直流操作電源系統

直流操作電源系統是發電廠、變電站中不可缺少的二次設備之一,它的可靠性直接影響發電廠和變電站設備的安全可靠運行。我國發電廠和變電站中正在運行的直流操作電源系統有很多仍是較落後的陳舊設備,存在較多的缺陷,引發了不少事故,而造成重大損失。

基本介紹

• 中文名：直流操作電源系統
• 適用範圍：發電廠、變電站
• 特點：發電廠、變電站
• 類型：5A、l0A和20A三種

簡介

隨著閥控密封鉛酸蓄電池的推廣普及，也對原有的直流操作電源系統提出了更高的要求,與防酸隔爆蓄電池及鎘鎳鹼性電池相比,閥控密封鉛酸蓄電池具有以下特點：無需添加水和調酸比重等維護工作,具有免維護功能；不漏液、無酸霧、不腐蝕設備,容易組成成套裝置；自放電電流小；電池壽命長，25℃的浮充壽命可達l0～15年；結構緊湊、密封性好、抗震動性能好;不存在鎘鎳鹼性電池的“記憶效應”。但閥控密封鉛酸蓄電池對溫度的反映較靈敏,對充電裝置要求嚴格,不允許過充和欠充。如果仍採用陳舊落後的充電裝置,出於其穩壓、穩流精度低，紋波係數高,可能造成閥控密封蓄電池的壽命降低甚至本體漲裂損壞，而使整個直流系統癱瘓。

通信電源經過近幾年的發展,已普遍採用了閥控密封鉛酸蓄電池和高頻開關電源模組組成的充電裝置。高頻開關電源模組具有體積小、重量輕、噪聲低、穩壓精度高、紋波係數小、配置靈活的特點,與閥控密封鉛酸蓄電池配套使用,可以增加直流系統的可靠性和穩定性。當前，城鄉電網建設和改造工程中已開始部分採用高頻開關電源模組和閥控密封鉛酸蓄電池組成的直流操作電源成套裝置，在保證直流系統可靠運行和電池壽命上都有較好的效果，受到設計和運行人員的好評。

組成

高頻開關電源模組目前有5A、l0A和20A三種,根據負載要求和蓄電池容量的不同,可以由多台模組按照N+l備份原則並聯組成幾十到幾百安的直流操作電源系統。圖l是直流操作電源系統的原理框圖，這是一種單母線接線方式,模組輸出和直流母線、蓄電池組並聯,平時蓄電池處於全浮充狀態。對於控制、動力母線分別設定的直流操作電源系統,有兩種接線方式：一種是所有模組的輸出與電池組和動力母線並聯，在動力母線和控制母線之間設定自動調壓裝置，控制母線的負荷由動力母線經自動調壓裝置提供,原理如圖2所示，該方式要求自動調壓裝置有較高的可靠性；另一種是將模組分成兩組,一組輸出與動力母線、電池組並聯,另一組輸出與控制母線並聯,動力母線和控制母線之間設定自動調壓裝置,在正常情況下,控制母線負荷由模組提供,自動調壓裝置由於承受反壓處於備用狀態,只有當交流停電或控制母線的所有模組全部故障時,自動調壓裝置才投入運行，其原理框圖如圖3所示，這種接線方式要求兩組模組均按照負荷進行N+l配置。

輸入功率因數

輸入功率因數低是早期高頻開關電源模組普遍存在的問題,這主要與採用的電路形式有關。在早期的高頻開關電源中，交流輸入電壓經整流後直接加在濾波電容兩端,只有交流輸入電壓高於濾波電容兩端電壓時，整流二極體才開始導電,因此輸入電流波形為寬度很窄的脈衝,輸入電流諧波失真嚴重，功率因數通常只有0.6～0.7。這種開關電源模組對電網造成諧波污染,形成電力公害,干擾其他用電設備,使測量儀表產生較大誤差。為降低電源裝置對電網的污染，EMI及EMC的有關標準對不同功率等級電源裝置的功率因數及諧波電流值有明確的規定,因此,需要對高頻開關電源模組的功率因數進行校正。

功率因數校正的基本方法有兩種,無源功率因數校正（PFC）和有源功率因數校正（APFC）。無源功率因數校正方法是在輸入端加入電感量很大的低頻電感,並降低濾波電容的容量,以便減小濾波電容充電電流的尖峰,這種方法比較簡單。但校正效果不理想，只能達到0.9～0.92左右,一般用於三相輸入的高頻開關電源模組。有源功率因數校正方法是在輸入端加入一個高頻電感、一個二極體、一個高頻開關管以及相應的控制器，組成升壓變換器，控制器通過採集交流輸入的電壓信號和電流信號，控制開關管的開通與關斷,從而使輸入電流波形始終跟隨輸入電壓波形，使高頻開關電源模組的功率因數達到0.99以上，諧波失真小於5%。