信實電氣直流屏學習剖析

1、江蘇信實電氣有限公司江蘇信實電氣有限公司 直流屏培訓講義直流屏培訓講義直流屏系統(tǒng)直流屏系統(tǒng)1、產(chǎn)品用途 2、產(chǎn)品組成3、系統(tǒng)特點4、環(huán)境條件5、系統(tǒng)參數(shù)6、系統(tǒng)工作原理7、型號定義8、系統(tǒng)選型方案9、直流系統(tǒng)電池管理產(chǎn)品用途產(chǎn)品用途 主要適用在發(fā)電廠、水電站以及各類變電站、開閉所和用戶變中，為斷路器分、合閘及二次回路中的控制、信號、保護、遠動通訊和故障照明提供直流電源。應用于電力、石油、化工、冶金、機械、造紙、煤炭、建材、紡織、釀酒等領域。產(chǎn)品組成 交流配電單元 監(jiān)控系統(tǒng)模塊 調壓硅鏈模塊 絕緣監(jiān)測模塊 高頻開關整流模塊 蓄電池監(jiān)測儀 蓄電池組 饋電單元各組成部分的原理和功能各組成部分的原理和

2、功能1、交流配電單元： 直流屏的交流系統(tǒng)一般都有兩路交流電輸入，正常時交流電輸入切換開關置于“自動”位置，1路工作，2路備用，交流電經(jīng)交流輸入空氣開關、交流接觸器、避雷器等送至各個充電模塊，為高頻開關整流模塊提供交流電源。 如圖：62、監(jiān)控系統(tǒng)模塊：直流屏的監(jiān)控系統(tǒng)是一個帶LCD顯示屏的人機界面，它是底層模塊和后臺管理的橋梁，是直流屏的大腦，發(fā)負責管理充電模塊和底層對電池自動管理，查看當前故障信息、歷史信息記錄和各種參數(shù)。 如圖：73、調壓硅鏈模塊：直流電源系統(tǒng)對電池組進行均衡充電時，充電模塊的輸出電壓會高于控制回路的額定電壓值，這時就需要一個調壓裝置來調節(jié)電壓給控母回路供電。硅鏈模塊就是這樣

3、一個調壓裝置，可自動和手動來改變電壓的大小，而保證控制母線的電壓在范圍之內。 降壓硅鏈單元是利用大功率的整流二極管的PN結正向壓降疊加來產(chǎn)生調整壓降。這種方式安全可靠，抗沖擊性好，易維護。4、絕緣檢測模塊：用于監(jiān)控直流統(tǒng)電壓及其絕緣情況，在直流系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣強度下降（220V直流電壓系統(tǒng)一般為低于25K，110V直流電壓系統(tǒng)一般為低于7 K）等異常情況下，發(fā)出聲光告警，并能找出對應的支路號和對應的電阻值。5、高頻開關整流模塊：高頻開關整流模塊是直流屏的心臟，負責給直流屏提供動力，一方面給蓄電池充電，另一方面給直流負載提供正常工作電流。充電模塊內部有監(jiān)控板能監(jiān)視、控制模塊運行情況。由于充電模塊本身

4、具有CPU，充電模塊也可以脫離監(jiān)控模塊獨立運行。整流模塊可根據(jù)實際情況有多種選擇： TH230D10ZZ-3 TH230D20NZ-3 TH230D20ZZ-3高頻開關整流模塊的原理高頻開關整流模塊的原理 我公司的高頻開關整流模塊三相三線交流輸入，輸入經(jīng)過輸入保護（交流輸入保險和緩啟動電阻）、經(jīng)過三相整流橋整流、無源的功率因數(shù)校正技術，經(jīng)過平滑濾波單元轉換成直流電。直流電再經(jīng)過我公司的專利技術“諧振電壓型雙環(huán)控制技術”把整流好的直流電轉換成高頻的脈沖，然后高頻的脈沖再通過高頻的橋式整流平滑濾波后通過輸出保護得到所需的直流電源。11 6、蓄電池組：作為全站直流系統(tǒng)的后備電源，在充電模塊停止工作時

