充电过流，都会实现声光告警。
2 工作原理
（1）电压模块采用三相三线制380V AC输入，具有软启动功能。在交流输入端，采用先进的尖峰抑制器件及EMI滤波电路，由全桥整流电路将三相交流电整流为直流电，再经无源PFC调整后大大提高了功率因数。由DC/DC高频变换电路把所得的直流电压变成稳定可控的直流输出。脉宽调制电路PWM及软开关谐振回路，根据电网和负载的变化，自动调节高频开关的脉冲度和移相角，使输出电压电流在任何允许的情况下都能保持稳定[1]。微机直流系统绝缘监测用两个变化的分压器取出正对地电压和负对地电压，送A/D转换器，经CPU处理，数字显示电压值和母线对地绝缘电阻值，监测无死区，当电压过高、过低或电阻过低时发出相应报警信号。
（2）直流馈电单元配置1～6路合闸回路和1～8路控制回路，分别连到合闸和控制母线上。输出空气开关联带告警开关接点，与空气开关联动，空气开关发生跳闸动作，同时发出开关状态变化告警信号。采用电压采样板测量电池组、控制母排和合闸母排的高压直流电压。电压采样板将高压变化为隔离的低压信号，并且保证在其测量范围内的良好线性度[2]。在合闸母线和控制母线之间串接降压硅链单元，合闸母线通过降压硅链与控制模块组成控制母线供电。降压硅链由多只大功率硅整流二极管串接而成，利用PN结基本恒定的正向压降来产生调整电压，通过改变串入线路的PN结数量来获得一定的压降，达到电压调节的目的。
3 运行与维护
3.1 微机自控高频开关电源直流系统
运行注意事项如下：
3.1.1 微机自控高频开关电源投入运行，装置配电监控CPU由测量功能进行模拟量及状态量的采集，通信功能接受监控模块的命令，将测量数据及处理结果送给监控模块。比较采集值与系统设置限值驱动故障灯和蜂鸣器进行报警。
3.1.2 微机型直流系统绝缘监测装置，在线监测直流系统两段母线的绝缘状况和支路开关状况[3]。正常时，监测母线、母线对地电压及正负母线对地电阻，自动巡检各支路及接地电阻。显示接地支路号、接地极性、支路接地电阻和接地日期时间。
3.1.3 蓄电池巡检装置在线监测每节蓄电池的端电压及特征点温度。
3.1.4 阀控蓄电池组在正常运行中以浮充电方式运行，若设定浮充计时720 h，即三个月系统自动对蓄电池组进行均衡充电。
3.2 微机自控高频开关电源直流系统应进行普通巡视检查和定期量化巡视检查维护。
3.2.1 检查交流输入状态、直流输出和充电模块、监控模块等部件，以及查阅监控模块的告警信息，包括当前告警信息和历史告警信息。
3.2.2 屏前屏内设备进行清洁维护，防止尘埃腐蚀元件和影响散热效率。
3.2.3 蓄电池组单体电池每月应测量各个电池电压，检查各连接头是否接触良好，有无漏液锈蚀现象。
3.2.4 新安装或大修后的阀控蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔2～3年进行一次核对性试验，运行6年以后每年作一次核对性放电试验。
4 直流系统故障分析
4.1 故障经过
2011年1月2日13时57分，后台监控机弹出“公用测控（6N）_#2蓄电池组单体电压＼温度告警”信息，复归后弹出“公用测控（6N）_#2蓄电池组装置异常”信息。
4.2 故障后的检查
故障发生后，我们迅速组织人员对直流系统进行检查。
4.2.1 后台监控机检查情况
检查#2蓄电池组参数（见表1），符合要求。
4.2.2 现场检查情况
检查蓄电池巡检装置告警记录时发现有“#29蓄电池电压异常”信息。经过现场测试，#29蓄电池电压为2.234 V，符合浮充电压要求。其他蓄电池电压也符合要求（见表2）。
注：“交流2”表示交流电源从第二路交流空开输入，其后面三项依次为UAB、UBC、UCA电压值。“充电机”表示充电机输出的电压和电流。“动力母线”表示动力母线电压。“控制母线”表示控制母线电压，其后面第一项是其电压值，第二项是负母对地电压值。“接地电阻”表示正、负母线对地电阻值。“电池组”表示电池组的电压和电流。
