直流电源系统基本原理课件

1、高频开关电源直流系统高频开关电源直流系统（培训资料）（培训资料）1.1 直流系统的种类：直流系统的种类：1)、高频开关直流系统（普遍）、高频开关直流系统（普遍）2)、晶闸管相控直流系统（少量）、晶闸管相控直流系统（少量）两种系统比较两种系统比较:相控电源纹波、高次谐波干扰较大，效率较低及体积庞大，监控系统相控电源纹波、高次谐波干扰较大，效率较低及体积庞大，监控系统不完善，难以满足综合自动化及无人值班变电站的要求。不完善，难以满足综合自动化及无人值班变电站的要求。高频开关电源具有稳压、稳流精度高、体积小、重量轻、效率高、输高频开关电源具有稳压、稳流精度高、体积小、重量轻、效率高、输出纹波及谐波失

2、真小、维护容易、噪音小、自动化程度高的优点。出纹波及谐波失真小、维护容易、噪音小、自动化程度高的优点。1.2 直流系统的电压等级：直流系统的电压等级：220V、110V、48V、24V；1.3 220V系统与系统与110V系统比较系统比较: 1） 110V直流系统要求的绝缘水平较低，提高了运行的安全性。直流系统要求的绝缘水平较低，提高了运行的安全性。 2）110V直流系统蓄电池个数比直流系统蓄电池个数比220V直流系统减少一半。直流系统减少一半。3）110V直流系统较直流系统较220V直流系统二次回路电缆截面大。直流系统二次回路电缆截面大。4）220V直流系统对变电站的事故照明回路比较有利，接

3、线简单，交直流系统对变电站的事故照明回路比较有利，接线简单，交直流回路可以共用照明灯具。直流回路可以共用照明灯具。 2.1 用途：用途：主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电 站，和其它工矿企业的变电站（所）等场合。站，和其它工矿企业的变电站（所）等场合。2.2 作用：作用：1、为信号设备、继电保护、事故照明及断路器分、合闸操作、为信号设备、继电保护、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源；提供直流电源；2、在外部交流电中断的情况下，由蓄电池继续给以上负载提、在外部交流电中断的情况下，由蓄电池继续给以上负载提供直流电源，是一种不间断的

4、电源。供直流电源，是一种不间断的电源。直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性、直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性、安全性。安全性。合母（合闸母线或动力母线）：合母（合闸母线或动力母线）：给动力设备提供启动电源的给动力设备提供启动电源的母线；如高压柜的分闸与合闸、油泵或水泵的启动等。母线；如高压柜的分闸与合闸、油泵或水泵的启动等。控母（控制母线）：控母（控制母线）：给直流负载包括仪器仪表、继电器保给直流负载包括仪器仪表、继电器保护、信号设备、事故照明等提供直流电源的母线。护、信号设备、事故照明等提供直流电源的母线。浮充：浮充：在正常运行时，充电装置承担经常负荷，同

5、时向蓄电在正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。的状态处于备用。均充：均充：就是均衡电池特性的充电，指在电池的使用过程中，因为电池的就是均衡电池特性的充电，指在电池的使用过程中，因为电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要提高电池组的充电电压，对电池进行活化充电。衡趋势的恶化，需要提高电池组的充电电压，对电池进行活化充电。直流电源系统的主要功能单元包括直流电源系统

6、的主要功能单元包括交流配电单元交流配电单元、充电装置、充电装置、蓄蓄电池组、降压装置、直流馈电单元电池组、降压装置、直流馈电单元以及以及监控单元监控单元等。等。1、交流输入采用双路三相交流进线，自动、交流输入采用双路三相交流进线，自动/手动互投。自动方式下，第手动互投。自动方式下，第路优路优先，系统默认第先，系统默认第路作主工作电源；当主工作电源失电时，第路作主工作电源；当主工作电源失电时，第路电源路电源自动投入。手动方式下，可任选第自动投入。手动方式下，可任选第路或第路或第路电源作为输入电源。路电源作为输入电源。2、交流接触器通过机械联锁和电气互锁两种方式来防止两路交流电源同时接、交流接触器

