摘要:分布式直流电力操作电源装置是一种新型的故障隔离式智能直流电源设备,采用独特的分体式分散安装方式,主要应用于小型开关站和用户末端,为二次控制线路(如微机保护等智能终端及指示灯、模拟指示器等)提供可靠的不间断直流工作电源,同时还给一次开关设备(弹簧机构真空断路器、永磁机构真空断路器、电动负荷开关等)提供直流操作电源。分布式直流电源装置体积小,安装接线方便,适合于分散安装于各种型号的开关设备内。使之比一般直流屏系统更可靠,更经济(对小型用户终端更明显),又节省占地空间,降低线路损耗及安装工程量,且维护方便,为电力系统供电可靠提供新的选择方案,

　　1 前言

　　随着国家电力系统的发展,小型变电站、开关所、楼宇箱式变电站的建设正以惊人的速度蓬勃递增,同时电力系统对电力操作电源的可靠性,安全性,方便性也提出了更进一步的要求,这就对电力操作电源提出了小型化,智能化以及经济实用的要求,在这里我们介绍一种新型的分布式直流电源。这种装置采用分体式方式,直接嵌入到开关柜体内,使得全站供电的可靠性和方便性大大提高。传统的电力操作电源一般为UPS和直流屏,采用集中式供电。如操作电源出现故障,将会引起整站无电,从而造成供电的不可靠。虽然采用UPS工程投入较低,但可靠性却是最低,而采用直流屏却需要投入比较高的成本,同时占地面积比较大,特别是对于一些终端用户来讲,采用直流屏更会造成工程成本较大的浪费。分布式直流电力操作电源装置能够根据用户的类型,用户的需求进行选配,在提高电力系统运行的可靠性的基础上最大程度的为用户节省工程费用。本文将对本装置的原理,性能以及工程应用方式做一个比较详细的阐述。

　　2　工作原理

　　分布式直流电力操作电源共有四部分组成:AC/DC智能充电管理模块,DC/DC推挽式升压模块,CPU智能控制模块以及蓄电池组。为了更详细地阐述本装置的工作原理,下面将分别详细地对本装置的各个模块功能进行描述。

　　2.1 AC/DC智能充电管理模块

　　此部分功能主要是将市电(交流220V)或PT(交流110V)转换为负载电压以及对蓄电池进行充电的电压,对电池充电的过程以及放电的过程进行智能化的管理。均、浮充充电方式相结合,并定期对蓄电池进行活化,以便能最大程度地延迟蓄电池的寿命。同时提供交流失电,电池电压过低,以及模块故障等多种告警输出节点,内部原理图如图1所示。

　　2.2 DC/DC推挽升压模块

　　此部分功能主要是将负载电压(无市电时是电池电压)通过推挽高频变换整流模块,稳压模块后输出直流220V给负载供电,内部原理图如图2所示。

　　此装置通过稳压模块能够提供负载良好的直流特性,同时通过单片机的监控,可对本体进行安全保护,避免误操作或负载过大造成装置损坏的情况。

　　2.3 CPU智能控制模块

　　此部分功能主要是采集装置信息,监控装置的运行状况以及对装置进行智能控制,使运行过程完全实现自动化,整个运行过程不需要人工的干预,内部原理图如图3所示。

　　数据采集部分将输出电压,充电电压和装置本体温度采集通过显示部分可进行现场监查,分析本体装置的运行状态进行智能控制。自行诊断。也可通过485总线通信方式进行远方监控,实现无人值守方式。