由于故障出现后又在短时间内消失，后台监控机和现场检查都正常，初步判断为保护误发信或接线松动。2 h后，后台监控机又再弹出“公用测控（6N）_#2蓄电池组单体电压＼温度告警”和“公用测控（6N）_#2蓄电池组装置异常”信息。从而基本确定故障为接线松动。根据巡检装置告警记录“#29蓄电池电压异常”信息，在得到调度以及上级部门领导同意的情况下，暂时退出第二组充电机系统并转检修状态。拆除#29蓄电池与#27、#28蓄电池的连接线并重新连接。投入运行后至今正常。
5 结语
直流系统为操作电源、信号电源、继电保护、自动装置、事故照明电源以及通信系统提供专门的直流电源。在全站停电及母线短路的情况下，能保证迅速切除故障，确保安全运行。因此，变电站的运行人员应对之给予重视，保证直流系统的安全、可靠的运行。
参考文献
[1] 李均甫.浅谈变电站直流系统运行维护的几个问题[J].继电器，2004，32（17）：75-77.
[2] GZDW智能高频开关电力操作电源系统技术手册.[Z].2002—08—16.
[3] 易志明.直流系统绝缘监测装置的研究[D].天津：天津大学，2003：1-7.
关键词：直流系统 充电 蓄电池组
中图分类号：G6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-02
微机自控高频开关电源直流系统由高频开关电源（包括充电模块、监控模块）、直流馈电单元（包括配电监控、绝缘监测）、阀控蓄电池组（包括蓄电池检测仪）等组成。目前，变电站多采用GZDW系列设备。
1 设备概述
高频开关电源的特点是体积小、重量轻、效率高、输出纹波极低、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出。模块化的充电设备采用N+1备份方式，模块间自动无主均流，系统电流由N+1个模块平均分配。充电机中任何一个模块故障，系统发出故障信号，不影响系统的运行状态与运行方式。由于采用微机自控，显示出较高智能化。模块具有平滑调节输出电源和电流的功能，通过扩展通讯口，接入智能电池检测仪和绝缘监测等装置。随着系统综合自动化程度提高，该电源系统遥测、遥信量已都接入集控端，实现远程监控。
为了提高可靠性，大部分变电站都采用双充双蓄形式，对蓄电池自动管理及保护，实时自动监测蓄电池的端电压、充电放电电流，并对蓄电池的均浮充电进行智能控制。如果电池过、欠压或充电过流，都会实现声光告警。
2 工作原理
（1）电压模块采用三相三线制380V AC输入，具有软启动功能。在交流输入端，采用先进的尖峰抑制器件及EMI滤波电路，由全桥整流电路将三相交流电整流为直流电，再经无源PFC调整后大大提高了功率因数。由DC/DC高频变换电路把所得的直流电压变成稳定可控的直流输出。脉宽调制电路PWM及软开关谐振回路，根据电网和负载的变化，自动调节高频开关的脉冲度和移相角，使输出电压电流在任何允许的情况下都能保持稳定[1]。微机直流系统绝缘监测用两个变化的分压器取出正对地电压和负对地电压，送A/D转换器，经CPU处理，数字显示电压值和母线对地绝缘电阻值，监测无死区，当电压过高、过低或电阻过低时发出相应报警信号。
（2）直流馈电单元配置1～6路合闸回路和1～8路控制回路，分别连到合闸和控制母线上。输出空气开关联带告警开关接点，与空气开关联动，空气开关发生跳闸动作，同时发出开关状态变化告警信号。采用电压采样板测量电池组、控制母排和合闸母排的高压直流电压。电压采样板将高压变化为隔离的低压信号，并且保证在其测量范围内的良好线性度[2]。在合闸母线和控制母线之间串接降压硅链单元，合闸母线通过降压硅链与控制模块组成控制母线供电。降压硅链由多只大功率硅整流二极管串接而成，利用PN结基本恒定的正向压降来产生调整电压，通过改变串入线路的PN结数量来获得一定的压降，达到电压调节的目的。