5、，蓄電池無間斷的向直流母線送電；此外，在電磁式斷路器進行合閘操作時，合閘電流大于100A，此時蓄電池成為合閘電源。他就相當于一個存儲機構，是整個直流屏的倉庫，大家都知道交流電是不能存儲的，所以直流屏就利用電池組把由模塊轉換過來的直流電轉化成化學能，等到交流停電時又由化學能轉化成電能來給直流負載供電。 7、饋線單元：饋線單元可以跟充電柜在一起（充饋一體柜）也可單獨安裝（充潰分離），我們的標準饋線柜采用單元化結構，組合方便，可以靈活配置，實現(xiàn)多種接線方式 ，同時采用多種直流饋出單元組合可以實現(xiàn)輸出支路的多種配置。一般饋線柜有絕緣檢測單元、開關量單元組成。系系 統(tǒng)統(tǒng) 特特 點點 我們采用N+1熱備份

6、格式，增加了系統(tǒng)的安全性。 超寬的電壓輸入范圍，電網(wǎng)適應性強，可用于環(huán)境相對惡劣的場所。 充電模塊可帶電熱插拔，在線維護，方便快捷。 采用我公司專利技術，具有國際領先水平的“諧振電壓型雙環(huán)控制 諧振開關電源”全程軟開關就是，轉換效率高，可到達96%，電磁干 擾小。 硬件低差自主均流技術，模塊間輸出電流最大不平衡度小于3% 。 監(jiān)控模塊采用大屏幕液晶漢字顯示，聲光報警。 可通過監(jiān)控模塊進行系統(tǒng)各部分的參數(shù)設置，界面友好，操作方便。 具備平滑調節(jié)輸出電壓和電流，蓄電池自動溫度補償?shù)认冗M功能。 開放式接口設計，具有強大的通訊功能，很方便實現(xiàn)與變電站RTU裝置 三級集散式監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對電源系統(tǒng)的“遙

7、調、遙測、遙控、遙信”以及無人值守功能 蓄電池自動管理及保護，實時自動監(jiān)測蓄電池的端電壓，充、放電電流，并控制蓄電池的均浮充，設有電池過、欠壓和充電過流報警。環(huán)環(huán) 境境 條條 件件 環(huán)境溫度不低于-5，不高于+40,設備存儲環(huán)境溫度允許為-10 60 環(huán)境最大相對濕度不超過90%（環(huán)境溫度25 ） 運行地點無導電塵埃，沒有腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體或蒸汽 在室內場合下使用 如有特殊要求請在訂貨時提出，以保證本產(chǎn)品能夠可靠 運行 海拔高度: 海拔高度2000m 系系 統(tǒng)統(tǒng) 參參 數(shù)數(shù) 穩(wěn)壓精度：0.5% 穩(wěn)流精度: 0.5% 紋波系數(shù): 0.1% 功率因數(shù): 0.92 效 率: 94% 噪 聲:

8、45dB 均流不平衡度: 3% 介電強度：2000V/min無閃絡，無擊穿。 可靠性指標：MTBF100000h 交流電壓輸入范圍：380V15% 交流電壓頻率范圍：50Hz10% 防護等級：IP30 外形尺寸: 2260800600系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 電力操作電源系統(tǒng)主要由交流配電單元、充電模塊、監(jiān)控模塊、配電監(jiān)控、降壓硅鏈、直流饋電單元、絕緣監(jiān)測等幾部分組成，其基本原理框圖如下：系統(tǒng)的基本工作原理：系統(tǒng)的基本工作原理：1、交流輸入正常時 系統(tǒng)交流輸入正常時，兩路交流輸入經(jīng)交流切換控制電路選擇其中一路輸入，并通過交流配電單元給各個充電模塊供電。充電模塊將三相交流電轉換為220V或110