　　2.4蓄电池组

　　此蓄电池组由两个12V密封免维护铅酸蓄电池串联组成,其容量可根据用户的需求进行配置,组成结构如图4所示。

　　本电池组由于采用的是密封免维护铅酸蓄电池,可直接放在开关柜体内,不需要再占用空间和担心泄漏的问题。同时由于加入了充电管理模块。使得电池的寿命大大加长。

　　3　装置的基本性能

　　3.1装置能量的转换

　　本装置在有外电情况下,提供能量给电池充电,并同时提供能量给长期运行的负载:在储能及分合闸操作时,更多的负载能量需求由电池提供。

　　在交流输入失电时,由电池提供全部能量给输出。为负载提供不间断电源。

　　3.2自动管理

本装置利用单片机对蓄电池进行智能充放电管理,对装置进行自检,并提供装置本体的蜂鸣器报警及外部报警信号接点输出,并可与上位机通信,可用于有人、无人值守的配电系统。

本装置自动检测装置内部温度,在测得的温度高于42℃时自动开启风扇进行散热,保护内部器件,在低于32℃时自动关闭风扇,降低功耗。

　　电池活化功能,当有市电连续给电池充电超过30天后,装置自动对电池放电,进行活化,到达活化点后,装置自动切换继续让市电给电池进行充电,本过程全部自动进行,不需要人工干预。

　3.3信号输出

　　本装置带有一个继电器常闭输出接口(R11,R12),当装置有电时,此信号输出与内部蜂鸣器告警信号同步。如整个装置无电,比如装置损坏或者将SA开关断开,将闭合发出告警信号,用户可在信号输出回路加消音回路。

3.4告警功能

　　装置内部本身带有一个小蜂鸣器,有以下几种情况将会发出告警信号:

　　(1)当装置在交流输入突然掉电或输入功率不足的情况下,几十秒以后,装置将会发出告警,提醒用户发生交流失电的情况,可通过“复归”键将告警信号进行复归或者当交流输入恢复时自动复归。

　　(2)若电池电压低于一定的电压值时,装置会发出告警信号,提醒用户电池电压过低,可通过“复归”键将告警信号进行复归或者当交流输入正常后对电池充电大于告警点后自动消除。

　　(3)当负载有短路或负载过大或者装置本身出现故障也会发出告警,此信号不可复归,提示用户将装置关闭进行负载电路检查,如负载电路无短路或负载功率太大的情况,则可能是装置本身出现故障。

　　(4)当电池电压过低时,先输出报警信号,延时后关闭装置输出,避免电池的过放电。在外电恢复后自动投入运行并进行充电。

　　3　分体式直流电源的技术特点

　　3.1 安装结构的优化

　　现在传统的直流电力操作电源一般为集中安装的直流屏,直流屏在中国的电力操作电源发展史上取到了重大的作用,但随着电力系统的大力发展,直流屏的集中安装方式的弱点已逐步暴露出来。一般的直流屏是由多个电池串联起来,作为后备电源,由充电机对其进行充电,然后引出小母线对整个站的二次回路进行供电。这样当某个电池或几个电池出现故障时或寿命到时必将引起全站的供电停止,造成多个场合的供电不安全性。我们这里介绍的直流电力操作电源采用分体式结构安装方式,分散安装到每一路供电回路中,即使某一回路的电力操作电源出现故障时,也能确保其它回路供电正常,而不会出现直流屏一点故障全所无电的情况,从而实现供电系统更安全和可靠。

　　3.2自动化程度高

　　本装置采用单片机技术进行智能化管理,对输出电压,电池电压,内部温度进行在线检测,通过人机界面进行显示。对装置本身的故障自动分析。可安全的从故障点自动切除。

　　装置带有485通信功能,可通过远方观看和控制及时了解现场电力操作电源的情况,以便及时处理故障。

　　装置带有对电池活化的功能,定期对电池活化,可大大的延长电池的寿命,使其使用周期更长,降低更换率。

　　3.3节能降耗

　　由于本文提出的新型电源装置采用的是分散安装到柜体的安装方式,所以无须另外做柜体进行放置,也就节省宝贵的空间以及昂贵的电缆走线。同时对于一些小型的用户终端,如房地产,工厂等,由于用电范围小,所以所用的配电柜体较少,如此时采用直流屏对其供电,将造成较大的资源浪费。

　　4　结论

　　分布式直流电力操作电源以其安装、更换方便,性价比高,几乎无须人T干预的高自动化以及可灵活选配等特点深受广大用电系统用户的青睐,现已在全国各地广泛的使用,是电力操作电源发展的主要方向