变电站智能高频开关电源系统的维护

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变电站智能高频开关电源系统的维护
1 概述

% d6 G. D" p, n1 g供给变电站二次电路的电源称为操作电源。操作电源主要向控制、保护、信号、自动装置电路供电，同时还作为事故照明电源。
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传统的操作电源有交流操作电源、硅整流型直流操作电源、蓄电池直流操作电源。交流操作电源因执行交流操作的继电器，以及断路器交流合闸的操动机构可靠性低于直流电源，一般仅用于小型配电房。硅整流型直流操作电源因不能解决事故照明和事故紧急处理的问题，只能在不重要的小型变电站中应用。蓄电池直流操作电源的可靠性高，在电力系统中被广泛应用，但其充电设备存在效率不高、功率因素低、纹波大，以及电池保持容量低、寿命短等问题。目前我国许多变电站所使用的直流电源设备，由于受变压器或晶闸管自身参数的限制，直流操作电源存在很多不足之处，例如：初充电流、浮充电流不稳，系统纹波电压过高，控制特性不佳，不便于同计算机系统配接实现监控等；充电设备与蓄电池并联运行，当浮充电电源纹波系数较大，浮充电压波动或偏低时，会出现蓄电池脉动充电、放电现象，造成蓄电池组或单体的过早损坏；还存在体积庞大，效率不高，1＋1冗余投资大等不足，应该说已远远不能满足飞速发展的电力工业的需要，逐步将被具有体积小、重量轻、效率高、纹波系数小、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N＋1冗余等特点的智能高频开关电源系统所替代。后者将整流器、调压装置、馈出电路、保护告警电路及监控系统有机地结合在一起，通过计算机管理，有效地解决了以往直流操作电源的缺陷。
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+ ?0 X! i; Q; T# d( a变电站配备的智能高频开关电源系统，包括开关整流设备、阀控式铅酸免维护蓄电池、直流馈电柜等，虽然设备不多，但它却独当一面，是保障电网供电稳定和连续性的重要设备。这些设备维护得好坏，不仅关系到智能高频开关电源系统的可靠性和寿命，而且直接涉及到电网的平稳运行。可见，维护和使用好智能高频开关电源系统是非常重要的。
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2 基本要求及注意事项

& r1 R, B, a; x+ ?4 B8 J为保证变电站直流电源系统的可靠性，有条件的应尽量从两个不同的地方引入交流输入电源，并且两路交流电源具有自动倒换的功能；要选用可靠性高的智能化、标准化高频开关整流设备，在实施过程中，要以可靠性、实用性为基本原则，宜简勿繁；采用模块化、热插拔式结构以便于更换；实施集中监控管理，并合理配置备份设备。任何新技术、新设备未经充分验证和试运行，绝不得进入供电系统。要不断提高维护技术水平，采用集中维护、远程遥信、遥测维护等手段；要经常分析运行参数，预测故障发生的时间和部位，作好事故预想，发现缺陷及时排除。

" E: l( z2 j" [0 ^3 G4 ^- W智能高频开关电源系统设备，其智能化程度高，电池采用免维护蓄电池，虽然给我们带来了许多便利，但在使用过程中要注意以下几个方面，以确保使用安全。
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● 高频开关电源系统对环境温度要求不高，在－5～＋40℃都能正常工作，但要求室内清洁、少尘，否则，灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25℃，建议温度范围＋15～＋30℃。若温度太低，会使蓄电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1％；蓄电池放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低，如果在高温下长期使用，温度每增高10℃，电池寿命约降低一半。
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● 高频开关电源系统中设置的参数必须控制在规定指标内，在使用中不能随意改变。

● 直流电源系统在使用中要避免随意增加大功率的额外设备（负载），也不允许在满负载状态下长期运行。因为，工作性质决定了直流操作电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或在基本满载状态下工作，都会造成整流模块出故障，严重时将损坏变换器。

● 由于蓄电池组输出电流很大，存在电击危险，因此装卸、改接导电连接条（线）、输出线时应特别注意安全，使用的工具应采取绝缘措施，以保证人身和设备安全。
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● 不论是在浮充工作状态还是在放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。电压或电流过高可能会造成电池的热失控或失水，电压或电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，尤其是前者的影响更大。
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● 在任何情况下都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中，通常放电达到容量的30％～50％就可以了。
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! P  f- s3 J" n: w. Y8 W% t● 蓄电池应避免大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大并且温度升高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。
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3 `$ K0 I- d! m' u6 C: ?● 阀控式密封蓄电池是贫液式电池，无法进行电解液比重测量，所以如何判定它的好坏，目前最可靠的方法还是放电法，也可以用电导仪测电池的内阻来判定阀控式密封蓄电池的好坏，但准确性较差。

5 T& ^. H2 B% X) V6 n1 R4 m. u3 维护管理

# Q. n+ N% _* z% b. l当智能高频开关电源系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载部?还是电源系统，是主机还是电池组。虽说开关电源系统主机有故障自检功能，但它对面而不对点，更换配件很方便，但要维修故障点，仍须做大量的分析、检测工作。如果自检部分发生故障，显示的故障内容也可能有误。

3.1 高频开关电源部分
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9 @' W4 {8 M- M& T0 p2 X& G) Z高频开关电源在正常使用情况下，主机的维护工作量很少，主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，灰尘将在机内（主要在整流模块内）沉积，当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，另外大量灰尘也会造成器件散热不好。

2 ~) o: ?& Z; A8 B, Z一般每季度应彻底清洁一次，同时在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。

定期核实智能高频开关电源系统的参数有无变化，防止人为或无意中改变所设置的参数。

4 n$ H4 g! x- ]0 Q7 ^7 l每半年应对智能高频开关电源系统的运行方式进行实验检查，以防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。
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& S5 O# M6 O  S检查主机设备是否正常，保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；
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* H0 Y) T- W: B# N2 y对主机出现击穿、熔断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会造成更严重的故障。

9 j0 k/ J8 W* J. p( f. K' h3.2 免维护蓄电池部分

因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电池除有存储直流电能的功能外，其等效电容量的大小与蓄电池容量大小成正比。因此，维护检修蓄电池的工作是非常重要的，虽说蓄电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。因工作状态和不正常工作状态对全球领先的单片机和模拟半导体供应商——MicrochipTechnology（美国微芯科技公司）推出4款64及80引脚PIC?闪存单片机。新器件针对成本有限且需要额外输入/输出的应用设计，如工业、计算、通讯及消费类等应用领域。这批质优价廉的闪存单片机具有8KB或16KB程序存储器及纳瓦(nanoWatt)技术，能充分发挥电源管理的强大功能。
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嵌入式控制应用的设计人员对那些具有更多输入/输出且功耗较低的8位单片机产品的需求日益增长。Microchip新款PIC18F单片机具有多达70引脚的输入/输出、8KB或16KB闪存程序存储器、768字节RAM以及纳瓦技术的低功耗模式，可全面满足上述设计需要。
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除了提供高度灵活的输入/输出，全新PIC单片机还配备了具有多种编程功能的闪存。它具备可再编程功能，从而通过更短的开发周期、低成本仿真，以及在现场进行功能代码的灵活变动，进一步加快产品上市的步伐。

PIC18Fxx10新增的输入/输出将使很多应用领域受益匪浅，包括建立安防系统、设备控制器、视频控制面板、家庭自动化系统及多个传感器数据采集的应用。此外，新器件具有独特的纳瓦技术，可提供电源管理模式，是电池驱动或低功耗应用的理想解决方案。

$ c6 X: X# Z! p6 |/ g/ D+ s新器件的其它主要特性包括：
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  n' v( @, f  W) c1 h: Y● 外部时钟频率达40MHz(10MIPS)
: I* I1 P8 \$ _( W' n1 L$ m( v● 内部振荡器频率范围由32kHz～32MHz(8MIPS)
● 时钟失效监视器
- O& W. R% S9 S# c7 o, f- }" C8 E● 宽工作电压范围：2.0～5.5V；工作温度范围由－40℃～125℃
  n- D) u; x3 J1 ~1 w3 _● 在线串行编程技术(In－CircuitSerialProgrammingTM，ICSPTM)
% x2 q' Q* J# ~( N9 B4 Y% }. S● 10位模数转换器，有多达12条通道，采样率高达100k/s
● 两个模拟比较器，具有可编程欠压检测及可编程低电压检测功能
● SPITM、I2CTM及两个USART(支持RS485、RS232及LIN)
2 D! R" R6 @  Q/ N  D$ N3 t0 z1 ^. K● 三个捕获/比较/PWM模块蓄电池造成的影响没有变，所以电源系统维护工作的重点还在蓄电池部分。

蓄电池工作在浮充状态，至少每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达到整组蓄电池性能的均衡。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电须先排除落后电池后再放。

核对性放电不是追求放出容量的多少，而是发现和处理落后电池，通过对落后电池的处理再作核对性放电实验，这样可防止事故和出现反极性蓄电池。
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1 h. l7 [1 O# K3 |. l' ~$ l日常维护中也可在一组电池中选用8～10只蓄电池作为标示电池，对其进行定期测量并做好记录，作为了解整组蓄电池工作情况的参考依据。
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$ ~% {2 E! E3 a/ o; r0 A  [蓄电池日常维护还需经常检查的项目有：清洁并检测端电压、温度；连接处有无松动腐蚀现象，检测连接条压降；外观是否完好，有无鼓肚变形和渗漏现象；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；当发现电压反极性、压降大、压差大和酸雾泄漏的电池时，应及时处理，对不能恢复的蓄电池要及时更换；不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组蓄电池带来不利影响。对寿命已到的电池组要及时更换，以免影响到电源系统和设备主机。