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用DF0210A进行变电站直流系统改造
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1 引言
我厂6KV设备的操作、保护电源使用220V直流电,而直流电源的稳定，关系到6KV设备的安全运行。以前我厂使用铅酸蓄电池供电，占地面积大，污染严重；每天值班电工须巡查蓄电池室，检查电池电压；电解液要定期更换，调配、更换工作量大；平常蓄电池一直浮冲，电压下降到规定值进行强充；为防止直流电压下降太大，影响6KV运行设备的安全，不能同时开二台6KV设备。因此，我厂在变电站改造时，选用DF0210A对直流系统进行了改造。
2 DF0210A型直流电源
DF0210A主要由充电屏、馈线屏、电池屏组成。其工作原理为交流电输入经交流配电部分分配后供给各个整流模块，整流模块将交流电变换为直流电，整流模块一方面给电池充电，另一方面为常规负荷供电，模块内部的信息通过四遥电缆送至监控单元，监控单元同时搜集电池组的信息、绝缘监察装置以及闪光装置的信息，进行相应的控制，并可通过多种通讯方式连接后台计算机，以实现集中监控。系统原理框图如图1所示：
（1）整流模块
整流模块是直流系统的心脏部分，其可靠性是直流系统安全运行的重要保证。交流输入首先经过EMI电源滤波电路，消除电网和电源模块之间的相互干扰。在交流部分加入软起动电路，可消除电源模块开机时对电网的冲击。交流电经过桥式整流，变换为100HZ的脉动直流，由BOOST升压电路将脉动直流升压、滤波，变为400V左右的直流电。为提高整流模块的功率因数，采用UC3854专用控制芯片，通过检测脉动直流的瞬时电压和电流，控制开关管的开通和关断，使电源模块的输入电流与交流电压同相，使整流模块的功率因数达到0.996以上。采用有源功率因数校正电路，不但消除了电网的谐波污染和对周围其它电子设备的干扰，而且拓宽了电源模块的交流输入电压范围。整流模块原理框图如图2所示：
[p] （2）蓄电池测试仪
蓄电池的主要信息量为电压、电流、温度及容量，测试仪对前三种信息量进行巡回检测，经A/D转换，送给CPU，再通过编程计算，数字显示各信息量。当某一信息量超过预先设定的限值时，系统便发出告警信号。测试仪可以将各信息量上传给集中监控装置。
（3）自动调压装置
直流装置采用硅链分级调压，硅链是由多只大功率整流二极管串联而成，利用PN结基本恒定的正向压降来产生调整电压，通过改变串入的PN结数量来获得适当的压降，达到电压调节的目的。
（4）绝缘监察装置
用电子继电器作监察选通器件和双频检测技术，能对控制母线实现全自动在线监测，在母线出现正对地或负对地绝缘不良时，通过系统监控装置向上发遥信，并发出闪光报警。
（5）监控单元
监控单元是为实现直流电源系统监控目的，可满足直流操作电源的智能化要求，并可实现电源系统的远方监控。可实现四遥功能，可以通过RS485与变电站综合自动化系统通讯，上传各种信息量到后台主机。根据多级菜单可以方便地查看各种实时信息，可以通过键盘修改配置和各种整定值。根据电池的容量、节数、电压、充放电电流实现蓄电池的最优化管理。
3 直流电源改造
拆除旧的铅酸蓄电池，新直流屏安装在新中央控制室，把直流电源出线移到新屏输出端，并贴上各输出回路名称。
（1）参数设定：进入监控单元参数设定子菜单，根据我厂实际，参数设置如表1所示：
（2）蓄电池充电方式
建立合理的充放电制度，有利于延长蓄电池的使用寿命并提高直流系统的可靠性。监控单元可以控制整流器进行恒流、恒压、浮充状态的转换，从而实现蓄电池的优化管理。
