一、概述

 

　　1.直流電源柜的功能。由整流器和蓄電池組構(gòu)成的直流電源柜，是最安全、最可靠的備用電源裝置，至今仍是各類發(fā)電廠和變電站不可或缺的重要設(shè)備。直流電源柜的可靠供電，與發(fā)電廠、變電站的安全息息相關(guān)，直流電源柜故障停電，輕則造成發(fā)電廠、變電站事故停電，重則造成發(fā)電機或主變燒毀。

 

　　2.對直流柜的總體要求。一是接線簡單可靠，運行靈活，維護、安裝方便；二是所用元件、部件性能可靠、穩(wěn)定、精良；三是安裝運行的環(huán)境條件應(yīng)該符合直流電源柜的產(chǎn)品說明書之規(guī)定。

 

　　3.直流電源柜的選型要點：

 

　　1）電壓等級：220V、110V、48V、24V。

 

　　2）額定電流：10A、20A 30A50A、70A、80A、100A…

 

　　3）蓄電池：類型：鉛酸電池有閥控型、防酸型；堿性有鎘鎳電池。電池組：1組或2組。容量（Ah）：閥控鉛酸電池有40、65、100、150、200、300、400、500、700、1000。

 

　　4）安裝環(huán)境：應(yīng)滿足一定海拔高度、溫度、室內(nèi)或室外的要求。

 

　　5）其它：母線和支路絡(luò)線在線監(jiān)測、電池組在線監(jiān)測、可配備逆變電源（既作為放電裝置又可取代微機UPS）。

 

　　4.直流電源柜的組成。由整流器（充電器）、蓄電池和柜體（含保護、控制電器）三部分組成。電力用蓄電池的演變過程是：開啟式鉛酸電池（1970年前）→半密封鉛酸電池（1980年前）→堿性鎘鎳電池（1990年前）→閥控鉛酸電池（至今）。蓄電池一般由用戶指定，或根據(jù)性價比綜合選定。由于國內(nèi)閥控電池的材料及制造工藝日趨成熟，與國外蓄電池產(chǎn)品質(zhì)量、壽命等比差距已縮小。我國整流器的發(fā)展進程，基本上代表了直流電源柜發(fā)展的脈絡(luò)：直流電動發(fā)電機組（1970年以前）葉硅整流器（包括磁飽和及可控硅整流，1990年以前）→高頻開關(guān)電源（至今）。

 

　　二、新舊直流柜比較

 

　　我們把電容貯能式電源、復(fù)式整流電源、磁飽和整流電源、可控硅整流電源等組成的直流柜稱為舊式直流柜。它們雖然具有技術(shù)成熟、穩(wěn)定、運行人員熟悉、較易掌握等優(yōu)點，但也存在以下缺陷：一是基本元件工頻變壓器、電抗器、整流濾波裝置等的體積大、重量重。二是基本元件的功耗大、溫升高、效率低，柜內(nèi)元件密集，維修更換困難。三是控制電路、整流電路多由分立元件或集成電路組成，可靠性較低。四是受基本元件的制約，電氣性能技術(shù)指標(biāo)偏低。此類直流柜目前在全國范圍使用數(shù)量很大，2000年執(zhí)行的DL/T-5120-2000《小型電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程》還給它留了一個過渡時期。但是電力工程用整流器應(yīng)滿足以下條件：

 

　　1）在規(guī)定交流輸入電源下，應(yīng)滿足蓄電池組均衡充電、低壓充電和浮充電的工況要求；

 

　　2）有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流性能；

 

　　3）紋波系數(shù)??；

 

　　4）運行靈活、能自動投切、具有三遙（或四遙）功能；

 

　　5）具備良好的電磁兼容性和抗干擾性能。大多數(shù)舊式直流柜由于未配置微機（或單片機），因此難以完全實現(xiàn)1）、4）、5）的要求。我們把以高頻開關(guān)電源整流器和監(jiān)控模塊為核心組成的直流電源框，定義為新型直流電源柜。隨著電力電子技術(shù)特別是高頻功率半導(dǎo)體技術(shù)、大規(guī)模集成電路、單片微機技術(shù)的發(fā)展和普及，促進了小功率開關(guān)電源迅速拓展為大功率開關(guān)電源，并且以模塊式的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。經(jīng)過十余年的不斷探索和完善，高頻開關(guān)電源模塊整流器的可靠性、穩(wěn)定性及各項技術(shù)指標(biāo)，均有了長足的進步，實踐證明它已經(jīng)成為一個成熟的產(chǎn)品。近幾年，隨著航空、航天技術(shù)中的高頻軟開關(guān)技術(shù)的普遍采用，使高頻開關(guān)電源的可靠性得到進一步提高，促使其應(yīng)用更普及，價格更趨合理。新型直流柜有以下特點：

 

　　1）由于采用高頻半導(dǎo)體器件（VMOS、IGBT）開關(guān)速度快、高頻特性好、輸出容量大；由于省去了工頻變壓器，體積小、質(zhì)量輕、噪聲低。

 

　　2）采用PWM和軟開關(guān)技術(shù)，因而效率高、功率因數(shù)高、可靠性高，MTBF（無故障運行時間）已達10萬小時。

 

　　3）主要功能和各項技術(shù)指標(biāo)遠高于舊式直流柜，便于無人或少人值守。4）設(shè)計中采用微機和模塊結(jié)構(gòu)，其運行、測量、顯示全部數(shù)字化，易于維護和管理。新舊直流電源柜特點比較見表一。

 

　　表一

 

　　類別 比較內(nèi)容 技術(shù)性能 *體積 *質(zhì)量 溫

 

　　升 可靠性（MIBF） 易維

 

　　護性 *價格 △V △I 紋波

 

　　系數(shù) η COSΦ 自動

 

　　化水

 

　　平 電磁兼

 

　　容性 舊式

 

　　直流柜 1% 2% 2% 70% 75% 低 差 大/1 大/1 高 較低 較難 較低/1.0 新型

 

　　直流柜 0.5% 0.5% 0.1% 90% 95% 高 好 很小

 

　　/0.3 很小

 

　　/0.3 低 高（10萬時） 方便 較高/1.2——1.5

 

　　*分母表示二種產(chǎn)品的相對比較值

 

　　三、新型直流柜的選擇

 

　　由表一可見，新型直流柜各項技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于舊式直流柜，特別是考慮到今后少人（或無人）值守的需要，計算機通信和管理的普及，新型直流柜是順應(yīng)這一發(fā)展的必然選擇！高頻開關(guān)電源采用模塊式結(jié)構(gòu)，所有模塊允許并聯(lián)工作，以增大電流，其配置原則是采用（N）+1的備用方式。監(jiān)控、測量、通信保護用的微機系統(tǒng)，也設(shè)計成相同尺寸的模塊結(jié)構(gòu)。為了組屏方便，把數(shù)個高頻開關(guān)電源模塊和1個監(jiān)控模塊集成在一個框架中，這就構(gòu)成了新式：自流柜的核芯，把該核芯置入直流柜中，這個柜就具備了以上新型直流電源柜的所有功能和優(yōu)點。核芯的組成和結(jié)構(gòu)見下圖。

 

　　新型直流電源柜及選擇

 

　　直流電源柜更新?lián)Q代有兩種方式可以選擇：一種是訂購全新的成套直流電源柜，通常150Ah/220V及以下系統(tǒng)只需2面柜，65Ah/220V則只需1面拒。另一種是采用舊式直流柜置人核ZX芯的換芯術(shù)，也就是用數(shù)個高頻開關(guān)電源模塊加1個監(jiān)控模塊取代可控硅整流器和控制電路。下面就兩種方法的利弊列于表二，以便于比較和選擇。對于直流電源相的更新?lián)Q代，有兩種方式可以選擇：一種是訂購全新的成票直流電源柜，通常150Ah/220V及以下系統(tǒng)只需2面柜（舊式則3面柜），65Ah/220V則只需1面柜。另一種是采用上面提到的置入核芯的換芯術(shù)，也就是用數(shù)個高頻開關(guān)電源模塊加1個監(jiān)控模塊取代可控硅整流器和控制電路。兩種方法的利弊列表二，以便于比較和選擇。

 

　　表二

 

　　類型 項目 容量 更換時間 增加新功能 受制因素 價格 新訂 不限制 1天 可以 無 高（100%） 換芯 不限制 1——2天 可以 有 低（50%）

 

　　新訂成套直流柜容量大小不限，沒有受制因素，但價格較高。換芯的直流柜最大優(yōu)點是價格低，在換芯的同時，還可按用戶需要增加一些新功能，如電池組巡檢、饋線支路絕緣巡檢等。但舊直流柜具備以下條件才有換芯價值：1）被取代的部件已出現(xiàn)故障又難于修復(fù)，且保留的開關(guān)、表計、柜體（含保護電器等）基本完好；2）繼電保護和監(jiān)控實現(xiàn)微機化后，舊式柜無法實現(xiàn)計算機通信、三遙（或四遙）等新功能。

 

　　四、關(guān)于閥控鉛酸蓄電池

 

　　根據(jù)DL/T724-2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，無論酸性還是堿性蓄電池，運行人員除了進行常規(guī)的外觀、溫度、電流、電壓的巡檢、測試外，還需定期進行核對性容量測試，以確保電池組的完好。檢測中如果發(fā)現(xiàn)單只或整組電池容量小于額定容量的80%，則視作該電池損壞必須更換。早期使用電爐、水阻等負載放電來測試容量的方法，準(zhǔn)確度低、勞動強度大；目前已較多采用微機控制的智能容量測試儀。目前電力系統(tǒng)中使用最多的閥控鉛酸蓄電池，早期曾被稱作免維護電池，曾經(jīng)誤導(dǎo)了部分運行人員，認為這類電池不需要巡視、檢測和維護，使故障電池帶病運行，釀成了諸如發(fā)電機燒毀等重大事故。對于各型發(fā)電廠、樞紐變電站直流柜的電池組，建議選用智能蓄電池在線監(jiān)測裝置，既可測量每節(jié)電池的電流、電壓、溫度、容量，還可以測量每只電池的內(nèi)阻，從而及早識別并更換有潛在故障的電池。蓄電池的好壞無法用常規(guī)的電流、電壓測量來判別，目前行之有效的方法有兩種：一種是對電池組作實際的容量放電測試，另一種是測量電池的內(nèi)阻（僅為毫歐級），內(nèi)阻愈大其容量愈小，當(dāng)內(nèi)阻大于某一值，容量必然低于額定容量的80%，此結(jié)論為業(yè)界所公認。