关于高频开关电源在变电直流系统中的运用分析

摘 要：随着经济建设的飞速发展，国家加大了对电网建设的投入，很多的直流电源厂家都相续采用智能化高频开关电源，因为，该电源系统具有：安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等优点，并且非常适合当前电网发展的需求。本文主要对当前变电站老式直流系统存在的相关问题进行分析，提出了推广高频开关电源应用重要性，最后对高频开关电源系统的应用进行了探讨。

关键词：开关电源；变电站；直流

一、高频开关电源系统的性能特点

智能高频开关电源系统的质量一直以来都是我们共同关注的问题，下面以GZDW—200/220型操作电源为例，归纳其主要特点有：

①标准单体模块式结构，可与不同厂家模块配套。兼容性好。

②交流输入范围宽，偏差可达±10%，在电力供应状况复杂的地区亦能可靠工作，符合我国国情。

③具有多项输人输出过欠压保护措施。

④模块N“热备，可平滑扩容。

⑤监控系统配有标准通讯接口，方便接入自动化系统，实施“四遥”及无人值守。

⑥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。

⑦具有单节电池巡检和温度补偿功能。

⑧模块可带电插拔，更换安全方便。

⑨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。

二、智能高频开关电源系统的组成及各部分作用

一般而言，智能高频开关电源系统都是由交流配电，绝缘检测，监控模块、整流模块、调压模块，直流馈电等组成。其工作原理：交流电源接入整流模块，经滤波及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，将直流转换为高频交流，最后经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。

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。

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、等。控制母线有两种途径供电，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。

三、智能高频开关电源系统的应用

智能高频开关电源系统在变电站中应用以来，技术指标合理，各项参数显示直观，操作方便，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。对电池能自动管理无须专人维护，设备运行稳定可靠，减少了发生故障影响正常供电的几率，具体体现为以下几个方面：

1）老式直流系统的相控电源纹波系数大，其输出含有的交流成份较大。对二次设备影响较大，造成二次设备误动、损坏、甚至有的设备无法正常工作的现象发生。而应用智能高频开关电源纹波系数很小，输出特别稳定。

2）老式直流系统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。而智能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）老式直流系统的相控电源充电机、浮充机等噪音较大，且无降温措施，浮充机发热严重。而智能高频开关电源噪音小，模块采用优质风机降温，保證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）老式直流系统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。

5）老式直流系统的相控电源功率因数低，一般在0.7以下，效率在60%左右，而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）智能高频开关电源系统的控制母线有下述两种途径供电，确保了控制母线供电安全可靠，做到了直流系统稳定运行。在交流电正常时，控制母线可由整流模块经降压模块供电；在交流失电时，控制母线由蓄电池经降压模块供电；

四、智能高频开关电源的基本要求及注意事项

智能高频开关电源系统设备，其智能化程度高，电池采用免维护蓄电池，虽然给我们带来了许多便利，但在使用过程中要注意以下几个方面，以确保使用安全。

1、高频开关电源系统对环境温度要求不高，在-5～+40℃都能正常工作，但要求室内清洁、少尘。蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25℃，建议温度范围+15～+30℃。

2、高频开关电源系统中设置的参数必须控制在规定指标内，在使用中不能随意改变。

3、 直流电源系统在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。因为，工作性质决定了直流操作电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或在基本满载状态下工作，都会造成整流模块出故障，严重时将损坏变换器。

4、由于蓄电池组输出电流很大，存在电击危险，因此装卸、改接导电连接条（线）、输出线时应特别注意安全，使用的工具应采取绝缘措施，以保证人身和设备安全。

5、在任何情况下都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中，通常放电达到容量的30%～50%就可以。

6、 蓄电池应避免大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大并且温度升高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。

7、阀控式密封蓄电池是贫液式电池，无法进行电解液比重测量，所以如何判定它的好坏，目前最可靠的方法还是放电法，也可以用电导仪测电池的内阻来判定阀控式密封蓄电池的好坏，但准确性较差。

五、结束语

综上所述，从国家电网加大对智能高频开关电源系统在应用以来，带来了明显的社会和经济效益，为安全稳定生产及其它负荷提供了可靠的电力保障。智能高频开关电源逐步取代相控电源或磁饱和式电源已是大势所趋，同时也为变电站实现自动化奠定了基础。在未来的变电站直流系统的安装及使用中必将会越来越广泛的应用。■