恒流、恒压：是均衡充电的两个阶段，先采用0.1CA的恒定电流充电，当充电电压达到2.35V/格时，转为恒压充电。当出现落后电池或事故放电后便进行均衡充电，以迅速补充蓄电池的亏损容量。均充末期，当电流小于0.01CA时，启动定时（2～3小时，可设定），定时到，则转浮充。将定时功能与电流判据结合起来，控制均、浮充的转换，可避免蓄电池的过充或欠充。蓄电池的充电曲线如图3所示。
浮充：在直流操作电源中，蓄电池在正常情况下处于浮充状态，一般以2.25V/格的恒定电压充电。浮充电主要是用来弥补蓄电池自放电所造成的容量损失，使蓄电池处于满容状态。
[p] （3）蓄电池组的供电
A 当交流电源失电时，蓄电池组即刻通过自动硅链不间断地向母线放电，当母线电压正常时，系统将自动关断电池向母线放电。
B 母线电压恢复正常后，应重新进行蓄电池充电，以保证蓄电池组随时能够向母线再供电。
（4）温度补偿
DF0210A电源监控单元可根据环境温度对蓄电池的浮充电压进行温度补偿，使蓄电池在各种温度环境下都能保持满容状态，补偿曲线如图4所示：
（5）DF0210A直流屏与后台计算机的通讯
直流屏具有RS485接口，采用MODBUS规约与后台主机通讯，把各种遥测、遥信实时上送，在主机上就可以监视直流屏的运行情况，减少了值班电工的工作量，也确保了直流屏的安全运行。上送主机遥测量如表2所示，遥信量如表3所示。
4 结 语
降压站直流电源改造后，改善了我厂直流供电系统，对化工生产的安全、稳定提供了保证。DF0210A直流屏具有以下优点：
（1）蓄电池采用屏式安装，占地面积小，对环境污染小。
（2）安装、接线简单，免维护。
（3）重量轻，效率高，输出纹波低，动态响应快，控制精度高。
（4）整流模块采用有源功率因数较正技术，交流侧功率因数大于0.99，总谐波失真（THD）小于3％。
（5）充电装置采用模块化设计的高频开关电源，N+1冗余备分，模块间电流不平衡度小于5％。
（6）自动化程度高，具有“四遥”，蓄电池巡检，充电温度补偿等功能。
我厂6KV设备的操作、保护电源使用220V直流电,而直流电源的稳定，关系到6KV设备的安全运行。以前我厂使用铅酸蓄电池供电，占地面积大，污染严重；每天值班电工须巡查蓄电池室，检查电池电压；电解液要定期更换，调配、更换工作量大；平常蓄电池一直浮冲，电压下降到规定值进行强充；为防止直流电压下降太大，影响6KV运行设备的安全，不能同时开二台6KV设备。因此，我厂在变电站改造时，选用DF0210A对直流系统进行了改造。
2 DF0210A型直流电源
DF0210A主要由充电屏、馈线屏、电池屏组成。其工作原理为交流电输入经交流配电部分分配后供给各个整流模块，整流模块将交流电变换为直流电，整流模块一方面给电池充电，另一方面为常规负荷供电，模块内部的信息通过四遥电缆送至监控单元，监控单元同时搜集电池组的信息、绝缘监察装置以及闪光装置的信息，进行相应的控制，并可通过多种通讯方式连接后台计算机，以实现集中监控。系统原理框图如图1所示：
（1）整流模块
整流模块是直流系统的心脏部分，其可靠性是直流系统安全运行的重要保证。交流输入首先经过EMI电源滤波电路，消除电网和电源模块之间的相互干扰。在交流部分加入软起动电路，可消除电源模块开机时对电网的冲击。交流电经过桥式整流，变换为100HZ的脉动直流，由BOOST升压电路将脉动直流升压、滤波，变为400V左右的直流电。为提高整流模块的功率因数，采用UC3854专用控制芯片，通过检测脉动直流的瞬时电压和电流，控制开关管的开通和关断，使电源模块的输入电流与交流电压同相，使整流模块的功率因数达到0.996以上。采用有源功率因数校正电路，不但消除了电网的谐波污染和对周围其它电子设备的干扰，而且拓宽了电源模块的交流输入电压范围。整流模块原理框图如图2所示：
