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直流系統智能高頻開關電源系統原理及維護

來源:浙江耐高電器有限公司發布時間:2022-03-17瀏覽次數:

    我 廠350MW超臨界供熱機組的直流電源由高頻開關電源模塊、蓄電池等設備組成,智能高頻開關電源系統具有體積小、重量輕、效率高、紋波系數小、動態響應 快、控制精度高、模塊可疊加輸出、N+1冗余等特點,而在發電廠、變電站逐步取代了傳統的硅整流型直流操作電源得到了廣泛的使用。但調試期間,我廠#2機 組的直流電源模塊兩次發生了充電電流波動的缺陷,原因為#2機組高頻開關電源模塊近鄰熱風口,溫度高引起調節特性變化。直流系統設備維護的好壞,不僅關系 到智能高頻開關電源系統的可靠性和壽命,而且直接涉及到機組的控制和保護系統能否正常運行??梢?,維護和使用好智能高頻開關電源系統是非常重要的。

2 高頻開關電源的結構和工作原理:

2.1高頻開關電源的結構

2.1.1主電路

2.1.1.1輸入濾波器:其作用是將電網存在的雜波過濾,同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。

2.1.1.2整流與濾波:將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換。

2.1.1.3逆變:將整流后的直流電變為高頻交流電,這是高頻開關電源的核心部分,頻率越高,體積、重量與輸出功率之比越小。

2.1.1.4輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源。


2.1.2控制電路

控制電路一方面從輸出端取樣,經與設定標準進行比較,然后去控制逆變器,改變其頻率或脈寬,達到輸出穩定,另一方面,根據測試電路提供的資料,經保護電路鑒別,提供控制電路對整機進行各種保護措施。

2.1.3檢測電路

除了提供保護電路中正在運行中各種參數外,還提供各種顯示儀表資料。

2.1.4輔助電源

提供所有單一電路的不同要求電源。

2.2開關控制穩壓原理


開關K以一定的時間間隔重復地接通和斷開,在開關K接通時,輸入電源E通過開關K和濾波電路提供給負載RL,在整個開關接 通期間,電源E向負載提供能量;當開關K斷開時,輸入電源E便中斷了能量的提供??梢?,輸入電源向負載提供能量是斷續的,為使負載能得到連續的能量提供, 開關穩壓電源必須要有一套儲能裝置,在開關接通時將一部份能量儲存起來,在開關斷開時,向負載釋放。圖中,由電感L、電容C2和二極管D組成的電路,就具有這種功能。電感L用以儲存能 量,在開關斷開時,儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負載,使負載得到連續而穩定的能量,因二極管D使負載電流連續不斷,所以稱為續流二極管。在 AB間的電壓平均值EAB可用下式表示:

EAB=TON/T*E

式中TON為開關每次接通的時間,T為開關通斷的工作周期(即開關接通時間TON和關斷時間TOFF之和)。


由式可知,改變開關接通時間和工作周期的比例,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便能使輸出電 壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,這種方法稱為"時間比率控制"(Time Ratio Control,縮寫為TRC)。

我廠采用脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation,縮寫為PWM)的方式即開關周期恒定,通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

我廠350MW機組高頻電源共有11個模塊,設有9個工作模塊,2個備用模塊。并聯運行的高頻電源模塊具有均流功能及均流接口,在并機應用時使用,并聯工作的整流模塊采用硬件低差自主均流技術,使整流模塊的輸出實現負荷均擔,具有很高的均流精度。完全支持熱插拔的結構設計,使整流模塊在不需要切 斷電源的情況下,可以自由插拔更換,維護更換特別方便。而且采用統一的高頻開關整流模塊,具有良好的可互換性。

3 高頻開關直流設備的基本要求及注意事項

由高頻開關電源的控制原理可知,智能高頻開關電源系統設備,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。

高頻開關電源系統在環境溫度-5~+40℃能正常工作,溫度超過規定值,電子元件的特性將發生變化,因此冬季不得開啟空調運行。局部溫度升高,將導致調節特性變化。表現為充電電流晃動。

高頻開關要求室內清潔、少塵,否則,灰塵加上潮濕會引起主機工作紊亂。因此應做好直流開關室的封堵工作,保持室內清潔。

蓄電池對溫度要求較高,標準使用溫度為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,使用壽命降低,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。

高頻開關電源系統中設置的參數必須控制在規定指標內,在使用中不能隨意改變。

蓄電池不論是在浮充工作狀態還是在放電測試狀態,應保證電壓、電流符合規定要求。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。

在任何情況下都應防止電池短路或深度放電,因為電池的循環壽命和放電深度有關。放電深度越深循環壽命越短。在容量試驗或放電檢修中,通常放電達到容量的30%~50%就可以了。

蓄電池應避免大電流充放電,否則會造成電池極板膨脹變形,使得極板活性物質脫落,電池內阻增大并且溫度升高,嚴重時將造成容量下降,壽命提前終止。

4維護管理

當智能高頻開關電源系統出現故障時,應先查明原因,分清是負載部分還是電源系統,是主機還是電池組。雖說開關電源系統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。如果自檢部分發生故障,顯示的故障內容也可能有誤。

4.1高頻開關電源部分

高頻開關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。我廠直流小室近鄰磨煤機附 近,空氣中的灰粒較多,灰塵將在機內(主要在整流模塊內)沉積,當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常,并發生不準確告警,另外大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度都應徹底清潔一次,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電源系統的參數有無變化,防止人為或無意中改變所設置的參數。

每半年應對智能高頻開關電源系統的運行方式進行實驗檢查,以防止均充狀態與浮充狀態不能及時轉換而造成對蓄電池的損壞。

檢查主機設備是否正常,保證直流母線經常保持合格的電壓和電池的放電容量;

對主機出現擊穿、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,否則會造成更嚴重的故障。

4.2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。

蓄電池工作在浮充狀態,至少每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電,以達到整組蓄電池性能的均衡。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時,應停止放電,繼續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,目的是發現和處理落后電池,通過對落后電池的處理再作核對性放電試驗,這樣可防止出現反極性蓄電池。

蓄電池日常維護還需經常檢查的項目有:清潔并檢測端電壓、溫度;連接處有無松動腐蝕現象,檢測連接條壓降;外觀是否完好,有無鼓肚變形和滲漏現 象;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;當發現電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時,應及時處理,對不能恢復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和設備主機。

5結束語

再好的設備都有壽命期,也會出現各類故障,但維護工作做得好可以延長壽命并減少故障的發生,不能因為高智能、免維護而忽略了本應進行的正常維護工作,預防在任何時候都是安全運行的重要保障。

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