智能高频开关电源系统的改造设计

最新更新时间:2014-03-26来源: OFweek电子工程网关键字:智能高频  开关电源 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  变电站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作,一般采取直流电源,所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。

  直流系统改造的目的和必要性

  变电站的直流系统被人们称为变电站的“心脏”,可见它在变电站中是多么的重要。中原油田的电力系统始建于上世纪70年代末,因受当时技术条件的限制,陆续建起的变电站直流系统设备有的为硅整流电容补偿直流电源,有的为带有铅酸蓄电池的KGCA—50/98~360、KGCFA—75/200~360型硅整流直流电源,有的为BZGN—20/220型镉镍电池直流屏。部分投运较早、运行时间较长的变电站直流设备老化严重,给变电站的安全、可靠运行带来了严重的威胁。如某110kV变电站就曾因直流系统故障,造成越级跳闸,导致全站失电的恶性事故。其它各站虽未发生大的事故,总因直流系统经常发生问题,缺陷较多,有的缺陷无法处理,致使直流系统长期处于“带病”运行状态,导致给用户无法正常供电。

  随着电力工业的迅速发展,为提高电网的供电质量,使电网安全、经济运行,并实现电力系统的自动化,从而对电力控制系统的关键设备—控制电源的要求也越来越高。而原来的直流设备均采取传统的相控电源,效率低、纹波系数大,在电磁辐射、热辐射、噪声等方面都不尽人意。另外,监控系统不完善,采取1+1备份方式,对二次电路越来越先进的仪器仪表、控制、自动化设备很难满足其技术要求。此外由于相控电源浮充电压易波动,会出现蓄电池脉动充放电现象,对免维护蓄电池损害极大,影响电池寿命。加之其它设备改造和新设备的投入,原来的相控电源已远远不能满足中原油田电力系统的需要,急需进行改造更换,才能保证电气设备的安全运行和平稳供电。而智能高频开关电源由于其体积小,重量轻,技术指标优越,模块化设计,N+1热备份方式,便于“四遥”等优点,已在诸多领域得到广泛应用。上世纪90年代以后,国外先进工业国家新建或改造电厂和变电站已全部采用高频开关电源,其蓄电池亦全部采用免维护蓄电池。为了实现中原油田电网设备达到同行业先进水平的目标,根据电网实际情况,直流系统设备改造采用目前先进的智能高频开关电源系统。

  智能高频开关电源系统的性能特点

  为了保证智能高频开关电源系统的质量,我们组织了多名技术人员对多个生产厂家进行了考察,了解厂家的生产工艺、规模和实验测试手段等情况,经过“货比三家”后,技术改造决定使用GZDW—200/220型操作电源。它是专为电力系统研制开发的新型“四遥”高频开关电源,采取高频软开关技术,模块化设计,输出标称电压为220V,配有标准RS?232接口,易于与自动化系统对接,适用于各类变电站、发电厂和水电站使用。此设备有下列性能特点:

  1)模块化设计,N+1热备,可平滑扩容。

  2)监控功能完善,高智能化,采取大屏幕液晶汉字显示,声光告警。

  3)监控系统配有标准RS?232接口,方便接入自动化系统,实施“四遥”及无人值守。

  4)对蓄电池自动管理及自动维护保养,实时监测蓄电池组的端电压,充、放电电流,自动控制均、浮充以及定期维护性均充。

  5)具有电池温度补偿功能。

  6)模块可带电插拔,更换安全方便。

  7)降压方式采取新型高频软开关无级双向调压,摒弃传统硅堆降压方式,输出电压精度高,动态响应速度快。

  8)采用最新软开关电源技术,采用进口器件。

  智能高频开关电源系统的组成及各部分作用

  智能高频开关电源系统由交流配电,绝缘检测,监控模块、整流模块、调压模块,直流馈电等组成。

  交流配电为系统提供三相交流电源,监测三相电压、电流及接触器状态;判断交流输入是否满足系统要求,在交流输入出现过压、欠压、不平衡时自动切断有故障的一路,并切换到另一路供电,系统发出声光告警。装有每相通流量40kA、响应速度为25μs的三相避雷器,能有效地防止雷击对设备造成的损坏。