9、V的直流，經(jīng)整監(jiān)合在充電模塊內部的隔離二極管隔離后輸出，一方面給電池充電，另一方面給負載提供正常工作電流。 監(jiān)控部分采用集散方式對系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制，充電柜、饋電柜的運行參數(shù)、充電模塊的運行參數(shù)由數(shù)據(jù)采集模塊采集處理，然后通過串行通訊口把處理后的信息上報給監(jiān)控模塊，有監(jiān)控模塊統(tǒng)一處理后顯示在液晶屏上。同時可通過人機交互操作方式對系統(tǒng)進行設置和控制，若有需要還可接入遠程監(jiān)控。監(jiān)控模塊還能對充電模塊進行均/浮充控制，限流控制等，以保證電池的正常充電，延長電池壽命。2、交流輸入停電或異常時 正常浮充運行，交流輸入停電或異常時，充電模塊停止工作，這是由電池通過硅鏈系統(tǒng)不間斷的給負載供電，監(jiān)控模塊監(jiān)測電

10、池電壓、放電時間，當電池放電到設置的欠壓點時，監(jiān)控模塊告警。交流輸入恢復正常后，充電模塊對電池充電。 系統(tǒng)工作時的能量流圖：型型 號號 定定 義義1、GZDW系列標準電力操作電源系統(tǒng)型號定義： 系 統(tǒng) 選 型 方 案GZDW系列選型方案一般分為八大類:1、GZDW30：單母線分段、單組電池、充電模塊單一電壓輸出給合母供電、控母與動母合一、無降壓裝置2、GZDW31：單母線、單組電池、充電模塊單一電壓輸出給合母供電、控母與動母合一、無降壓裝置3、GZDW32：單母線分段、單組電池、充電模塊單一電壓輸出給合母供電、控母與動母分開、有降壓裝置4、GZDW33：單母線、單組電池、充電模塊單一電壓輸出給

11、合母供電、控母與動母分開、有降壓裝置5、GZDW34：單母線分段、單組電池、充電模塊分兩組電壓分別給合母及控母供電、控母與動母分開、有降壓裝置6、GZDW35：單母線、單組電池、充電模塊分兩組電壓分別給合母及控母供電、控母與動母分開、有降壓裝置7、GZDW40：單母線分段、雙組電池、雙組充電模塊單一電壓輸出給合母供電、控母與動母合一、無降壓裝置8、GZDW42：單母線分段、雙組電池、雙組充電模塊單一電壓輸出給合母供電、控母與動母公開、有降壓裝置直 流 系 統(tǒng) 電 池 管 理 在變電站或電廠中，直流電源不僅要為二次設備提供不間斷直流電源，還要向斷路器分合閘線圈提供沖擊電流。電池組在直流系統(tǒng)中的地

12、位很重要，如何維護就成為非常重要的一個問題。智能高頻開關電源具有電池管理系統(tǒng)。它采用二級監(jiān)控模式，能對電池的端電壓、充電電流、電池房溫度及其它參數(shù)作實時在線監(jiān)測?？蓽蚀_地根據(jù)電池的充放電情況估算電池容量的變化，還能在電池放電后按用戶事先設置的條件自動轉入限流均充狀態(tài)，通過控制母線電壓來完成電池的正常均充過程。并可自動完成電池的定時均充維護，均/浮充電壓溫度補償?shù)裙ぷ?，實現(xiàn)了全智能化，不需任何人工干預。電池充電曲線圖電池充電曲線圖圖示：我們監(jiān)控系統(tǒng)自動控制管理的電池曲線產(chǎn)品系統(tǒng)圖紙1M-+ - M GTA2監(jiān)控單元JK模塊1-4VPV11KM+MK1-4VUW1Q2QAPA1GBA1FL1PAV

13、1PVA2FL2PATA1+-MGV2PV1FU2FU1Q1-41H1-4上位機通信RS232/485RS485綜合監(jiān)測單元 ZH1L1 1L2 1L3 NKM1UVWN2L1 2L2 2L3KM2NBLZH3FU交流雙電源切換閃光繼電器 KS11SM+1M-1HM+1Q5-91H5-92M-VPV22KM+APA22Q1-42H1-4閃光繼電器 KS22SM+2M-2HM+2Q5-92H5-9降壓裝置SA3Q4Q系系 統(tǒng)統(tǒng) 平平 面面 圖圖系系 統(tǒng)統(tǒng) 使使 用用 說說 明明1、投入運行前的檢查、投入運行前的檢查 1.1 按照接線端子圖將全柜組合在一起，并檢查所有接線是否牢固正確。 1.2 并