[p] （2）蓄电池测试仪
蓄电池的主要信息量为电压、电流、温度及容量，测试仪对前三种信息量进行巡回检测，经A/D转换，送给CPU，再通过编程计算，数字显示各信息量。当某一信息量超过预先设定的限值时，系统便发出告警信号。测试仪可以将各信息量上传给集中监控装置。
（3）自动调压装置
直流装置采用硅链分级调压，硅链是由多只大功率整流二极管串联而成，利用PN结基本恒定的正向压降来产生调整电压，通过改变串入的PN结数量来获得适当的压降，达到电压调节的目的。
（4）绝缘监察装置
用电子继电器作监察选通器件和双频检测技术，能对控制母线实现全自动在线监测，在母线出现正对地或负对地绝缘不良时，通过系统监控装置向上发遥信，并发出闪光报警。
（5）监控单元
监控单元是为实现直流电源系统监控目的，可满足直流操作电源的智能化要求，并可实现电源系统的远方监控。可实现四遥功能，可以通过RS485与变电站综合自动化系统通讯，上传各种信息量到后台主机。根据多级菜单可以方便地查看各种实时信息，可以通过键盘修改配置和各种整定值。根据电池的容量、节数、电压、充放电电流实现蓄电池的最优化管理。
3 直流电源改造
拆除旧的铅酸蓄电池，新直流屏安装在新中央控制室，把直流电源出线移到新屏输出端，并贴上各输出回路名称。
（1）参数设定：进入监控单元参数设定子菜单，根据我厂实际，参数设置如表1所示：
（2）蓄电池充电方式
建立合理的充放电制度，有利于延长蓄电池的使用寿命并提高直流系统的可靠性。监控单元可以控制整流器进行恒流、恒压、浮充状态的转换，从而实现蓄电池的优化管理。
恒流、恒压：是均衡充电的两个阶段，先采用0.1CA的恒定电流充电，当充电电压达到2.35V/格时，转为恒压充电。当出现落后电池或事故放电后便进行均衡充电，以迅速补充蓄电池的亏损容量。均充末期，当电流小于0.01CA时，启动定时（2～3小时，可设定），定时到，则转浮充。将定时功能与电流判据结合起来，控制均、浮充的转换，可避免蓄电池的过充或欠充。蓄电池的充电曲线如图3所示。
浮充：在直流操作电源中，蓄电池在正常情况下处于浮充状态，一般以2.25V/格的恒定电压充电。浮充电主要是用来弥补蓄电池自放电所造成的容量损失，使蓄电池处于满容状态。
[p] （3）蓄电池组的供电
A 当交流电源失电时，蓄电池组即刻通过自动硅链不间断地向母线放电，当母线电压正常时，系统将自动关断电池向母线放电。
B 母线电压恢复正常后，应重新进行蓄电池充电，以保证蓄电池组随时能够向母线再供电。
（4）温度补偿
DF0210A电源监控单元可根据环境温度对蓄电池的浮充电压进行温度补偿，使蓄电池在各种温度环境下都能保持满容状态，补偿曲线如图4所示：
（5）DF0210A直流屏与后台计算机的通讯
直流屏具有RS485接口，采用MODBUS规约与后台主机通讯，把各种遥测、遥信实时上送，在主机上就可以监视直流屏的运行情况，减少了值班电工的工作量，也确保了直流屏的安全运行。上送主机遥测量如表2所示，遥信量如表3所示。
4 结 语
降压站直流电源改造后，改善了我厂直流供电系统，对化工生产的安全、稳定提供了保证。DF0210A直流屏具有以下优点：
（1）蓄电池采用屏式安装，占地面积小，对环境污染小。
（2）安装、接线简单，免维护。
（3）重量轻，效率高，输出纹波低，动态响应快，控制精度高。
（4）整流模块采用有源功率因数较正技术，交流侧功率因数大于0.99，总谐波失真（THD）小于3％。
（5）充电装置采用模块化设计的高频开关电源，N+1冗余备分，模块间电流不平衡度小于5％。
（6）自动化程度高，具有“四遥”，蓄电池巡检，充电温度补偿等功能。
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