  绝缘监测采用进口非接触式直流微电流传感器,利用正负母线对地的接地电阻产生的漏电流,来测量母线对地的接地电阻大小,从而判断母线的接地故障。这一技术无须在母线上叠加任何信号,对直流母线供电不会有任何不良影响,彻底根除由直流母线对地电容所引起的误判和漏判,对于微机接地监测技术是一重要突破。

  监控模块是整个直流系统的控制、管理核心,其主要任务是对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测,获取系统中的各种运行参数和状态,根据测量数据及运行状态实时进行处理,并以此为依据对系统进行控制,实现电源系统的全自动精确管理,从而提高电源系统的可靠性,保证其工作的连续性、安全性和可靠性。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能,配有标准RS?232接口,方便纳入电站自动化系统

  整流模块为合闸母线、控制母线提供正常的负荷电流,本身具有LCD汉字显示、操作键盘,模块工作状态和工作参数一目了然,可以带电插拔,具有软件较准,自主均流、ZVS软开关技术。

  调压模块无论合闸母线电压如何变化,输出电压都被稳定控制在220(1±0.5%)V,具有带电拔插技术、软开关技术和双向调压特性。

  直流馈电设有控制输出、合闸输出、电池输入、闪光、事故照明、48V电源输出等。控制母线有三种途径供电,确保控制母线供电安全可靠。配有智能直流监控单元,可测量母线电压、电流及开关状态等。

  电池巡检仪对电池电压进行实时监测,将信息及时反馈到监控模块。

  蓄电池全密闭、免维护、无污染、无腐蚀,任何方向可放置使用,使用温度范围宽(-40℃~60℃);深放电至零伏,24h内充电可恢复;可大电流放电,起动电流大,自放电率极低,具有安全防爆排气系统,是理想的操作、控制不间断电源

  直流系统设备改造中改进的问题

  1)改进了新设备直流馈出线部分的不合理布置。为节省投资,我们利用原来直流系统的控制、信号及合闸电路的出线,但与新设备馈出线的位置及大小都不相适应,为此,我们对新设备直流馈出线部分按现场实际情况进行了改造,使安装更加容易,布线更为合理,运行更加可靠

  2)添加了蓄电池的放电电路。

  3)结合中原油田电网实际,对设备出厂时参数设置的不适应之处进行了改变,保证设备运行后更加可靠。

  4)对闪光继电器等电气元件安装位置进行了调整。原元件安装位置不尽合理,损坏后不便维护、更换,改造后的位置便于维护,省时省力。

  5)对模块监控单元、直流监控单元、交流监控单元进行了改进,增加了防护盖以防短路、灰尘进入等。

  智能高频开关电源系统应用情况

  改造后的直流系统设备经过两年来的运行,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,维护工作量大幅度减少,设备保护功能齐全,能可靠动作。反映故障及时且准确无误,对电池能自动管理无须专人维护,设备运行稳定可靠,从未发生影响正常供电的现象。

  改造后的直流系统与原来的直流系统相比较,性能稳定,精度高,安全、可靠,保证了油田的油气生产,居民生活及医院、道路等的用电,降低了噪音,改善了值班人员的工作环境,确保了变电设备安全可靠运行,产生了明显的经济效益和社会效益,主要体现在以下几个方面:

  1)原来的相控电源纹波系数大,其输出含有的交流成份较大。尤其是赵村变电所最为明显,交流成份含量更高,对二次设备影响最大,造成二次设备误动、损坏、甚至有的设备无法正常工作。而改造后的智能高频开关电源纹波系数很小,输出特别稳定。

  2)原来的相控电源采用硅堆调压,硅降压响应速度慢,反应时间为几十毫秒,输入电压突变时在输出上会产生很大的冲击,因冲击不稳定而易烧坏二次设备。而改造后的高频开关电源采用无级调压方式,响应速度快,输入电压突变时,模块在200μs内调整完成,过冲小于5%。

  3)原来的相控电源充电机、浮充机等噪音较大,且无降温措施,有的变电站浮充机发热严重。而改造后的智能高频开关电源噪音小,模块采用优质风机降温,保证了模块元器件正常工作,使值班人员的工作环境大大改善。