14、盤連線是否接線正確。 1.3 蓄電池連接應注意、極性，安裝是否穩(wěn)固。 1.4 所有各儀表指針是否在“0”位置。 1.5 所有開關是否在“斷開”位置。 1.6 所有電器的“觸點”、“轉動”閉鎖綁扎線是否拆除。 1.7 屏架接地線是否連接好。 1.8 輸入電壓3相380V/220V 50Hz交流是否接好。 1.9 輸入電源接線的“相線”、“相序”、“零線”是否與圖紙要求相符。2、啟動、啟動 啟動是指設備由停止狀態(tài)轉入到工作狀態(tài)的一個過程。停止狀態(tài)是指設備所有開關均處于斷開位置，交流電源及蓄電池均不對設備供電。工作狀態(tài)是指設備經(jīng)過啟動過程，處于正常運行狀態(tài)。 2.1 合上外部交流電源開關，為設備提供

15、交流電源。 2.2 合上蓄電池熔斷器1FU、2FU、3FU，合上輸出總開關3Q、4Q，蓄電池電壓表2PV、控制母線電壓表PV1、PV2應指示在220V、110V左右。監(jiān)控器應工作并報警（模塊通訊故障），因此時模塊還未通電，屬于正常情況。 2.3 合上模塊電源開關1Q和模塊直流輸出開關2Q，模塊自動投入運行，智能化管理蓄電池，同時對控制回路經(jīng)常性負荷供電。 2.4 合上對應的控制母線饋出開關及合閘母線饋出開關，對相應的負荷供電。3、 蓄電池充電蓄電池充電 3.1 設備經(jīng)啟動過程后，整流模塊經(jīng)軟啟動首先進入程控工作方式的均充運行狀態(tài)（限流值設定在蓄電池強充電流值）當蓄電池電壓隨充入電量的增加蓄電池

16、電壓上升；上升到均充電壓值，整流模塊自動轉入均充穩(wěn)壓狀態(tài)；繼續(xù)均充，均充電流下降到0.01 C10，進入均充定時（最長3h），到達延時后，自動轉入浮充，蓄電池補充充電結束。 均充電壓=14.1Vn（n為蓄電池只數(shù)，本設備n=18，故均充電壓為14.118=253.8V） 浮充電壓=13.5Vn（n為蓄電池只數(shù)，本設備n=18，故浮充電壓為13.518=243V） 3.2 電池管理方式可設置“自動”和“手動”兩種方式，自動方式可根 據(jù)設置的參數(shù)自動完成電池的充放電管理，手動方式需要人工干預完成，出廠時設定為自動方式。 3.3 各參數(shù)的設定和修改，以及電力監(jiān)控器的使用說明參看THJK002G-3電

17、力監(jiān)控器說明書。 注意：蓄電池嚴禁過充電，智能化管理方式由微機控制電池的浮充電注意：蓄電池嚴禁過充電，智能化管理方式由微機控制電池的浮充電及均充電。手動均充時，要嚴格按照及均充電。手動均充時，要嚴格按照5.1設定的充電模式掌握時間，嚴設定的充電模式掌握時間，嚴禁過充電，以防損壞蓄電池。推薦采用自動充電方式。禁過充電，以防損壞蓄電池。推薦采用自動充電方式。4 、饋出回路、饋出回路 4.1 設備經(jīng)啟動后，首先經(jīng)模塊輸出開關2Q、蓄電池電流表2PA、蓄電池電流傳感器TA1和蓄電池熔斷器向蓄電池充電，同時向合閘回路供電，然后220V經(jīng)控制母線調壓裝置、控制母線電流表PA1和控制母線電流傳感器TA2向2

