变电站直流电源设计

1、目 录第一章：前言1.1 课题的研究背景、意义和目的1.2 直流操作电源系统简介1.3 直流电力操作电源现状及发展趋势1.4 正常工作条件1.5 功能特点1.6 系统配置接线第二章 系统组屏2.1 功能分屏2.2 组屏形式2.2.1 小型一体柜系统2.2.2 小型分屏柜系统：2.2.3 大型分屏柜系统2.3 实际组屏平凉变电站第三章 仿真及实验结果3.1 电气性能、环境及安全检验3.2 并机均流不平衡度及冗余备用检验3.3 电磁兼容检验第四章 结论摘要：本文针对我市变电站存在的问题，我将我公司PZ61智能高频开关电力操作直流电源系统合理应用并做详细设计。PZ61智能高频开关电力操作直流电源系统

2、是许继电源公司集多年开发电力电子产品和成套电源设备网上运行经验设计生产的高可靠性产品。主要应用在发电厂、水电站及各类变电站中，为控制、信号、测量、继电保护和自动装置等控制负荷，断路器电磁合闸、直流电动机、交流不停电电源装置、事故照明等动力负荷提供直流电源。该电源采用了多重电流控制功能和保护功能，使电源的可靠性更高。在结构上，采用自冷散热方式，降低了电源因现场使用环境恶劣而引起的故障率。本文设计得到许继电源公司有关专业人员的审核，并做了相关模拟试验，此设计可以投入使用，对此变电站有良好的作用。关键词：直流绝缘监测 直流配电单元 直流电源系统ABSTRCT：The anti-interferenc

3、e of switch power supply is also introduced. Based on the theoretical analyze, the EMC of switch power supply is solved by experimentation. The power supply adopts multi-layer control and protection, it makes the reliability higher. The fault introduced by bad environment condition is less by the us

4、e of self-cooled structure. The author completes the design and study of 3kW electric power DC system based on soft-switching. The power supply has certified by the type test of national relay quality supervision and inspection center and put into market successfully.Keywords: DC operating Power Sup

5、ply, Phase-shifted full bridge soft switch, peak current control第一章 前言1.1课题的研究背景、意义和目的平凉领导现场办公解决变电站安全隐患问题 2006-9-7 11:33:43 字体: 【大 中 小】 添加到收藏夹9月6日上午，副市长赵成城带领安监、规划、电力等部门及崆峒区有关负责同志，前往四十里铺镇，现场解决影响110KV变电站安全运行的隐患问题。 110KV变电站于今年8月投入运行，它的建成为平凉经济发展提供着有力的电力支持。针对我市变电站存在的问题，将我公司PZ61智能高频开

6、关电力操作直流电源系统合理应用并做详细设计。许继电源公司是国内电力系统操作电源的主要配套厂家，也是最早取得电力系统配套用直流操作电源设备的推荐厂家，也是市场产品占有率最大的厂家。该课题的顺利完成，有助于许继电源公司产品的系列化，有助于提高相关产品的稳定性和可靠性。虽然在电力操作电源系统中使用高频开关电源已成为市场和现代电力电子技术综合发展的产物。但是，从电力操作电源系统的性能要求和长远发展方面考虑，高频开关电源还有一些问题有待于解决和改进。例如，考虑到负载特性(有很大的冲击负荷)，输出短路特性和带非线性负载能力有待于加强；开关电源的可靠性和稳定性还有提高的余地；在电磁兼容(EMC)方面还有待于

7、改善和提高；追求小型化、轻量化是开关电源的发展方向。作者设计的方案能得到合理的应用，通过对电力电子变换技术和软开关技术在大功率直流操作电源中的应用以及控制方式的优化，作者希望能在这些方面做一些工作。1.2直流操作电源系统简介电力操作电源是在电力系统中供给二次回路的电源。主要有交流电力操作电源和直流电力操作电源两种，其中直流电力操作电源应用更为广泛。直流电力操作电源主要应用在发电厂、水电站及各类变电站中，为控制、信号、计算机监控、测量、继电保护和自动装置等控制负荷，断路器电磁合闸、直流电动机、交流不停电电源装置、事故照明等动力负荷提供直流电源。直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。

8、直流系统的可靠性是保障发电厂、变电站安全运行的决定性条件之一。76直流电力操作电源系统主要由交流配电单元、整流器、蓄电池组、降压装置、直流配电单元、电池巡检、绝缘监测、充电监控、配电监控和集中监控等部分组成。其原理框图如图1-1所示。 图1-1直流电力操作电源系统原理图系统能量流向图如图1-2所示： 图1-2系统能量流向图1.3直流电力操作电源现状及发展趋势1.3 1 直流电力操作电源的现状目前，在电力系统上主要运行使用的直流电力操作电源有相控型直流电源和高频开关型直流电源。随着电力电子技术的发展和用户对电力操作直流电源要求的不断提高，传统的相控型整流电源因体积大、噪声高、功率因数及效率低、对