3 运行与维护
3.1 微机自控高频开关电源直流系统
运行注意事项如下：
3.1.1 微机自控高频开关电源投入运行，装置配电监控CPU由测量功能进行模拟量及状态量的采集，通信功能接受监控模块的命令，将测量数据及处理结果送给监控模块。比较采集值与系统设置限值驱动故障灯和蜂鸣器进行报警。
3.1.2 微机型直流系统绝缘监测装置，在线监测直流系统两段母线的绝缘状况和支路开关状况[3]。正常时，监测母线、母线对地电压及正负母线对地电阻，自动巡检各支路及接地电阻。显示接地支路号、接地极性、支路接地电阻和接地日期时间。
3.1.3 蓄电池巡检装置在线监测每节蓄电池的端电压及特征点温度。
3.1.4 阀控蓄电池组在正常运行中以浮充电方式运行，若设定浮充计时720 h，即三个月系统自动对蓄电池组进行均衡充电。
3.2 微机自控高频开关电源直流系统应进行普通巡视检查和定期量化巡视检查维护。
3.2.1 检查交流输入状态、直流输出和充电模块、监控模块等部件，以及查阅监控模块的告警信息，包括当前告警信息和历史告警信息。
3.2.2 屏前屏内设备进行清洁维护，防止尘埃腐蚀元件和影响散热效率。
3.2.3 蓄电池组单体电池每月应测量各个电池电压，检查各连接头是否接触良好，有无漏液锈蚀现象。
3.2.4 新安装或大修后的阀控蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔2～3年进行一次核对性试验，运行6年以后每年作一次核对性放电试验。
4 直流系统故障分析
4.1 故障经过
2011年1月2日13时57分，后台监控机弹出“公用测控（6N）_#2蓄电池组单体电压＼温度告警”信息，复归后弹出“公用测控（6N）_#2蓄电池组装置异常”信息。
4.2 故障后的检查
故障发生后，我们迅速组织人员对直流系统进行检查。
4.2.1 后台监控机检查情况
检查#2蓄电池组参数（见表1），符合要求。
4.2.2 现场检查情况
检查蓄电池巡检装置告警记录时发现有“#29蓄电池电压异常”信息。经过现场测试，#29蓄电池电压为2.234 V，符合浮充电压要求。其他蓄电池电压也符合要求（见表2）。
注：“交流2”表示交流电源从第二路交流空开输入，其后面三项依次为UAB、UBC、UCA电压值。“充电机”表示充电机输出的电压和电流。“动力母线”表示动力母线电压。“控制母线”表示控制母线电压，其后面第一项是其电压值，第二项是负母对地电压值。“接地电阻”表示正、负母线对地电阻值。“电池组”表示电池组的电压和电流。
由于故障出现后又在短时间内消失，后台监控机和现场检查都正常，初步判断为保护误发信或接线松动。2 h后，后台监控机又再弹出“公用测控（6N）_#2蓄电池组单体电压＼温度告警”和“公用测控（6N）_#2蓄电池组装置异常”信息。从而基本确定故障为接线松动。根据巡检装置告警记录“#29蓄电池电压异常”信息，在得到调度以及上级部门领导同意的情况下，暂时退出第二组充电机系统并转检修状态。拆除#29蓄电池与#27、#28蓄电池的连接线并重新连接。投入运行后至今正常。
5 结语
直流系统为操作电源、信号电源、继电保护、自动装置、事故照明电源以及通信系统提供专门的直流电源。在全站停电及母线短路的情况下，能保证迅速切除故障，确保安全运行。因此，变电站的运行人员应对之给予重视，保证直流系统的安全、可靠的运行。
参考文献
[1] 李均甫.浅谈变电站直流系统运行维护的几个问题[J].继电器，2004，32（17）：75-77.
[2] GZDW智能高频开关电力操作电源系统技术手册.[Z].2002—08—16.
[3] 易志明.直流系统绝缘监测装置的研究[D].天津：天津大学，2003：1-7.