直流系統(tǒng)智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)原理及維護(hù)

我廠350MW超臨界供熱機(jī)組的直流電源由高頻開關(guān)電源模塊、蓄電池等設(shè)備組成，智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)具有體積小、重量輕、效率高、紋波系數(shù)小、動態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、模塊可疊加輸出、N+1冗余等特點(diǎn)，而在發(fā)電廠、變電站逐步取代了傳統(tǒng)的硅整流型直流操作電源得到了廣泛的使用。但調(diào)試期間，我廠#2機(jī)組的直流電源模塊兩次發(fā)生了充電電流波動的缺陷，原因?yàn)?2機(jī)組高頻開關(guān)電源模塊近鄰熱風(fēng)口，溫度高引起調(diào)節(jié)特性變化。直流系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)的好壞，不僅關(guān)系到智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的可靠性和壽命，而且直接涉及到機(jī)組的控制和保護(hù)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。可見，維護(hù)和使用好智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)是非常重要的。

2 高頻開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和工作原理：

2.1高頻開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)

2.1.1主電路

2.1.1.1輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。

2.1.1.2整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。

2.1.1.3逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。

2.1.1.4輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2.1.2控制電路

控制電路一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。

2.1.3檢測電路

除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料。

2.1.4輔助電源

提供所有單一電路的不同要求電源。

2.2開關(guān)控制穩(wěn)壓原理

開關(guān)控制電路如圖2，開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL，在整個開關(guān)接通期間，電源E向負(fù)載提供能量;當(dāng)開關(guān)K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?，輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開

關(guān)接通時將一部份能量儲存起來，在開關(guān)斷開時，向負(fù)載釋放。圖中，由電感L、電容C2和二極管D組成的電路，就具有這種功能。電感L用以儲存能量，在開關(guān)斷開時，儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示：

EAB=TON/T*E

式中TON為開關(guān)每次接通的時間，T為開關(guān)通斷的工作周期(即開關(guān)接通時間TON和關(guān)斷時間TOFF之和)。

由式可知，改變開關(guān)接通時間和工作周期的比例，AB間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”(Time Ratio Control,縮寫為TRC)。

我廠采用脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,縮寫為PWM)的方式即開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

我廠350MW機(jī)組高頻電源共有11個模塊，設(shè)有9個工作模塊，2個備用模塊。并聯(lián)運(yùn)行的高頻電源模塊具有均流功能及均流接口，在并機(jī)應(yīng)用時使用，并聯(lián)工作的整流模塊采用硬件低差自主均流技術(shù)，使整流模塊的輸出實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均擔(dān)，具有很高的均流精度。完全支持熱插拔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使整流模塊在不需要切斷電源的情況下，可以自由插拔更換，維護(hù)更換特別方便。而且采用統(tǒng)一的高頻開關(guān)整流模塊，具有良好的可互換性。

3 高頻開關(guān)直流設(shè)備的基本要求及注意事項

由高頻開關(guān)電源的控制原理可知，智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)備，其智能化程度高，電池采用免維護(hù)蓄電池，雖然給我們帶來了許多便利，但在使用過程中要注意以下幾個方面，以確保使用安全。

高頻開關(guān)電源系統(tǒng)在環(huán)境溫度-5～+40℃能正常工作，溫度超過規(guī)定值，電子元件的特性將發(fā)生變化，因此冬季不得開啟空調(diào)運(yùn)行。局部溫度升高，將導(dǎo)致調(diào)節(jié)特性變化。表現(xiàn)為充電電流晃動。

高頻開關(guān)要求室內(nèi)清潔、少塵，否則，灰塵加上潮濕會引起主機(jī)工作紊亂。因此應(yīng)做好直流開關(guān)室的封堵工作，保持室內(nèi)清潔。

蓄電池對溫度要求較高，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃，建議溫度范圍+15～+30℃。若溫度太低，會使蓄電池容量下降，溫度每下降1℃，其容量下降1%;蓄電池放電容量會隨溫度升高而增加，使用壽命降低，如果在高溫下長期使用，溫度每增高10℃，電池壽命約降低一半。