9、电网污染严重，正被逐步淘汰。而开关电源因体积小、噪声低、功率因数、效率高、性能稳定，技术也日趋成熟，越来越成为市场需求的热点。 直流电力操作电源的种类。直流电力操作电源采用AC/DC变换器。根据输入不同分为单相交流输入和三相交流输入。输出电压等级有110V和220V两种。国外的产品皆以单相交流输入的开关电源为主，国内的产品有单相交流输入和三相交流输入两种。在直流电力操作电源中，主要使用的主电路拓扑是全桥、半桥变换电路。当输入为单相交流时，主电路的输入级还增加有源功率因数校正(Active Power Factor Correction 简称APFC)电路。此种电源成本高，但输入特性好，如，谐波

10、电流小，功率因数高，一般为0.99以上。在大、中功率开关电源中一般使用全桥变换电路；在中小开关电源中也有用半桥、双管正激变换电路的；近年来也有一些研究单位把三电平变换电路用于电力操作电源。 在反馈控制方式上，主要采用电压控制模式和电流控制模式。电压控制模式具有稳定性好，动态性能较差，可靠性高，带载能力强等特点。电流控制模式具有动态响应速度快，主回路过电流控制能力强，系统可靠性高等特点。电流控制模式又分为平均电流模式和峰值电流模式。在软开关技术的应用上，目前国内，只有华为、许继电源的电力操作电源模块应用了移相全桥软开关技术。也有个别厂家采用了准谐振软开关技术。在国内电力市场上国外的电力操作电源有

11、APFC电路，该电路使用了并联谐振软开关技术，能实现主开关管的零电压开关(ZVS)。在使用的开关器件上，主要是IGBT和电力MOSFET。一般功率在3kW以下的开关电源中，以电力MOSFET为主要开关器件。开关频率为几十kHz至上百kHz；而在大功率应用场合，由于IGBT的电压、电流容量大，使用较多。开关频率一般为20kHz50kHz。由于IGBT有电流托尾现象，所以开关频率不是很高，以便降低开关损耗。在磁性元器件方面，由于高频软磁材料的发展，高频变压器和滤波电感的设计更为灵活、多样。目前EE型、环型结构的使用较多。变压器主要使用铁氧体材料，目前国内的生产厂家的制造水平已经完全满足开关电源的要

12、求，其材料的高频损耗也较小，如南京康达、北京七星飞行等厂家。高频滤波电感主要使用铁氧体材料、铁镍50材料、铁硅铝材料等。用铁氧体材料做电感，需要加气隙，防止电感饱和，这样会有漏磁问题需要处理。用铁镍50材料或铁硅铝材料做的环型磁芯具有磁导率很低，高频损耗小、价格适中等特点，是做高频电感的较理想材料。但是，加工难度较大。目前，北京七星飞行是国内低磁导率的高频软磁材料做的最好厂家。在散热方式上，主要采用强制风冷和自冷两种方式。目前强制风冷结构使用较多。由于国内的使用环境一般较差，灰尘较多，在不是独立风道的强制风冷结构的直流电力操作电源模块因环境引起的故障率较大。所以具有独立风道的强制风冷结构和自冷

13、结构形式为主要发展潮流。在电磁干扰方面，问题较为突出。由于成本、技术的限制，大多数厂家的开关电源的输入滤波电路并不能消除开关电源对电网侧的电磁污染，有的生产厂家甚至基本不作处理。由于一些电磁兼容的检验项目很快会被强制执行，所以开关电源的电磁干扰问题有待于很好处理。此外，防雷措施考虑不周也是造成操作电源损坏的原因之一。目前，国外生产适用于我们国内电压等级的高频开关电源的厂家极少，国内开发、生产该产品的单位为数不少。但国外产品由于价格昂贵和不符合中国国情未能完全进入中国电力市场。同时，由于有进入电网的许可证问题，所以开关电源的生产厂家主要是国内的，进口电源主要以给相关厂家配套使用。主要生产厂家有河

14、南许继、深圳华为（只生产模块）、深圳奥特迅、烟台东方电子、黑龙江哈尔滨的九洲、青岛的青整、浙江的青田、无锡的思达、北京动力环、江苏的大唐科源、武汉的电力仪表等。1.3.2 直流电力操作电源的发展趋势随着国家对电网用电质量的要求提高，随着技术的进步，特别是功率器件的更新换代，功率变换技术的不断改进，新型电磁材料的不断使用，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，开关电源的缺点正逐步得到克服，特别是近年来，由于软开关技术的逐步应用，使得直流电力操作电源在降低开关损耗、提高功率因数、改善输入侧的电流谐波、降低制造成本、提高系统的动态性能、减小输出纹波系数、提高系统的可靠性等等方面也都取得长足