7、通过机械联锁和电气互锁两种方式来防止两路交流电源同时接入，以保证交流供电可靠运行入，以保证交流供电可靠运行 。3、配备、配备C级防雷装置，防止交流侧引入雷击损坏直流电源设备。级防雷装置，防止交流侧引入雷击损坏直流电源设备。对负载提供直流电源。对负载提供直流电源。与监控器配合对蓄电池进行各种形式的充电：均充、浮充、与监控器配合对蓄电池进行各种形式的充电：均充、浮充、恒流充。恒流充。原理方框图：原理方框图：1、EMI（电磁干扰）：作用是滤除由电网进来的各种干扰信号。2、PFC（功率因数校正 ）：主要为改善电源供应器输入端有效功率与视在功率的比值，提高输入功率因数。3、PWM（脉宽调制）：通过调制P

8、WM的占空比,起到调整输出电压的作用。 作后备电源：作后备电源：一旦交流失电将由蓄电池供电；一旦交流失电将由蓄电池供电； 作滤波电容：作滤波电容：使整流器的直流输出更加平滑，为负载提供质量更使整流器的直流输出更加平滑，为负载提供质量更 好的直流电源；好的直流电源； 作动力设备的启动电源：作动力设备的启动电源：因为动力设备瞬间启动的电流比较大因为动力设备瞬间启动的电流比较大,这这 个电流由蓄电池组来提供。个电流由蓄电池组来提供。镉镍蓄电池：镉镍蓄电池：正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由镉制成的一种正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由镉制成的一种碱性碱性蓄电池蓄电池。具有良好的大

9、电流放电性能（具有良好的大电流放电性能（10C512C5）。数量多，维护工作量）。数量多，维护工作量大，造价相对较高。大，造价相对较高。NEXTNEXT阀控式免维护密封铅酸蓄电池：阀控式免维护密封铅酸蓄电池：蓄电池正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，蓄电池正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，释放气体，当内部气夺降低后安全阀自动闭合，同安全阀自动开启，释放气体，当内部气夺降低后安全阀自动闭合，同时防止外部空气进入蓄电池内部，使其密封。蓄在使用寿命期限内，时防止外部空气进入蓄电池内部，使其密封。蓄在使用寿命期限内，正常使用情况下无需补加电解液，称

10、之为免维护蓄电池。正常使用情况下无需补加电解液，称之为免维护蓄电池。分类分类:胶体蓄电池胶体蓄电池: 常见的有德国阳光常见的有德国阳光(Sonnenschein)、德国荷贝克、德国荷贝克 （HOPPECKE）、）、玻璃纤维蓄电池玻璃纤维蓄电池: 美国海志美国海志(HAZE)、常用的电池品牌：常用的电池品牌：（进口）（进口）:美国埃克塞德美国埃克塞德(EXIDE)、德国荷贝克（德国荷贝克（HOPPECKE）、）、 美国海志美国海志(HAZE)；（国内）（国内）:顺德汤浅、顺德汤浅、沈阳松下、沈阳松下、深圳理士奥、哈尔滨光宇、番禺恒达；深圳理士奥、哈尔滨光宇、番禺恒达；调节控制母线电压，以向负载提

11、供合适的直流电压。通常采用降压调节控制母线电压，以向负载提供合适的直流电压。通常采用降压硅链串接于合闸母线和控制母线之间进行调压，允许范围硅链串接于合闸母线和控制母线之间进行调压，允许范围2.5%Ue。可自动或手动调节。可自动或手动调节。为什么要调压？为什么要调压？若控制母线上电压过高，则对长期带电的设备，如继电器、信若控制母线上电压过高，则对长期带电的设备，如继电器、信号灯等造成损坏或缩短其使用寿命；若控制母线电压过低，则可能导致继电保号灯等造成损坏或缩短其使用寿命；若控制母线电压过低，则可能导致继电保护装置和断路器操动机构拒绝动作护装置和断路器操动机构拒绝动作 。将控制电压和合闸电压分配给

12、各负载支路，可实现多种母线的接线方将控制电压和合闸电压分配给各负载支路，可实现多种母线的接线方式，并具有配电监控、直流绝缘监测、开关量监测、闪光输出的功式，并具有配电监控、直流绝缘监测、开关量监测、闪光输出的功能等。能等。配电监控（必选功能）配电监控（必选功能）：测量交流电压、直流电压电流；测量交流电压、直流电压电流；绝缘监测（可选功能）绝缘监测（可选功能）：监测母线及馈出支路的绝缘情况，监测母线及馈出支路的绝缘情况，并可报出正负母及支路绝缘下降的接地电压和接电电阻值。并可报出正负母及支路绝缘下降的接地电压和接电电阻值。开关量监测（可选功能）开关量监测（可选功能）：通过检测该报警触点状态变化，

13、获通过检测该报警触点状态变化，获得空气开关的状态，从而发出报警信号。得空气开关的状态，从而发出报警信号。1、对充电模块、配电监控模块、绝缘监测模块等下级智能监控模块实、对充电模块、配电监控模块、绝缘监测模块等下级智能监控模块实施数据搜集并加以显示；施数据搜集并加以显示；2、根据系统的各种设置参数进行告警处理、历史数据管理等；、根据系统的各种设置参数进行告警处理、历史数据管理等；3、根据不同的情况进行电池管理，输出控制等操作；、根据不同的情况进行电池管理，输出控制等操作；4、有、有LCD、键盘等人机界面，可实现与后台机的通讯，将数据上传。、键盘等人机界面，可实现与后台机的通讯，将数据上传。 UI

14、交流恢复交流中断正常运行自动恒流恒压初始充电正常运行3h3h3h0.01C10A0.1C10A0.01C10A0.01C10AUe NUf NtU/IN：电池组节数C10：电池容量Ue NUe NUf NUf NUe：单体电池均充电压Uf：单体电池浮充电压稳流均充电流稳流均充时间均充保护时间恒流恒流恒压恒压浮充浮充均充维护时间1、 检查各信号灯工作是否正常；检查各信号灯工作是否正常；2、每天记录直流屏的运行情况，电压、电流值，若发现异常及时处理；、每天记录直流屏的运行情况，电压、电流值，若发现异常及时处理；3、蓄电池组状态检查、蓄电池组状态检查: （1）保持蓄电池外部清洁（）保持蓄电池外部清洁

15、（2）观察各电池外观是否有膨胀现象；）观察各电池外观是否有膨胀现象； 1、 每月测量一次蓄电池组的电压及单体电池的电压每月测量一次蓄电池组的电压及单体电池的电压, 每只电池电压应在每只电池电压应在2.232.25V（浮（浮充），若发现电池的电压偏低或不均匀充），若发现电池的电压偏低或不均匀, 应采取补充电的方法，使电池的电压及容量恢应采取补充电的方法，使电池的电压及容量恢复均匀；复均匀； 2、 每年对蓄电池核对容量一次，对蓄电池核对容量有二个目的；每年对蓄电池核对容量一次，对蓄电池核对容量有二个目的； (1) 了解蓄电池的实际运行容量；了解蓄电池的实际运行容量； (2) 对蓄电池组进行一次活化

16、，使电池容量均匀。对蓄电池组进行一次活化，使电池容量均匀。 平时蓄电池组并联在整流设备上，长期保持浮充状态，这种电池在长期浮充之后，常常会平时蓄电池组并联在整流设备上，长期保持浮充状态，这种电池在长期浮充之后，常常会出现活性物质脱落、电解液干涸、极板变形、栅极腐蚀及硫化等现象导致蓄电池容量降低甚至出现活性物质脱落、电解液干涸、极板变形、栅极腐蚀及硫化等现象导致蓄电池容量降低甚至失效。因此失效。因此原邮电部电信总局颁布的电信电源维护规程第原邮电部电信总局颁布的电信电源维护规程第83条规定条规定：蓄电池每年做一次放电深：蓄电池每年做一次放电深度为度为30%40%的核对性放电试验；每三年做一次放电深

17、度为的核对性放电试验；每三年做一次放电深度为100%的容量试验，使用六年以后的容量试验，使用六年以后每年一次。每年一次。蓄电池放电期间应每小时测量一次端电压和放电电流。蓄电池放电期间应每小时测量一次端电压和放电电流。 当只有一组蓄电池时，不能退出运行，也不能作全核对性放电，只能用当只有一组蓄电池时，不能退出运行，也不能作全核对性放电，只能用I10的电流恒流放出额定的电流恒流放出额定容量的容量的40。在放电过程中，蓄电池组端电压不得低于。在放电过程中，蓄电池组端电压不得低于2VN。放电后，应立即用。放电后，应立即用I10电流进行电流进行均衡充电。如果蓄电池容量达不到额定容量的均衡充电。如果蓄电池

18、容量达不到额定容量的40，应反复放充（，应反复放充（23）次，一般蓄电池组容）次，一般蓄电池组容量可得到恢复。量可得到恢复。 如有两组蓄电池，可先对其中一组蓄电池作全核对性放电，用如有两组蓄电池，可先对其中一组蓄电池作全核对性放电，用I10的电流恒流放电的电流恒流放电10小时，若其小时，若其间有个别蓄电池组的端电压下将到间有个别蓄电池组的端电压下将到1.8VN时，应停止放电。放完电后用时，应停止放电。放完电后用I10电流进行均衡充电。电流进行均衡充电。如果蓄电池组放出的容量达不到额定容量的如果蓄电池组放出的容量达不到额定容量的80以上，应对蓄电池组重复进行多次的全核对性以上，应对蓄电池组重复进

19、行多次的全核对性放充电。若经过放充电。若经过3次全核对性放充电，容量均达不到额定容量的次全核对性放充电，容量均达不到额定容量的80以上，则认为改组蓄电池以上，则认为改组蓄电池使用年限已到，应安排更换。使用年限已到，应安排更换。1、测量电压、电流时要作好安全保护措施：如戴绝缘手套等。、测量电压、电流时要作好安全保护措施：如戴绝缘手套等。2、检修时最好有两个一起人作业。、检修时最好有两个一起人作业。3、直流屏的监控器的参数在调试时已按最优配置设定好，不能随意改动里、直流屏的监控器的参数在调试时已按最优配置设定好，不能随意改动里面的数参。面的数参。4、若果直流屏出现严重故障，请及时联系厂家。、若果直

20、流屏出现严重故障，请及时联系厂家。 E31输出欠压。当输出电压小于输出欠压。当输出电压小于1981Vdc时，模块告警，有直流输出，保护指示灯时，模块告警，有直流输出，保护指示灯（黄色）亮。电压恢复后，模块输出欠压告警消失，（黄色）亮。电压恢复后，模块输出欠压告警消失，模块将自动恢复为正常工作模块将自动恢复为正常工作。7.1智能风冷型模块块故障代码（智能风冷型模块块故障代码（TMR系列）系列） E33交流过交流过/欠压。当输入电压小于欠压。当输入电压小于31310Vac或者大于或者大于48510Vac，模块保护，模块保护，无直流输出，保护指示灯（黄色）亮。电压恢复到无直流输出，保护指示灯（黄色）

21、亮。电压恢复到33510Vac46015Vac之间后，之间后，模块自动恢复正常工作模块自动恢复正常工作。 E32模块过温（模块过温（ 80 ） 。模块的进风口被堵住或环境温度过高导致模块内部的温度。模块的进风口被堵住或环境温度过高导致模块内部的温度超过设定值时，模块会过温保护，模块面板的保护指示灯（黄色）亮，模块无电压输出。超过设定值时，模块会过温保护，模块面板的保护指示灯（黄色）亮，模块无电压输出。当异常条件清除、模块内部的温度恢复正常后（当异常条件清除、模块内部的温度恢复正常后（ 60 ），），模块将自动恢复为正常工作模块将自动恢复为正常工作。 E34交流缺相。当输入缺相时，模块限功率输出

22、（大根只有额定功率的一半）；当输交流缺相。当输入缺相时，模块限功率输出（大根只有额定功率的一半）；当输入电压正常后模块入电压正常后模块自动恢复正常工作自动恢复正常工作。 E36输出过压。当输出电压大于输出过压。当输出电压大于3255Vdc时，模块保护，无直流输出，保护指示灯时，模块保护，无直流输出，保护指示灯（黄色）亮。（黄色）亮。模块不能自动恢复，必须将模块断电后重新上电模块不能自动恢复，必须将模块断电后重新上电。7.2自然冷却型模块故障代码（自然冷却型模块故障代码（TMR2系列）系列） E01输出欠压。功能与智能风冷型模块相同。输出欠压。功能与智能风冷型模块相同。 E02输出过压。功能与智

23、能风冷型模块相同。输出过压。功能与智能风冷型模块相同。 E03输出过流保护。当模块输出电流大于过流设定点后，模块停止输出，故障灯亮，输出过流保护。当模块输出电流大于过流设定点后，模块停止输出，故障灯亮，模块不能自动恢复，必须将模块断电后重新上电模块不能自动恢复，必须将模块断电后重新上电。 E04输出过压保护。功能与智能风冷型模块相同。输出过压保护。功能与智能风冷型模块相同。 E05模块过温保护。功能与智能风冷型模块相同。模块过温保护。功能与智能风冷型模块相同。 E06交流输入异常。功能与智能风冷型模块相同。交流输入异常。功能与智能风冷型模块相同。7.3其它部件故障其它部件故障7.3.1 电池巡

24、检仪电压异常电池巡检仪电压异常 逐个测量电池逐个测量电池巡检仪巡检仪端口上的输入电压，保证相邻两个端口之间的电压与端口上的输入电压，保证相邻两个端口之间的电压与实际连接电池的电压相同，任何形式的虚接（压住电缆皮，连接不可靠、实际实际连接电池的电压相同，任何形式的虚接（压住电缆皮，连接不可靠、实际没有连接）将导致电池电压检测异常。没有连接）将导致电池电压检测异常。如果电池巡检仪端口上的电压与实际电池电压一致，则可判断是电池巡检仪本如果电池巡检仪端口上的电压与实际电池电压一致，则可判断是电池巡检仪本身的故障，需要维修或更换。身的故障，需要维修或更换。7.3.2 绝缘测仪报支路绝缘异常绝缘测仪报支路

25、绝缘异常（1）先从主监控器里查看是哪一支路报故障；）先从主监控器里查看是哪一支路报故障；（2）用万用表测量正母线对地、负母线对地的电压值，若测得两个电压不平）用万用表测量正母线对地、负母线对地的电压值，若测得两个电压不平衡，则说明真的存在接地。电压偏低的那一极就存在接地。衡，则说明真的存在接地。电压偏低的那一极就存在接地。（3）查找接地点。可以用专用仪表排查。）查找接地点。可以用专用仪表排查。特别说明：两路直流馈出回路之间构成环路也会报支路绝缘故障，但这种现象特别说明：两路直流馈出回路之间构成环路也会报支路绝缘故障，但这种现象正母线对地、负母线对地电压是平衡的。一般会报一路正线绝缘下降，另一路正母线对地、负母线对地电压是平衡的。一般会报一路正线绝缘下降，另一路报负母线绝缘下降，属于误报。报负母线绝缘下降，属于误报。7.3.3 降压硅链不能正常调压降压硅链不能正常调压 手动调整将压硅链的输出电压调整旋钮，观察是否能够正常调压；手动调整将压硅链的输出电压调整旋钮，观察是否能够正常调压； 如果手动能正常调压，而自动不能调压，可能是硅链控制单元异常。如果手动能正常调压，而自动不能调压，可能是硅链控制单元异常。 注意：更换电池熔断器可能导致直流输出电源中断！注意：更换电池熔断器可能导致直流输出电源中断！更换步骤：更换