18、20V控制母線供電，控制母線電壓表PV1指示220V控制母線電壓；110V經(jīng)控制母線電流表PA2向110V控制母線供電，控制母線電壓表PV2指示110V控制母線電壓； 4.2 本套設備為單母線，母線220V合閘饋出4回，控制饋出5回。110V合閘饋出4回，控制饋出5回。合上對應的開關，可向各直流負荷供電。 4.3 絕緣監(jiān)察： 通過監(jiān)控菜單進入絕緣檢測欄，在顯示屏上顯示系統(tǒng)的絕緣情況，還可以顯示正負母線對地電壓的平衡與否。 4.4閃光試驗：按動閃光試驗按鈕，閃光信號燈由亮變?yōu)殚W光（40100）次/每分鐘。在KS閃光繼電器上接線端子標識：SM1為使用節(jié)能信號燈用接線端子，可以用AD11等型號發(fā)光管

19、；標識SM2的端子為使用白熾燈時用的接線端子（用XD5等白熾燈串聯(lián)電阻）。5、報警、報警 5.1 當母線過欠壓、模塊故障、交流故障、絕緣故障、電池故障由主 監(jiān)控器發(fā)出聲音信號，并用漢字顯示故障點。 5 .2 直流屏故障時，主監(jiān)控器發(fā)出生光報警信號。6、蓄電池核對性充、放電及活化、蓄電池核對性充、放電及活化 蓄電池在長期浮充運行狀態(tài)下，其極板上會吸附墮性物質，使蓄電池容易降低。為了恢復蓄電池容量，激活墮性物質，要定期對蓄電池進行活化。方法是先將蓄電池內的電放完，再充滿即可。一般一年進行一次。 6.1 蓄電池放電： 放電電流按0.1C10A放電，記錄放電時間、蓄電池電壓，電流及環(huán)境溫度；放電至10

20、.8Vn放電終止。計算放電容量，在環(huán)境溫度在20左右時，蓄電池容量應95%C10。 若不能停經(jīng)常性負荷，可記錄蓄電池放電電流和經(jīng)常負荷電流之和為0.1C10A進行上述計算。 C10:蓄電池以10小時放電制放電時的容量，本套設備電池為200Ah 0.1C10A:以C10容量為基礎的蓄電池充、放電電流，即0.1C10，本套設備為20A。 0.01 C10A: 以C10容量為基礎的蓄電池均、浮充轉換電流，即0.01C10，本套設備為2A。 n：串聯(lián)運行蓄電池的只數(shù)，本套設備為18只1組。30 6.2 核對性放電方法 參見THJK002G-3電力監(jiān)控器說明書電池管理設置一節(jié)，首先在合閘備用開關上接好放

21、電負載，放電器應為電阻性負載，在本套設備上應為15、20A的可調電阻器。合上開關，調整放電電阻的阻值，使放電電流保持在20A，當達到放電終止電壓時，模塊開始對蓄電池充電，同時查看放電時間計算放電容量。 6.3 蓄電池充電 放電后的蓄電池在線再充電，按3.1項進行。 注意：蓄電池嚴禁過放電，電池活化及容量核對性放電時，要嚴格注意：蓄電池嚴禁過放電，電池活化及容量核對性放電時，要嚴格掌握放電電流及放電終止電壓。防止蓄電池過放電，影響蓄電池壽命掌握放電電流及放電終止電壓。防止蓄電池過放電，影響蓄電池壽命及容量。及容量。7、 監(jiān)控器簡介 7.1 電力監(jiān)控器是整個直流系統(tǒng)的控制、管理中心；電力監(jiān)控器的主