15、的进步和发展。目前，直流电力操作电源的发展趋势为：(1) 进一步提高开关频率，减小体积，提高功率密度，减轻重量；(2) 提高功率因数，减少电流谐波污染；(3) 降低开关器件的电压、电流应力，提高开关器件的可靠性；(4) 提高整机效率；(5) 减少开关噪声和电磁干扰，电磁兼容性能将会提高；(6) 提高耐受浪涌冲击能力。(7) 增强开关电源的智能化程度。(8)在直流电力操作电源模块中，暂时没有完全数字控制的产品。但数字控制技术是开关电源的一个发展趋势。目前，已有一些控制芯片厂商正在研发适用于开关电源的低成本、全数字控制的专用控制芯片。在技术应用上，主要趋向于软开关技术，因为软开关技术不但能够减少开

16、关损耗，同时能够大幅度降低开关器件的电压、电流应力和开关噪声，提高整机的可靠性和功率密度。1.4正常工作条件1.4.1常工作环境条件a) 环境温度：-540。b) 大气压力：80kPa110kPa。c) 相对湿度：最湿月的平均最大相对湿度为90，同时该月的平均最低温度为25。且表面无凝露。d) 安装位置：垂直安装，偏离基准任一方向不超过5度。e) 使用场所：无强烈的振动和冲击，无爆炸危险的和破坏绝缘的介质，且具有防御雨、雪、风、沙的设施。正常工作电源条件a) 交流输入电压：380V15，相间不平衡对称度不大于5。b) 交流电源波形：正弦波。c) 交流电源频率：50Hz5。1.4 2技术指标直流

17、输出电压a) 专供控制负荷的直流母线电压为系统标称电压值的85110。b) 专供动力负荷的直流母线电压为系统标称电压值的87.5112.5。c) 控制与动力负荷合并供电的直流母线电压为系统标称电压值的87.5110。d) 设置硅降压装置，控制负荷与动力负荷混合供电的直流系统： 控制负荷直流母线电压为系统标称电压值的87.5110。 动力负荷直流母线电压为系统标称电压值的87.5115。直流输出电流a) 专供控制负荷的直流母线电流为125A、160A、200A、250A、300A、400A。b) 专供动力负荷的直流母线电流为125A、160A、200A、250A、300A、400A、500A、6

18、30A、800A、1000A、1250A、1600A。c) 控制与动力负荷合并供电的直流母线电流为125A、160A、200A、250A、300A、400A、500A、630A、800A、1000A、1250A、1600A。d) 设置硅降压装置，控制负荷与动力负荷混合供电的直流系统： 控制负荷直流母线电流为20A、40A、60A。 动力负荷直流母线电流为125A、160A、200A、300A。高频开关整流器a) 输出电压调节范围：220V模块：180V290V； 110V模块：90V150V；b) 稳压精度：0.5。c) 稳流精度：1。d) 纹波系数：0.3。e) 均流不平衡度：5(50100

19、负载)； 10(1050负载)。f) 满载效率：90。g) 功率因数：0.92。h) 音响噪声：55dB。绝缘电阻：10M。绝缘强度：交流50Hz、有效值2000V(直流3000V)，1min。1.5功能特点1.5 1充电装置采用高频开关整流模块N1冗余并联组合方式供电，运行稳定可靠。整流模块可带电插拔更换，个别模块故障不会影响系统正常工作，维护快捷方便。1.5 2整流模块采用先进的移相谐振高频软开关技术，实现了功率开关管的零电压开通，具有开关损耗小、电磁干扰低、可靠性高的优点。1.5 3并联的整流模块采用低压差硬件自主均流技术，可以使负载电流平均分配到各个整流模块，实现负荷均担，延长模块使用

20、寿命。整流模块的工作采用不依赖上位监控的方式，即使在监控模块故障退出时，整流模块也能按预先设定的浮充电方式工作，保证电池组正常的充电电压，确保系统安全供电。控制母线电压采用降压硅堆自动调节方式，具有过载能力强、耐冲击电流大的优点。同时自动调压装置可在线监测降压硅堆的工作状况，当降压硅堆故障开路时，调压装置可自动把故障开路的硅堆短接旁路，保证控制母线不间断供电，可避免采用DC-DC变换器调节方式在输出过载或短路时，因保护限流而不能可靠地分断故障回路的断路器或熔断器，使控制母线电压严重下降，扩大事故范围。智能型变送器，具有数字显示与串行通信双重功能，四位半数字显示精度高，读数方便，显示精度达0.5

21、级。RS485串行通信抗干扰能力强，可靠性高。内置CPU并具有自诊断功能，其中任何一个故障不影响监控模块对其他设备的通信和监控功能。蓄电池巡检装置，可实时在线监测电池组单只电池的电压，并可以实现单只电池电压异常报警和蓄电池开路或短路报警功能，为电池的维护带来极大的方便。直流绝缘监测装置，可实时在线监测直流母线对地的绝缘电阻值。馈线支路绝缘监测采用漏电流检测原理，可精确地计算出馈线支路绝缘电阻值，避免正负极对地电容对测量精度的影响。并可以实现母线电压异常和绝缘降低报警功能，为系统的维护带来极大的方便。集中监控装置采用486工控机，240128大屏幕液晶汉字显示，强大的菜单操作提示信息，便于人机对

22、话和减少误操作。直流系统中各设备的运行状态、运行参数、告警信息等内容可通过LCD实时显示，系统运行相关参数可通过键盘和LCD进行设置和维护，同时监控模块具备RS232和RS485RS422通信接口，远方调度中心通过电站综合自动化系统或MODEM方式，实现对电源系统的遥测、遥信、遥控和遥调功能，可以满足无人值守。监控装置具备完善的智能电池管理功能，它能对电池的端电压、充放电电流、电池房环境温度等参数作实时的在线监测，可准确地根据电池的充放电情况估算电池容量的变化，还能在电池放电后按用户事先设置的条件和运行参数，通过调节整流器的输出电压，自动完成电池的限流充电和均浮充转换，并可以自动完成电池的定时

23、均充维护和均浮充电压温度补偿工作，实现了全智能化，不需要任何人工干预。1 .6系统工作原理PZ61系列电力操作直流电源系统主要由交流配电单元、高频开关整流模块、蓄电池组、硅堆降压单元、直流配电单元、电池巡检、绝缘监测、充电监控、配电监控和集中监控模块等部分组成。不同的系统配置方案具有不同的接线方式，但基本原理是一致的，其原理框图如图2-1所示。图2-1 电力操作电源系统原理框图1.6.1交流正常工作状态系统交流输入正常供电时，通过交流配电单元给各个整流模块供电。整流模块将交流电变换为直流电，经保护电器(熔断器或断路器)输出，一方面给蓄电池充电，另一方面经直流配电馈电单元给直流负载提供正常工作电

24、流。监控单元采用集散方式对系统进行监测和控制。整流模块、蓄电池组、直流配电单元的运行参数分别由充电监控电路和配电监控电路采集处理，然后通过RS485串行通信口把处理后的信息上传给监控模块，由监控模块统一处理后显示在液晶屏幕上。同时监控模块可通过人机对话操作方式对系统进行设置和控制，还可以通过RS485或RS232/ RS422串行通信口接入电站监控系统，实现远程对电源系统进行设置和控制。监控模块通过对采集数据的分析和判断，能自动控制整流模块完成对蓄电池的限流充电控制、均充/浮充转换控制、温度补偿控制等，以保证电池的正常充电，延长电池使用寿命。1.6.2交流失压工作状态系统交流输入故障停电时，整

25、流模块停止工作，由蓄电池不间断地给直流负载供电。监控模块时实监测蓄电池的放电电压和电流，当蓄电池放电到设置的终止电压时，监控模块告警。同时监控模块时刻显示、处理配电监控电路上传的数据。1.6.3系统工作能量流向系统工作时的能量流向如图2-2所示。图2-2 系统工作能量流向图1.7 系统配置接线系统配置PZ61系列电力操作直流电源系统，根据电力工程直流系统设计技术规程的设计要求和用户的使用要求，可提供以下六种系统配置方案。一组蓄电池、一组整流器、单母线接线配置方案：方式一：PZ61/-111A-/220(110)；方式二：PZ61/-111B-/220(110)。一组蓄电池、一组整流器、单母线分

26、段接线配置方案：方式一：PZ61/-112A-/220(110)；方式二：PZ61/-112B-/220(110)。一组蓄电池、二组整流器、单母线接线配置方案：方式一：PZ61/-121A-/220(110)；方式二：PZ61/-121B-/220(110)；方式三：PZ61/-121C-/220(110)。一组蓄电池、二组整流器、单母分段线接线配置方案：方式一：PZ61/-122A-/220(110)；方式二：PZ61/-122B-/220(110)；方式三：PZ61/-122C-/220(110)；方式四：PZ61/-122D-/220(110)；方式五：PZ61/-122E-/220(1

27、10)。系统接线PZ61系列电力操作直流电源系统，根据电力工程直流系统设计技术规程的设计要求和用户的使用要求，可提供以下二十种典型接线方案。系统接线图中的充电装置输出回路和蓄电池组出口回路均经熔断器和隔离开关接入直流母线，具体工程可采用同时具有保护和隔离作用的直流断路器，用户应以制造厂提供的成套设备图纸为准。PZ61/-111A-/220(110)接线方案：直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成，直流母线为单母线接线。正常运行时，充电装置经直流母线对蓄电池充电，同时提供经常负荷电流，蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压。该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组可配置102、103或104只(1

28、10V系统可配置51或52只)PZ61/-111B-/220(110)接线方案：直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成，直流母线为单母线接正常运行时，充电装置经动力直流母线对蓄电池充电，同时经硅降压装置向控制直流母线提供经常负荷电流，蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压，从动力直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压。该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组可配置108只(110V系统可配置53或54只)。PZ61/-112A-/220(110)接线方案：直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成，直流母线为单母线分段接线。正常运行时，充电装置经充电直流母线对蓄电池充电，同时向两段直流

29、母线提供经常负荷电流，蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压。该系统方案的任一段直流母线故障时，均可将环形供电的负载倒至正常母线段，该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组可配置102、103或104只(110V系统可配置51或52只)。PZ61/-112B-/220(110)接线方案：直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成，直流母线为单母线分段接线。正常运行时，充电装置经充电直流母线对蓄电池充电，同时经硅降压装置向两段控制直流母线提供经常负荷电流，蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压，从充电直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压。该系统方案的任一段直流母线故障时，均

30、可将环形供电的负载倒至正常母线段，该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组可配置108只(110V系统可配置53或54只)。第二章 系统组屏2.1功能分屏PZ61系列电力操作直流电源系统，根据在系统中承担的主要单元功能，可提供以下六种不同的分屏形式。 PZ61-ZK整流馈电屏：整流、联络、馈电合并在一个机柜内，接入蓄电池组即可组成一套完整的操作电源系统。 PZ61-Z整流器屏：主要装设ZZG10系列高频开关整流模块，分别给蓄电池组和直流负荷提供充电电流和经常负荷电流。 PZ61-L直流联络屏(电源进线屏)：主要装设隔离开关和相应的保护电器(熔断器或断路器)，实现由蓄电池组和充电装置到直流母线的输出连接。

31、 PZ61-K直流馈电屏：主要装设直流断路器，实现由直流母线给各馈线支路控制负荷和动力负荷供电。 PZ61-D蓄电池屏：主要装设蓄电池组，蓄电池分层排列布置，适合容量为200Ah及以下的蓄电池组。 PZ61-F直流分电屏：主要装设隔离开关和直流断路器，实现由直流主馈电屏在负荷侧给各馈线支路控制负荷供电。2.2组屏形式PZ61系列电力操作直流电源系统，根据用户的使用要求，可提供以下四种不同类型的系统组屏形式。2.3.1小型一体柜系统a) 系统由1面整流馈电屏和1面蓄电池屏组成，整流、联络、馈电合并在一个机柜内。b) 整流馈电屏可装设24个ZZG11(12)系列整流模块、1个监控模块、1个硅堆降压

32、组件和1台绝缘监测装置，直流馈电可装设610路控制馈电开关、46路动力馈电开关。c) 蓄电池屏可装设100Ah及以下容量的阀控式铅酸蓄电池1组，温度监视模块1个。可选择装设蓄电池巡检装置。d) 可提供111A、111B、112A、112B、121A、121B、121C、122A、122B、122C共10种接线方案。主要适用于35kV及以下的变电所、开闭所，工矿企事业单位配电室。也可以应用到某些小规模的110kV变电所。2.3.2小型分屏柜系统：a) 系统由1面整流器屏、12面直流馈电屏和13面蓄电池屏组成，联络与整流或馈电合并在一个机柜内。b) 整流器屏可装设48个ZZG11(12)或24个Z

33、ZG13系列整流模块、1个监控模块和1个硅堆降压组件。c) 1面直流馈电屏可混合装设1220路控制馈电开关、68路动力馈电开关、1台绝缘监测装置、1个硅堆降压组件。d) 1面蓄电池屏可装设100Ah及以下容量的阀控式铅酸蓄电池1组，温度监视模块1个。可选择装设蓄电池巡检装置。e) 2面蓄电池屏可装设100Ah 以上、200Ah及以下容量的阀控式铅酸蓄电池1组，或100Ah及以下容量的阀控式铅酸蓄电池2组。可选择装设蓄电池巡检装置。f) 3面蓄电池屏可装设200Ah 以上、300Ah及以下容量的阀控式铅酸蓄电池1组，或150Ah及以下容量的阀控式铅酸蓄电池2组。可选择装设蓄电池巡检装置。g) 可

34、提供111A、111B、112A、112B、121A、121B、121C、122A、122B、122C、222A、222B共12种接线方案。主要适用于110kV的变电所，小型发电厂和水电站。2.3.3大型分屏柜系统：a) 系统由23面或46面整流器屏、12面直流联络屏、24面直流馈电屏和多个蓄电池架组成。对于某些控制负荷可设置12面直流分电屏。b) 1面整流器屏可装设46个ZZG13系列整流模块和1个监控模块，最多可装设7个ZZG13系列整流模块。c) 充电装置输出回路、蓄电池组出口回路及试验放电回路的隔离开关和保护电器装设在12面直流联络屏内。具体工程可根据需要把监控模块或绝缘监测装置装设在

35、直流联络屏内。d) 1面直流馈电屏可混合装设1220路控制馈电开关、612路动力馈电开关、1台绝缘监测装置，或单独装设2440路控制馈电开关或1224路动力馈电开关。e) 蓄电池组可装设在组合电池架上，一般布置在蓄电池室内，适合300Ah及以上容量的阀控式铅酸蓄电池系统。可选择装设蓄电池巡检装置。f) 可提供122D、122E、222C、222D、232A、232B、232C、232D共8种接线方案。主要适用于220kV500kV的变电所，大、中型发电厂和水电站。2.3实际组屏平凉变电站110KV变电站于今年8月投入运行，它的建成为平凉经济发展提供着有力的电力支持，对此我们设计的直流电源屏采用

36、小型分屏柜系统。1.1小型分屏柜系统的应用A 系统由1面整流器屏、12面直流馈电屏和13面蓄电池屏组成，联络与整流或馈电合并在一个机柜内。1.PZ61-Z整流器屏：主要装设ZZG10系列高频开关整流模块，分别给蓄电池组和直流负荷提供充电电流和经常负荷电流。2.PZ61-L直流联络屏(电源进线屏)：主要装设隔离开关和相应的保护电器(熔断器或断路器)，实现由蓄电池组和充电装置到直流母线的输出连接。3.PZ61-K直流馈电屏：主要装设直流断路器，实现由直流母线给各馈线支路控制负荷和动力负荷供电。4.PZ61-D蓄电池屏：主要装设蓄电池组，蓄电池分层排列布置，适合容量为200Ah及以下的蓄电池组。B整

37、流器屏可装设48个ZZG11(12)或24个ZZG13系列整流模块、1个监控模块和1个硅堆降压组件。1 ZZG12系列整流模块规格：ZZG12-05220-标称直流输出电压为220V，额定输出电流为5A；ZZG12-10220-标称直流输出电压为220V，额定输出电流为10A；ZZG12-10110-标称直流输出电压为110V，额定输出电流为10A；ZZG12-20110-标称直流输出电压为110V，额定输出电流为20A。2 ZZG13系列整流模块规格：ZZG13-20220-标称直流输出电压为220V，额定输出电流为20A；ZZG13-30220-标称直流输出电压为220V，额定输出电流为3

38、0A；ZZG13-30110-标称直流输出电压为110V，额定输出电流为30A；ZZG13-50110-标称直流输出电压为110V，额定输出电流为50A。 3 按照规格和工作环境，我选用3个ZZG12整流模块。工作原理ZZG12和ZZG13整流模块的原理框图如图5-2-1所示：图5-2-1 整流模块原理框图三相交流电源经EMI滤波后输入到全桥整流电路，将交流电整流为脉动的高压直流电，通过无源功率因数校正电路，将脉动的直流电转换为平直的直流电，后经DC/AC高频逆变电路将高压直流电转换为可控脉宽的高频脉冲电压波，然后通过高频整流和滤波后输出平直稳定的直流电。整流模块内的监控电路，一方面可以监测模

39、块的工作状况和运行参数，包括输出电压、电流的检测和显示，以及各种保护告警的指示和输出，并将告警信息送给充电监控模块，由充电监控模块上传给集中监控模块进行告警处理；另一方面，通过充电监控模块可以接受集中监控模块的控制命令，控制整流模块的运行，包括均/浮充转换及开/关机等。技术指标3 ZZG12整流模块的技术指标如表5-3-1所示：表5-3-1 ZZG12整流模块技术指标项目技术指标ZZG12-05220ZZG12-10220ZZG12-10110ZZG12-20110输入特性输入电压304456V(三相三线制)交流频率50Hz10功率因数0.92满载效率93最大输入功率1.65Kw3.3kW1.

40、7kW3.4kW输出特性输出电压180V290V90V150V最大输出电流6A11A11A21A限流调节范围15A110A110A220A电压上升时间25秒(软启动时间)稳压精度0.5纹波系数0.3稳流精度0.5温度系数0.2保护特性输入欠压保护值3005V(关机可恢复,回差电压510V)输入过压保护值4605V(关机可恢复,回差电压510V)输入缺相保护关机可恢复输出过压保护值2955V(关机)1555V(关机)输出过流保护关机后12秒可恢复输出短路保护以设定的限流值稳流输出,可恢复过温保护值855(关机降温后可恢复)监控特性工作电源面板绿色LED指示工作电源正常输出参数面板LED显示输出电

41、压和电流(按钮切换)告警输出输入欠压、过压、缺相，输出过压、过流和模块过温保护动作时，面板红色LED指示，同时告警输出继电器闭锁。程控电压斜率-6.5-4开/关机控制开机：电压0.5V；关机：15V电压25V，4mA电流10mA。绝缘绝缘电阻100兆欧介质强度3000Vdc其它冷却方式自然冷却音响噪声45dB重量15Kg外形接口ZZG12整流模块的外形如图5-4-1所示。图5-4-1 ZZG12整流模块结构外形图a) 面板功能 ZZG12整流模块的前面板如图5-4-2所示。图5-4-2 ZZG12整流模块前面板示意图面板上的高亮度LED数码管指示模块的输出电压或电流值，由选择按钮进行电压和电流

42、的切换显示。面板上的绿色发光二极管(LED)为工作电源指示，当模块的工作电源正常时，发光二极管点亮；当模块的交流输入电源失压或内部辅助电源异常时发光二极管熄灭。面板上的红色发光二极管(LED)为告警状态指示，当模块正常工作时，发光二极管熄灭；当模块输入欠压、过压或缺相，输出过压或过流，或模块过温保护动作时发光二极管点亮。面板上的“电压”调节电位器用于设定模块的基准输出电压，“电流”调节电位器用于设定模块的输出限流值。b) 接口特性ZZG12整流模块的后背板如图5-4-3所示。图5-4-3 ZZG12整流模块后背板示意图整流模块与外部的接线均通过一体化连接器实现，连接器端口的特性如表5-4-1所

43、示：表5-4-1 ZZG12整流模块一体化连接器接口特性端口名称引脚号代号定义说明直流输出1P输出正极模块的直流输出端，输出与机壳之间隔离。2N输出负极并机端口6CS均流信号两个及以上的模块输出并联工作时，此端并联，以实现模块均分负载电流。遥控开关机8RP控制电压正极开机：电压0.5V；关机：15V电压25V，4mA电流10mA。12RN控制电压负极告警输出18RF1模块正常工作时，继电器触点断开；输入欠压、过压、缺相，输出过压、过流或模块过温保护时，继电器触点闭合。 20RF2程控端口24VP程控电压与直流输出负极共地，外加-10V+10V可调的直流电压，可使模块的输出电压在基准电压值的基础

44、上以-6.5(-4)的斜率变化。交流输入26PE保护地与机壳连接，连接到系统保护接地母排上。27UA相输入模块的交流输入端，方式为三相三线制。28VB相输入29WC相输入整流模块与外部的接线，包括三相交流输入线、直流输出线、接地线、均流线、遥控开关机线、告警输出线和程控线，均通过机架上与模块后背板的一体化连接器对接的插座完成，可带电插拔更换，系统维护安全方便。机架上与模块后背板上的一体化连接器对接的插座端子定义如图5-4-4所示。图5-4-4 ZZG12整流模块一体化插座端子定义示意图h) 系统接线整流模块在系统中的原理接线如图5-5-1和图5-5-2所示。图5-5-1 ZZG12整流模块系统

45、原理接线图整流模块的直流输出并接到汇流母排XT上，通过汇流母排输出负荷电流。各模块的并机监控端口并联后接入FXL-11或FXL-12充电监控模块(均流信号线除外)，由充电监控模块完成对整流模块的输出控制和操作，包括充电电流限制、输出电压调节、模块开/关机控制和告警信号的上传。监控装置选用WZCK-11系统电源监控模块。外形结构WZCK-11监控模块的外形如图7-5-2所示。图7-5-2 WZCK-11型监控模块结构外形图接口特性WZCK-11监控模块的后背板如图7-5-3所示。图7-5-3 WZCK-11型监控模块后背板示意图监控模块的后背板有五个对外接口插座，包括电源、通信和开出插座，各插座

46、端口的定义和特性如表7-5-2、表7-5-3、表7-5-4、表7-5-5和表7-5-6所示：表7-5-2 WZCK-11型监控模块电源接口特性(插座A)端口名称引脚号代号定义说明工作电源1Vin输入正极监控模块的工作电源输入端，连接到直流母线上。2Vin输入负极4PE保护地连接到系统保护接地母排上。告警输出51NC1监控模块异常告警输出，当模块工作电源失压或内部二次电源故障时，继电器触点闭合。61NC2表7-5-3 WZCK-11型监控模块通信接口特性(插座C)端口名称引脚号代号定义说明通信接口COM11ADATA+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。

47、缺省连接FXL-11(12)充电监控模块。2BDATA-3GND信号地通信接口COM24ADATA+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。缺省连接FZB-10系列智能变送器。5BDATA-6GND信号地通信接口COM37ADATA+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。缺省连接FKR-11开关量采集模块。8BDATA-9GND信号地通信接口COM410ADATA+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。根据具体工程需要连接其它设备。11BDATA-12GND信号地通信接口COM

48、513ADATA+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。固定连接开关量输出模块。14BDATA-15GND信号地表7-5-4 WZCK-11型监控模块通信接口特性(插座B)端口名称引脚号代号定义说明通信接口COM61ADATA+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。缺省连接绝缘监测仪。2BDATA-3GND信号地通信接口COM74ADATA+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。缺省连接电池巡检仪。5BDATA-6GND信号地通信接口COM87ADATA+监控模块与下级设备的

49、通信接口，为串行异步半双工传输模式，接口电平为RS485。根据具体工程需要连接其它设备。8BDATA-9GND信号地10RX+RX+监控模块与下级设备的通信接口，为串行异步全双工传输模式，接口电平为RS422。根据具体工程需要连接其它设备。11RX-RX-12TX+TX+13TX-TX-14GND信号地注：通信接口COM8不能同时提供RS485和RS422，可通过串口卡上的跳线进行选择。表7-5-5 WZCK-11型监控模块通信接口特性(插座D)端口名称引脚号代号定义说明通信接口COM91GND信号地监控模块与上位机的通信接口，为串行异步全双工传输模式，接口电平为RS232。2TXDTXD3R

50、XDRXD4GND信号地监控模块与上位机的通信接口，接口电平兼容于RS422和RS485。5RX+RX+6RX-RX-7TX+TX+8TX-TX-通信接口COM109GND信号地监控模块与上位机的通信接口，为串行异步全双工传输模式，接口电平为RS232。10TXDTXD11RXDRXD12GND信号地监控模块与上位机的通信接口，接口电平兼容于RS422和RS485。13RX+RX+14RX-RX-15TX+TX+16TX-TX-注：通信接口COM9和COM10可以同时使用，但不能同时提供RS232和RS422RS485，可通过跳线进行选择。当跳线选择为RS422RS485兼容接口电平时，其第5

51、(13)与7(15)脚短接为RS485之DATA，第6(14)与8(16)脚短接为RS485之DATA。表7-5-6 WZCK-11型监控模块开出接口特性(插座E)端口名称引脚号代号定义说明交流电源告警11NO1当交流输入空开故障跳闸，交流缺相或失压，或防雷器失效告警时，继电器触点闭合。21NO2整流模块告警32NO1当整流器熔丝熔断或断路器故障跳闸，或整流模块异常告警时，继电器触点闭合。42NO2蓄电池组告警53NO1当电池组熔丝熔断或断路器故障跳闸，均充或浮充过压，浮充欠压或放电欠压，或电池单体异常告警时，继电器触点闭合。63NO2直流母线告警74NO1当直流母线电压或绝缘电阻越限，母联熔

52、丝熔断或断路器故障跳闸，或硅堆降压单元异常告警时，继电器触点闭合。84NO2直流馈线告警95NO1当直流馈线熔丝熔断或断路器故障跳闸时，继电器触点闭合。105NO2通信中断告警116NO1当监控模块与下级设备通信中断时，继电器触点闭合。126NO2直流系统告警147COM直流系统异常告警总输出。当直流系统发生上述任一告警信号时，继电器常开(常闭)触点闭合(断开)。157NO167NC系统接线WZCK-11监控模块的COM1COM4、COM6COM8这7个RS485串口可任意配接FXL-11(12)充电监控模块、FZB-10系列智能变送器、FKR-11开关量采集模块、绝缘监测仪和电池巡检仪等下级

53、设备，系统原理接线推荐的电路如图7-5-4所示。图7-5-4 WZCK-11型监控模块系统原理接线图人机操作界面WZCK-11监控模块的前面板如图7-5-5所示。图7-5-5 WZCK-11型监控模块前面板示意图面板上的绿色发光二极管为工作电源指示，当模块的工作电源正常时，发光二极管点亮；当模块的工作电源失压或内部辅助电源异常时，发光二极管熄灭。面板上的红色发光二极管为告警状态指示，当系统工作正常时，发光二极管熄灭；当系统异常发生告警时，发光二极管点亮。液晶显示屏有240128个点阵，能显示158个汉字，并且带有背光灯，当在一定的时间内没有任何按键响应时，背光灯将自动熄灭。液晶保护后按任意一个按键，能自动唤醒背光灯重新点亮。操作键盘由功能键、方向键、数字键