一期直流系统充电装置改造技术分析林艳

一期直流系统充电装置改造技术分析林艳

林艳李胜利

（福建华电可门发电有限公司运行部福建福州市350000）

摘要：可门公司一期#1机110V直流充电装置（110V共2套）和动力直流充电装置（220V共2套）为哈尔滨九洲电气公司生产，运行年限已超过9年。根据集团公司25项反措要求300MW以上机组动力直流电源要求2蓄3充。

该充电装置多次出现一些异常工况：如CPU板卡损坏、电源板卡损坏、液晶面板损坏（白屏）、直流变送器损坏等，并且存在谐波含量高、充电装置不稳定等问题，造成控制直流电源品质不可靠，严重影响一期直流电源的正常运行。介于一期直流电源的重要性，再加上该充电装置界面不友好、无GPS对时功能等，应重新更换性能更为稳定的直流充电装置。

关键词：直流系统；充电装置；改造；技术分析

引言

直流系统是保障电厂运行的重要系统，主要用来作为自动控制与保护、仪器仪表以及信号通信事故照明等方面的保安电源，在电厂正常用电中断或者是发生故障的情况下能够发挥独立电源的作用，保障电厂正常运转。由于直流系统在电厂中发挥着重要作用，其设计方式以及直流电源设备的性能与质量备受关注，加强对其相关问题的研究与探讨不仅能够保障电厂设备的安全还能在在一定程度上保障电网的稳定运行，确保整个电力系统的正常运转。

随着社会的不断发展与进步，科学技术为我们的生活和生产带来了更多的便利，同时也对直流电源的稳定性与可靠性提出了更高的要求。在上世纪八十年代，作为储能备用电池的镉镍电池已经普遍应用到了当时的生产当中，同时以免维护为目的对铅酸电池进行了结构性的改造，充放电设备也从以往的相控电源及磁饱和式电源发展为现在的微机控制的GZD，PED等直流电源成套装置，并且逐渐向智能高频开关模块式直流电源的方向发展。可门公司一期#1机110V直流充电装置（110V共2套）和动力直流充电装置（220V共2套）为哈尔滨九洲电气公司生产，运行年限已超过9年。该充电装置多次出现异常状况，存在着较大的安全隐患，影响了蓄电池的使用寿命，本文通过对直流充电装置进行分析，针对影响直流充电装置出现异常工况的因素进行了相关调查，进而提出了相应的解决方案，以供参考。

一、直流充电装置

直流充电装置概念：直流充电装置是冲击电压（电流）试验发生器的先决条件。为适应不同的测试要求，根据不同的使用条件，充电单元可分为两种类型：适用于电压要求不高但要求有较大的充电电流，比如负载大电容量（C大于50uF）发生器设备以及生产用要求充电速率较高的设备。

常用的直流充电装置：

1、直流屏直流屏通用名为智能免维护直流电源屏，简称直流屏，通用型号为GZDW。简单地说，直流屏就是提供稳定直流电源的设备。（在输入有380V电源时直接转化为220V，在输入（市电和备用电）都无输入时，直接转化为蓄电池供电——直流220V：实际上也可以说是一种工业专用应急电源）。发电厂和变电站中的电力操作电源现今采用的都是直流电源，它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源，是当代电力系统控制、保护的基础。直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站，和其他使用直流设备的用户（如石化、矿山、铁路等），适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合。直流屏是一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型直流系统。监控主机部分高度集成化，采用单板结构（Allinone），内含绝缘监察、电池巡检、接地选线、电池活化、硅链稳压、微机中央信号等功能。主机配置大液晶触摸屏，各种运行状态和参数均以汉字显示，整体设计方便简洁，人机界面友好，符合用户使用习惯。直流屏系统为远程检测和控制提供了强大的功能，并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通讯接口。通过远程通讯接口可在远方获得直流电源系统的运行参数，还可通过该接口设定和修改运行状态及定值，满足电力自动化和电力系统无人值守变电站的要求；配有标准RS232/485串行接口和以太网接口，可方便纳入电站自动化系。

2、直流电源直流电源（DCpower）有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流单使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处，以维持两个电极之间的电位差，从而形成稳恒的电流。因此，直流电源是一种能量转换装置，它把其他形式的能量转换为电能供给电路，以维持电流的稳恒流动。直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。当直流电源与外电路接通后，在电源外部（外电路），由于电场力的推动，形成由正极到负极的电流。而在电源内部（内电路），非静电力的作用则使电流由负极流到正极，从而使电荷的流动形成闭合的循环。

二、影响直流充电装置出现异常工况的因素分析

1、运行年限已久

2、液晶屏白屏

3CPU板卡损坏

4、电源极卡损坏

5、直流变送器损坏

6、交流接触器切换不正常

7、交流电压测不到

8、系统不均流

9、系统浮充不转均充

10、模拟量测量不准确

三、现状调查

可门公司一期#1机110V直流充电装置（110V共2套）和可门公司一期动力直流充电装置（220V共2套），运行年限已超过9年，该充电装置多次出现一些异常工况：如CPU板卡损坏、电源板卡损坏、液晶面板损坏（白屏）、直流变送器损坏等，并且存在谐波含量高、充电装置不稳定等问题，造成控制直流电源品质不可靠，严重影响一期直流电源的正常运行。介于一期直流电源的重要性，再加上该充电装置界面不友好、无GPS对时功能等，应重新更换性能更为稳定的直流充电装置。鉴于一期直流电源的重要性，且该充电装置无GPS对时功能等，重新更换性能更为稳定的直流充电装置。

四、方案内容

新的直流充电装置技术性能

ZHDCS系列高压直流电源系统（简称HVDC系统）是杭州中恒根据多年的研究开发和设备运行经验，针对通信系统高可靠性、高性能和节能减排要求而设计的新一代电源产品。HVDC高压直流系统因其具备中间变换环节少、高频滤波体积小、可靠性高、能耗低、可维护性好、占地面积小、投资成本低等优点，逐步取代传统的UPS。其主要性能指标参数比较如表1

从表中具体数据表明，由新型号的充电装置在各项指标上有明显的优势。

新的充电装置主要特点

HVDC具有以下特点：

1、HVDC系统并机是直流并联，只有同电位的问题，控制简单，而且并机失败也不会导致系统瘫痪，至多就是不均流。

2、HVDC系统并机数量不受限制，理论上可以做到无穷大，一般可以做到40台并联。

3、HVDC系统采用N+X并联，整机系统的负荷可以工作在60%～70%的负载，整机效率可以达到95%以上。由于电池的存在，N+1或N+X冗余并联，一台模块出故障，系统也不会发“最后通牒”，至多只是预警。

4、HVDC系统采用组态式一体化监控系统，分散控制、集中管理，各个子监控单元有自己的微机处理器独立运作，各自实现自己的控制功能，使整个系统的可靠性提高。

5、各子监控单元采用了模块化设计，可以根据系统输出容量大小和馈电分配路数的需要，通过配置不同数量的模块，满足用户不同的需求。这种模块化、积木式的设计，能够使系统组成方式更加灵活。

6、HVDC系统接线简单，维护方便，支持在线热插拔。

7、HVDC系统可靠性高、可维护性好、投资成本低、能耗低、占地面积小。

8、输入电压范围宽，适应能力强。

9、系统具备完善的电池管理功能和绝缘监测功能

3、新的充电装置工作原理：

ZHDCS系列高压直流电源系统，它是由交流市电或三相电输入，数千伏以上或数万伏以上直流电压输出的电源，输出功率数百瓦至数千瓦，一般可稳压或稳流。早先的直流高压电源是将交流市电或三相电由工频高压变压器升压变成交流高压电，然后整流滤波得到直流高压电。由于频率低，电源的体积和重量都比较大，转换效率和稳定度差。随着开关电源技术的发展与成熟，采用高频开关变换技术结合高压电源的特点而研制的直流高压电源成为主流。

4一期直流系统充电装置改造方案介绍

改造内容：我厂旧的充电装置采用人工智能及模糊控制的方法，通过监测电源系统的工作状态和运行参数，显示于液晶显示屏上，画面丰富，显示直观；可接受人工输入的数据或工作参数和指令，控制电源系统工作在设定的状态下，并可通过RS-232或RS-485通讯接口向远程控制终端传送数据信息，实现四遥功能；集充电管理监控自动化、电池电压巡检等多种功能一体，达成高度集成化；还可实现开关状态显示、过压、欠压等各种故障报警功能，还具有交流断电恢复自动启动等功能；但该充电装置寿命很短，仅仅使用了九年，该装置就出现PU板卡损坏、电源板卡损坏、液晶面板损坏（白屏）、直流变送器损坏等，并且存在谐波含量高、充电装置不稳定等问题，造成控制直流电源品质不可靠，严重影响一期直流电源的正常运行。鉴于一期直流电源的重要性，我们应该重新更换性能更为稳定的直流充电装置。

本次一期直流充电装置改造拆除旧屏，安装新屏。首先在开工前，组织现场操作人员进行安全思想教育，安全技术交底，并要求我们在操作的过程中一定要核对KKS码，防止因为误操作而产生不安全事件。紧接着我们跟维修电气人员到就地进行操作，在旧屏柜断电前，应确保馈线所有负载断电后对运行设备无影响，方可进行断电操作；然后将旧屏的负载空开全部断开，全部灯灭确认开环点无倒送电，此时联络开关及直流110V充电装置I联络屏蓄电池熔丝取下，熔丝下端处于带电状态，拆除时要做好防护隔离措施；最后等新屏到位，确认新屏所有空开都在断开位置，等检修将电缆回接。

改造后新的充电装置采用双路交流输入，自动切换：采用多模块并联设计，容量配置灵活，N+1冗余备份，整流模块间自主均流：监控配置灵活，根据用户需要，可选择多种类型主监控；监控系统可以有效实现对模块、交直流配电等的监控，提供干节点告警、显示和声光报警；实现系统全参数本地和远程遥控，满足“四遥”及无人值守需要；自动蓄电池充放电曲线对蓄电池进行管理，有效延长蓄电池使用寿命，可同时管理多组蓄电池；可根据用户需要配置放电负载与电池采样盒，实现蓄电池容量与内阻的在线监测；电池采样盒采用单片机控制管理技术，巡检速度快，可靠性好，彻底消除继电器方式慢，寿命短的弱点。

五、小结

新型直流充电装置采用双路交流输入，自动切换，监控配置灵活；监控系统可以有效实现对模块、交直流配电等的监控；实现系统全参数本地和远程遥控，有效延长蓄电池使用寿命；可根据用户需要配置放电负载与电池采样盒，实现蓄电池容量与内阻的在线监测；电池采样盒采用单片机控制管理技术，延长了继电器寿命的同时提升了继电器工作效率，性能稳定、界面友好、具有GPS对时功能，技术指标合理，各项参数显示正确，操作方便、直观、自动化程度高，维护工作量大幅减少，设备保护功能齐全，能可靠动作，反映故障及时准确无误，完全满足直流系统相关设备运行、维护条件，更换后更能有利保证一期动力直流系统220V两蓄三充及#1机110V系统直流电源的安全可靠稳定运行。

参考文献：

[1]直流屏电力网（引用日期2012-12-22）

[2]直流电源科技网（引用日期-12-22）

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