22、要任務是：對系統(tǒng)中各功能單元和蓄電池進行長期自動監(jiān)測、獲取系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)和狀態(tài)、根據(jù)測量數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)實時進行處理，并以此為依據(jù)對系統(tǒng)進行控制。 7.2 采用以微處理器為核心的集散式電力監(jiān)控器，模塊化設計，對交流配電、直流饋電、整流模塊、電池組和系統(tǒng)支路絕緣實施全方位的監(jiān)測和控制。 7.3 采用大屏點陣液晶顯示，CCFL背光，實現(xiàn)全漢化顯示，除完成常規(guī)數(shù)據(jù)測量，電源系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時顯示外，還提供各種菜單、信息提示，輕觸按鍵操作，真正實現(xiàn)人機對話。 7.4 通過顯示屏，信號燈及聲光報警提供各種工作狀態(tài)、故障類型、故障部位指示，系統(tǒng)故障可準確定位，使系統(tǒng)維護變得簡單有效。 7.5 對蓄電池

23、電壓、充放電電流的精確管理及嚴格控制是保護電池及延長電池使用壽命的關鍵，為此本監(jiān)控模塊根據(jù)用戶設定的充電參數(shù)（如電壓保護值、充電限流值、維護性均充間隔時間等），調整整流模塊的充電方式、充電電流，自動完成電池的精確管理及保養(yǎng)維護。 7.6 電池溫度補償功能：免維護電池的充電電壓需要隨環(huán)境溫度的變化做相應的調整，才能保障電池處于最佳工作狀態(tài)，延長電池壽命。本監(jiān)控模塊可自動完成電池溫度補償，確保電池工作在最佳狀態(tài)。 7.7 檢測整流模塊的輸出電流和故障狀態(tài)：當模塊有故障時，電力監(jiān)控器發(fā)出聲光報警信號，并重新分配整流模塊負載。 7.8 可本地或遠端控制整流模塊的開/關機，自動控制電池均、浮充轉換。 7

24、.9 可本地或遠端連續(xù)設置模塊的輸出電壓、限流值。 7.10 監(jiān)測電池電壓及充放電電流：當市電中斷由電池維持向負載供電時，如果電池電壓降低至告警值，監(jiān)控模塊發(fā)出聲光報警；當市電恢復后電力監(jiān)控器可對電池進行均衡充電管理；若電池長期處于浮充狀態(tài)，為保養(yǎng)電池每隔一定時間進行一次均衡充電（時間由用戶設定，默認值為720小時），以保持電池容量。另外當用戶認為有必要對電池進行均充電時，亦可通過按鍵操作進行手動均衡充電。 7.11 采用電力部標準通訊協(xié)議，RS232或RS485串行通訊接口，支持2400BPS，4800BPS，9600BPS波特率，可方便地與電力自動化系統(tǒng)對接，實現(xiàn)電源系統(tǒng)“遙信、遙測、遙控

25、、遙調”的四遙功能。 7.12 詳細參看THJK002G-3電力監(jiān)控器說明書電力監(jiān)控器說明書。8、 高頻開關電源模塊 8.1 具有C級防雷處理和EMI濾波?？梢杂行绽讚魵垑汉碗娋W(wǎng)尖峰，保證模塊后級電路的安全。 8.2 模塊采用無源PFC技術，功率因數(shù)可達0.94以上，采用高頻軟開關技術，模塊轉換效率大大提高，可達96%以上。 8.3 LCD漢字顯示，模塊工作狀態(tài)和工作參數(shù)一目了然，在系統(tǒng)主監(jiān)控工作時，模塊接收主監(jiān)控發(fā)出的工作指令。無主監(jiān)控器時，可以在模塊面板上方便的設置模塊工作參數(shù)，模塊可脫離主監(jiān)控器工作。 8.4 軟件校準技術：傳統(tǒng)模塊參數(shù)整定都采用電位器，存在固有缺陷，如電位器漂移問題以及現(xiàn)場調整不方便等問題。我公司生產(chǎn)的模塊采用軟件校準技術，模塊內部沒有一個電位器，通過按鍵和LCD顯示可以校準模塊輸出電壓、輸出電流、電壓測量、電流測量，模塊參數(shù)調整方便快捷。 8.5 自主均流技術：模塊間電流偏差小于3%。 8.6 ZVS軟開關技術：為了使開關電源能夠在高頻下高效率地運行，我公司不斷研究開發(fā)高頻軟開關技