高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中設(shè)置的參數(shù)必須控制在規(guī)定指標(biāo)內(nèi)，在使用中不能隨意改變。

蓄電池不論是在浮充工作狀態(tài)還是在放電測試狀態(tài)，應(yīng)保證電壓、電流符合規(guī)定要求。電壓或電流過高可能會造成電池的熱失控或失水，電壓或電流過小會造成電池虧電，這都會影響電池的使用壽命，尤其是前者的影響更大。

在任何情況下都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因?yàn)殡姵氐难h(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深循環(huán)壽命越短。在容量試驗(yàn)或放電檢修中，通常放電達(dá)到容量的30%～50%就可以了。

蓄電池應(yīng)避免大電流充放電，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大并且溫度升高，嚴(yán)重時將造成容量下降，壽命提前終止。

4維護(hù)管理

當(dāng)智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)先查明原因，分清是負(fù)載部分還是電源系統(tǒng)，是主機(jī)還是電池組。雖說開關(guān)電源系統(tǒng)主機(jī)有故障自檢功能，但它對面而不對點(diǎn)，更換配件很方便，但要維修故障點(diǎn)，仍須做大量的分析、檢測工作。如果自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內(nèi)容也可能有誤。

4.1高頻開關(guān)電源部分

高頻開關(guān)電源在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)工作量很少，主要是防塵和定期除塵。我廠直流小室近鄰磨煤機(jī)附近，空氣中的灰粒較多，灰塵將在機(jī)內(nèi)(主要在整流模塊內(nèi))沉積，當(dāng)遇空氣潮濕時會引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警，另外大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度都應(yīng)徹底清潔一次，同時在除塵時檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不良的情況。

定期核實(shí)智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的參數(shù)有無變化，防止人為或無意中改變所設(shè)置的參數(shù)。

每半年應(yīng)對智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查，以防止均充狀態(tài)與浮充狀態(tài)不能及時轉(zhuǎn)換而造成對蓄電池的損壞。

檢查主機(jī)設(shè)備是否正常，保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和電池的放電容量;

對主機(jī)出現(xiàn)擊穿、熔斷保險或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動，否則會造成更嚴(yán)重的故障。

4.2免維護(hù)蓄電池部分

因整流器對瞬時脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。蓄電池除有存儲直流電能的功能外，其等效容量的大小與蓄電池容量大小成正比。因此，維護(hù)檢修蓄電池的工作是非常重要的，雖說蓄電池組目前都采用了免維護(hù)電池，但這只是免除了以往的測比重、配制電解液、添加蒸餾水的工作。

蓄電池工作在浮充狀態(tài)，至少每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對電池組進(jìn)行均衡充電，以達(dá)到整組蓄電池性能的均衡。放電過程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電須先排除落后電池后再放。

核對性放電不是追求放出容量的多少，目的是發(fā)現(xiàn)和處理落后電池，通過對落后電池的處理再作核對性放電試驗(yàn)，這樣可防止出現(xiàn)反極性蓄電池。

蓄電池日常維護(hù)還需經(jīng)常檢查的項目有：清潔并檢測端電壓、溫度;連接處有無松動腐蝕現(xiàn)象，檢測連接條壓降;外觀是否完好，有無鼓肚變形和滲漏現(xiàn)象;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時，應(yīng)及時處理，對不能恢復(fù)的蓄電池要及時更換;不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起，否則可能會對整組蓄電池帶來不利影響。對壽命已到的電池組要及時更換，以免影響到電源系統(tǒng)和設(shè)備主機(jī)。

5結(jié)束語

再好的設(shè)備都有壽命期，也會出現(xiàn)各類故障，但維護(hù)工作做得好可以延長壽命并減少故障的發(fā)生，不能因?yàn)楦咧悄?、免維護(hù)而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的正常維護(hù)工作，預(yù)防在任何時候都是安全運(yùn)行的重要保障。