變電站智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的維護

摘要：講述了變電站直流操作電源的種類、特點，說明了使用智能高頻開關(guān)電源的基本要求，提出了變電站智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)日常維護的注意事項。

    關(guān)鍵詞：變電站；開關(guān)電源系統(tǒng)；維護

1 概述

供給變電站二次電路的電源稱為操作電源。操作電源主要向控制、保護、信號、自動裝置電路供電，同時還作為事故照明電源。

傳統(tǒng)的操作電源有交流操作電源、硅整流型直流操作電源、蓄電池直流操作電源。交流操作電源因執(zhí)行交流操作的繼電器，以及斷路器交流合閘的操動機構(gòu)可靠性低于直流電源，一般僅用于小型配電房。硅整流型直流操作電源因不能解決事故照明和事故緊急處理的問題，只能在不重要的小型變電站中應(yīng)用。蓄電池直流操作電源的可靠性高，在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，但其充電設(shè)備存在效率不高、功率因素低、紋波大，以及電池保持容量低、壽命短等問題。目前我國許多變電站所使用的直流電源設(shè)備，由于受變壓器或晶閘管自身參數(shù)的限制，直流操作電源存在很多不足之處，例如：初充電流、浮充電流不穩(wěn)，系統(tǒng)紋波電壓過高，控制特性不佳，不便于同計算機系統(tǒng)配接實現(xiàn)監(jiān)控等；充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)運行，當(dāng)浮充電電源紋波系數(shù)較大，浮充電壓波動或偏低時，會出現(xiàn)蓄電池脈動充電、放電現(xiàn)象，造成蓄電池組或單體的過早損壞；還存在體積龐大，效率不高，1＋1冗余投資大等不足，應(yīng)該說已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足飛速發(fā)展的電力工業(yè)的需要，逐步將被具有體積小、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冗余等特點的智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)所替代。后者將整流器、調(diào)壓裝置、饋出電路、保護告警電路及監(jiān)控系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，通過計算機管理，有效地解決了以往直流操作電源的缺陷。

變電站配備的智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)，包括開關(guān)整流設(shè)備、閥控式鉛酸免維護蓄電池、直流饋電柜等，雖然設(shè)備不多，但它卻獨當(dāng)一面，是保障電網(wǎng)供電穩(wěn)定和連續(xù)性的重要設(shè)備。這些設(shè)備維護得好壞，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，而且直接涉及到電網(wǎng)的平穩(wěn)運行?？梢?，維護和使用好智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)是非常重要的。

2 基本要求及注意事項

為保證變電站直流電源系統(tǒng)的可靠性，有條件的應(yīng)盡量從兩個不同的地方引入交流輸入電源，并且兩路交流電源具有自動倒換的功能；要選用可靠性高的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化高頻開關(guān)整流設(shè)備，在實施過程中，要以可靠性、實用性為基本原則，宜簡勿繁；采用模塊化、熱插拔式結(jié)構(gòu)以便于更換；實施集中監(jiān)控管理，并合理配置備份設(shè)備。任何新技術(shù)、新設(shè)備未經(jīng)充分驗證和試運行，絕不得進(jìn)入供電系統(tǒng)。要不斷提高維護技術(shù)水平，采用集中維護、遠(yuǎn)程遙信、遙測維護等手段；要經(jīng)常分析運行參數(shù)，預(yù)測故障發(fā)生的時間和部位，作好事故預(yù)想，發(fā)現(xiàn)缺陷及時排除。

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)對環(huán)境溫度要求不高，在－5～＋40℃都能正常工作，但要求室內(nèi)清潔、少塵，否則，灰塵加上潮濕會引起主機工作紊亂。蓄電池則對溫度要求較高，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，但壽命降低，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。

——直流電源系統(tǒng)在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備（負(fù)載），也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長期運行。因為，工作性質(zhì)決定了直流操作電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運行的，增加大功率負(fù)載或在基本滿載狀態(tài)下工作，都會造成整流模塊出故障，嚴(yán)重時將損壞變換器。

——由于蓄電池組輸出電流很大，存在電擊危險，因此裝卸、改接導(dǎo)電連接條（線）、輸出線時應(yīng)特別注意安全，使用的工具應(yīng)采取絕緣措施，以保證人身和設(shè)備安全。