  4)原来用的是铅酸电池或镉镍电池,既需要专门设置蓄电池工进行维护、保养,还需要配备维护电池用的有关容器、仪表、原料、蒸馏锅、蒸馏水等。而改造后用的是美国“理士”免维护电池,平时不需要进行一系列的维护工作,减少了人力物力。

  5)原来的相控电源功率因数低,一般在0.7以下,效率在60%左右,而改造后的智能高频开关电源功率因数达0.9以上,效率高达94%以上。

  6)原来的相控电源经常出现故障,有时因无法操作送电而造成原油生产损失,如1997年9月23日某110kV变电所因直流系统故障造成越级跳闸,全站失电,烧毁35kV线路3公里,其经济损失高达400多万元;近几年直流系统经常出现各种故障给油气生产造成了很大的损失,同时也给居民用户生活带来不便、给工业用户带来巨大的经济损失。而改造成智能高频开关电源后,直流系统至今未发生任何事故,供电更加可靠

  7)改造后的智能高频开关电源具有48V电源出口,为变电站的通讯网络等提供了电源,不必另外购置专门的48V电源,减少了设备的投资和占用空间

  8)改造后的控制母线有下述三种途径供电,确保了控制母线供电安全可靠,做到了万无一失。

  —在交流电正常时,控制母线可由整流模块直接供电;

  ——在交流失电时,由降压模块供电;

  ——从电池90%电压处通过二极管供电到控制母线。

  由于改造后的智能高频开关电源系统性能稳定,精度高,安全、可靠性更强,创新点多,收到了良好的效果,取得了明显的社会和经济效益,为中原油田的油气生产及其它负荷提供了可靠的电力保障。同时也为变电站实现自动化奠定了基础。