——不論是在浮充工作狀態(tài)還是在放電檢修測試狀態(tài)，都要保證電壓、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，因為電池的循環(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。

——閥控式密封蓄電池是貧液式電池，無法進(jìn)行電解液比重測量，所以如何判定它的好壞，目前最可靠的方法還是放電法，也可以用電導(dǎo)儀測電池的內(nèi)阻來判定閥控式密封蓄電池的好壞，但準(zhǔn)確性較差。

3 維護管理

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?還是電源系統(tǒng)，是主機還是電池組。雖說開關(guān)電源系統(tǒng)主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，更換配件很方便，但要維修故障點，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。

3.1 高頻開關(guān)電源部分

高頻開關(guān)電源在正常使用情況下，主機的維護工作量很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，灰塵將在機內(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控制紊亂造成主機工作失常，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)的運行方式進(jìn)行實驗檢查，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。

3.2 免維護蓄電池部分

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，其等效電容量的大小與蓄電池容量大小成正比。因此，維護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。因工作狀態(tài)和不正常工作狀態(tài)對全球領(lǐng)先的單片機和模擬半導(dǎo)體供應(yīng)商——MicrochipTechnology（美國微芯科技公司）推出4款64及80引腳PIC閃存單片機。新器件針對成本有限且需要額外輸入/輸出的應(yīng)用設(shè)計，如工業(yè)、計算、通訊及消費類等應(yīng)用領(lǐng)域。這批質(zhì)優(yōu)價廉的閃存單片機具有8KB或16KB程序存儲器及納瓦(nanoWatt)技術(shù)，能充分發(fā)揮電源管理的強大功能。

嵌入式控制應(yīng)用的設(shè)計人員對那些具有更多輸入/輸出且功耗較低的8位單片機產(chǎn)品的需求日益增長。Microchip新款PIC18F單片機具有多達(dá)70引腳的輸入/輸出、8KB或16KB閃存程序存儲器、768字節(jié)RAM以及納瓦技術(shù)的低功耗模式，可全面滿足上述設(shè)計需要。

除了提供高度靈活的輸入/輸出，全新PIC單片機還配備了具有多種編程功能的閃存。它具備可再編程功能，從而通過更短的開發(fā)周期、低成本仿真，以及在現(xiàn)場進(jìn)行功能代碼的靈活變動，進(jìn)一步加快產(chǎn)品上市的步伐。

PIC18Fxx10新增的輸入/輸出將使很多應(yīng)用領(lǐng)域受益匪淺，包括建立安防系統(tǒng)、設(shè)備控制器、視頻控制面板、家庭自動化系統(tǒng)及多個傳感器數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。此外，新器件具有獨特的納瓦技術(shù)，可提供電源管理模式，是電池驅(qū)動或低功耗應(yīng)用的理想解決方案。

新器件的其它主要特性包括：

＊外部時鐘頻率達(dá)40MHz(10MIPS)

＊內(nèi)部振蕩器頻率范圍由32kHz～32MHz(8MIPS)

＊時鐘失效監(jiān)視器

＊寬工作電壓范圍：2.0～5.5V；工作溫度范圍由－40℃～125℃

＊在線串行編程技術(shù)(In－CircuitSerialProgrammingTM，ICSPTM)

＊10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有多達(dá)12條通道，采樣率高達(dá)100k/s

＊兩個模擬比較器，具有可編程欠壓檢測及可編程低電壓檢測功能

＊SPITM、I2CTM及兩個USART(支持RS485、RS232及LIN)

＊三個捕獲/比較/PWM模塊蓄電池造成的影響沒有變，所以電源系統(tǒng)維護工作的重點還在蓄電池部分。

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，而是發(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實驗，這樣可防止事故和出現(xiàn)反極性蓄電池。

日常維護中也可在一組電池中選用8～10只蓄電池作為標(biāo)示電池，對其進(jìn)行定期測量并做好記錄，作為了解整組蓄電池工作情況的參考依據(jù)。

蓄電池日常維護還需經(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。

4 結(jié)語

再好的設(shè)備都有壽命期，也會出現(xiàn)各類故障，但維護工作做得好可以延長壽命并減少故障的發(fā)生，不要因為高智能、免維護而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護工作，預(yù)防在任何時候都是安全運行的重要保障。