关键字:智能高频  开关电源 编辑:探路者 引用地址:智能高频开关电源系统的改造设计

上一篇:智能高频开关电源系统的性能特点
下一篇:基于PSpice的升压型开关稳压电源设计与仿真

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:37

开关电源维修步骤及经验
1、修理 开关电源 时,首先用万用表检测各功率部件是否击穿短路,如电源整流桥堆,开关管,高频大功率整流管;抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断。再检测各输出电压端口电阻是否异常,上述部件如有损坏则需更换。   2、第一步完成后,接通电源后还不能正常工作,接着要检测功率因数模块(PFC)和脉宽调制组件(PWM),查阅相关资料,熟悉PFC和PWM模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。   3、然后,对于具有PFC电路的电源则需测量滤波电容两端电压是否为380VDC左右,如有380VDC左右电压,说明PFC模块工作正常,接着检测PWM组件的工作状态,测量其电源输入端VC ,参考电压输出端VR ,启动控制Vstart/Vco
[电源管理]
基于ATmega128单片机的自动投切开关电源设计
  模块化是开关电源发展的总体趋势,可以采用模块化电源组成分布式电源系统,可以设计成N+1冗余电源系统,并实现并联方式的容量扩展,使整个电源体积重量下降,模块中半导体器件的电流应力小,提高了系统的可靠性。本研究的开关电源在带小负载时为单电源供电,带大负载时(电流超过1.7A)自动投切为双电源并联供电,采用外特性下垂方法实现各电源均流,增强了开关电源的带负载能力和提高电源的供电效率。   1 系统设计   1.1 DC-DC 变换器电路拓扑结构   本设计选择了升压斩波电路, 其电路原理图如图1所示。选择升压轨波电路作为DC -DC 变换的主拓扑结构。      图1 升压斩波电路原理   1.2
[单片机]
基于ATmega128单片机的自动投切<font color='red'>开关电源</font>设计
采用VIPer22A的10W空调开关电源
目前,新型空调机采用两个主低压输出给内部电子设备供电。这两个主输出的低压分别是+12V和+5V。低输出电压是由一个内部开关电源产生。这个开关电源需要以下多个重要特性∶效率高,重量轻,尺寸小,待机功耗低等。设计人员利用VIPerX2系列产品可以开发出一个含有所有这些重要功能的电源,因此,该系列产品是开发空调应用的最理想的解决方案, 特别是本文介绍的电路板是为改进图1所示的特性而专门开发的,表1列举了空调开关电源的技术规格。 新型空调机采用两个主低压输出给内部电子设备供电。这两个主输出的低压由一个内部开关电源产生,它们分别是+12V和+5V。这个开关电源应该具有效率高、重量轻、尺寸小、待机功耗低等特性。本文介绍了利用VIPerX
[电源管理]
用于AC/DC开关电源芯片的片内电源电路
    片内电源电路是集成在半导体芯片内部的电源模块。其作用主要是从外部电源(例如220V市电)中获取电能,并把能量转化芯片内部其它模块可接受的稳定直流电平,给内部其它模块供电。目前,片内电源在纹波幅度、调整范围、功耗等技术指标上还不能达到外部电源的水平,但是,片内电源具有设计指标灵活、成本低廉、可集成等外部电源不可比拟的优势。因此,片内电源将会成为未来电源的另一个发展方向。 1 电路结构及功能分析     如上图1所示,是本文设计的应用于AC/DC开关电源芯片的片内电源电路整体结构。Vin为片内电源电路的输入端口,220V的交流电源经过半桥整流滤波后通过此端口输入。BP为片内电源电路的输出端口,输出一恒定电压Vout为AC/DC开
[电源管理]
用于AC/DC<font color='red'>开关电源</font>芯片的片内电源电路
实用的直流开关电源保护电路设计
  概 述   随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源 。同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特
[电源管理]
实用的直流<font color='red'>开关电源</font>保护电路设计
反激式开关电源:1.1V电压下可工作并点亮HBLED灯
本设计实例展示的是一种利用单节1.5V 电池 驱动小功率电子电路的方法。它基于一种自激振荡器设计,该自激振荡器可驱动一个反激式 变压器 生成更高的可控电压。本设计可以用来为模拟电路、微控制器以及其他任何轻负载供电。   该电源电路经过设计、仿真并最终构建出来。它能够以小于50mW的功耗,甚至在电压降至1.1V的条件下可靠运行。经测试,对于给定的电路值,通过调整单个电阻器的值所产生的稳压输出在6V~24V之间。输出功率足以驱动低功耗模式(15 A@32kHz)下的PIC微控制器。在没有任何修改的情况下,该电路还可作为一个闪光灯,以0.1Hz~20Hz的速率点亮一串LED灯或一个LED电源指示灯。虽然对于其他 简单 任务
[电源管理]
反激式<font color='red'>开关电源</font>:1.1V电压下可工作并点亮HBLED灯
用SPICE和PSPICE仿真开关电源
  由于DC/DC PWM功率转换器的非线性,以及可能有的多种运行模式(CCM模式或DOM模式),使分析十分 困难。   在设计或分析开关电源时,仿真起了重要作用。数字仿真手段可以用来检验设计是否满足性能要求。用 数字仿真可以减少电路的实验工作,与电路实验相比仿真所需要的时间要少得多,并且可以更全面、更完 整地进行,以帮助改进设计质量。此外,仿真还可以提供某些信息。因此仿真可以加速对开关电源的分析 与设计评估,对于大信号分析,一般很难用解析法求解,更需要借助于数字仿真。因此,仿真是介于开关 电源的理论设计和硬件电路板实验之间的一个重要步骤。有时应用仿真手段可以比硬件实验更透彻地了解 理论设计中存在的问题及其解决方法。在理论设
[电源管理]
智能高频任意波形发生器的研究
    摘要: 介绍一种基于DPS和ispLSI器件的数字方式产生的高精度高频任意波形的方案。信号波形可通过编程任意产生,其他主要参数如幅度、频率等可程控,并且输出信号的波形和主要参数可由LCD液晶显示器实时显示。     关键词: 信号发生器 DSP ispLSI 高速A/D转换 高速D/A转换 数字波形合成器的设计在结构上大致分三类方法。 方法一:直接数字查表法合成周期信号,结构见图1。波形数据固化在EPROM或其它非易失性存储器中,通过查表电路,再晶振时钟控制下不断地从EPROM中取出数据,通过DAC和低通滤波器(LPF)输出。此结构的特点是能产生较高频率的信号,但不便程控且产生信号类型有限。
[嵌入式]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved