直流系统培训资料.doc
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GEP(JinDian)PowerSuppliesInc.
珠海金电电源工业有限公司
金电微机型高频开关直流电源系统
培训资料
单位名称:
珠海金电电源工业有限公司电话:
(0756)3883366-8010
地址:
珠海市拱北港昌路256号传真:
(0756)3883366-8012
Website:
http:
//www.gep-Email:
service@gep-
日期:
2008年8月邮编:
519020
珠海金电电源工业有限公司高频开关直流电源系统培训资料
目录
一、公司简介 2
二、产品介绍及其特点 4
三、直流系统的组成及功能特点 7
四、直流系统参数的调整 16
五、直流电源系统维护常见故障现象及原因分析 19
六、蓄电池使用与维护 22
七、附件 25
1、金电公司简介
2、GZDW微机型高频开关直流电源产品手册
3、GZDW微机型高频开关直流电源产品安装使用说明书
4、RM2201中央控制器安装使用说明书
5、JB2201微机型绝缘监测仪安装使用说明书
一、公司简介
1、公司概况:
金电公司成立于1992年,是广东省高新技术企业,广东省软件企业,广东省优秀民营企业,是我国最早专业从事大功率高频开关直流电源和远程监控系统软件的研发、生产、销售和技术服务的骨干企业,为军事、电力、通信、铁路、水利、石油、银行、广播电视等行业提供不间断稳压直流电源设备,先后为国家最重要的政府机关、部队、中国电信、中国联通、全国各地电网、铁路、科研单位等直接客户提供产品和服务,深得客户的信赖。
1996年获得轰动全国的“科技进步突出贡献特等奖”,并多次获广东省“模范纳税户”、珠海市“模范纳税大户”称号。
公司多次对社会公益事业巨资捐款,多次被评为AAA级信用企业。
2、企业规模、生产能力、设备、人员、实力和优势:
十几年来,金电公司在推动我国电源技术发展和应用的同时,自身也得到迅速成长和稳步发展,企业资本充实,融资能力强。
生产基地在珠海市拱北,距通往澳门的拱北口岸1公里,地理位置十分优越。
公司拥有工业土地使用权11000余平方米,自有生产厂房6500余平方米,员工中60%以上为专业技术人员,研发能力强而稳定,年生产组合电源能力4700余台套,年生产整流模块5万台。
“金电”已成为国内最知名电源品牌之一,产品在国内覆盖率达95%,已有多种电源模块销往国际市场。
3、企业文化:
金电公司是个优秀的企业,他的成功得益于“技术领先,产业报国”的企业宗旨和“真实诚信和谐共荣”的企业文化氛围。
董事长是清华大学核原子专业优秀学子并留校任教,多年从事电源技术研发,当他带领来自中科院、北京师大、浙江大学的专业人员,共同出资成立金电公司时,就提出“技术领先,产业报国”的企业宗旨,该宗旨一直是全体股东和全体金电人矢志不渝的志向。
十几年来,金电公司秉承“技术领先一步,品质胜人一筹”的经营理念,不浮躁,不贪图虚名,不妄自尊大,不掠夺市场,专心研发电源新产品,拓展电源应用新领域,推动我国电源技术不断发展。
金电公司获得了许多社会和政府殊荣,今后,金电人将会一如既往的用高新技术与优良效益回馈社会和国家。
4、企业管理:
金电公司坚持“融智创新固本发展”的战略方针,建立激励与约束相结合,实行精细化管理,公司拥有完整的连续十年的产品质量保证体系,完善的自销与代理销售相结合的销售体系,在全国29个省、市建立了办事处,实行全天候的不间断的售后服务。
5、技术能力、技术水平:
九十年代初期,高频开关电源技术在我国才受到重视,得到迅速发展,并逐步推广应用于公用事业、工业、科研和军事领域。
而金电公司是最早推动电源技术发展并颇有建树的企业,是电源技术研发和电源技术应用的奠基企业之一。
金电公司的创始人曾先后在清华大学物理系、北京迪赛通用技术研究所等多家设计院、研究所主持电源产品的研发设计工作,具有丰富的理论知识和实践经验。
曾参与国家通信电源及电力直流电源标准起草。
GEP48000系列电源、远程监控软件、节能型充放电系统等六项产品荣获国家级新产品、发明专利和国家创新基金项目。
曾先后获得“国家级新产品”证书(编号:
544078092576等)、“高新技术企业认定证书”(编号:
9644004B0018)、“总参谋部国防通信网设备器材进网许可证”(许可证号:
ZS135H)、“软件企业认定证书”(编号:
粤R-2002-0099)等各类证书。
在国内高频开关电源工业发展中占据重要地位,我国第一套挂网运行的高频开关直流电源系统(湖南长沙曙光110kV变电站)是金电公司研制的,我国第一套用在500kV大型变电站的高频开关直流电源系统(浙江绍兴兰亭变电站)也是金电公司生产的,填补了当时我国高频开关电源技术空白。
作为高频开关电源系统的专业制造商,金电公司所销售的产品均为自主研发生产,所设计生产的电源模块以其体积小、重量轻、效率高、纹波小、使用寿命长等诸多优点,得到国内国外广大用户的一致好评。
6、产品体系与状况:
金电公司的产品分为两大类,即高频开关电源系统和高频开关电源监控软件系统。
高频开关电源系统主要分为通讯系统高频开关电源和电力系统高频开关电源。
电源远程监控软件系统,使用户设备实现了无人值守,金电公司在此方面走在了前面,早在1996年,金电公司就成功开发了第一套现场无人值守远程监控软件并正式投入生产。
金电公司的远程监控软件经历了调制解调器(MODEM)通信、RS232/RS485通信、局域网/广域网通信和无线通信四个阶段。
在不断优化改进的过程中,软件的性能及可靠性日臻完善,实时性得到了全面的改进,人机界面变得更加良好,尤其是软件的功能在不断的强大。
四遥功能(遥信、遥测、遥控、遥调)的实现,凝聚着几代金电人智慧和汗水。
如今的电源远程监控软件系统已经不再仅仅局限于监控配套的电源系统,还要对环境(温度、湿度、门禁、烟雾、空调)、UPS以及其它同类产品制造商的设备进行监控。
金电公司在2004年成功的为国家重要机关量身定做了一套远程监控软件,从此以后,RM240SYS、DSC400SYS、RM2000、GEP3000、KM2000等一系列优秀的远程监控软件的投入使用,提高了金电公司产品新的技术水准,也已经成为金电公司新的经济增长点。
二、产品介绍及其特点
随着科学技术的发展,各行各业对直流电源的稳定性和可靠性要求越来越高。
我公司推出的GZDW微机型直流电源柜是金电公司1995年在电力部GZDW微机直流柜技术基础上开发的新一代直流电源系统。
系统采用智能化高频开关电源模块并联的方式实现充电/浮充电功能,具有稳压精度高、稳流精度高、纹波系数小、可靠性高等优点。
其电气性能及各项参数完全满足各种直流供电系统的要求,能够确保供电系统可靠运行,是传统的相控整流器式合闸电源的理想换代产品。
GZDW直流柜成功地集高频开关整流器模块、监控器、交流保护单元于一面柜中,结构紧凑而合理,并且通过N+1的整流模块冗余代替普通相控整流器充电机的1+1的备份。
系统由微处理器自动监控管理各部协调工作,实现各项保护功能,并可通过RS-232、RS-485、RS-422接口与RTU结合实现“四遥”功能。
高频开关直流电源系统与可控硅整流直流电源系统采用的技术和性能比较如表1所示:
表1.高频开关与可控硅整流电源系统性能比较
技术指标
高频开关直流系统
可控硅直流系统
稳压精度
≤±0.5%
≤2%
稳流精度
≤±0.5%
≤5%
纹波系数
≤±0.1%
≤2%
效率
>0.88
<0.75
功率因数
>0.92
<0.70
系统结构
紧凑、模块化结构、N+1冗余
不紧凑、系统柜结构、1+1备份
计算机监控
易监控
不易监控
充电机体积
小
大
可维护性
易维护
不易维护
重量
轻
重
(一)产品特点
1、微机控制的双路交流输入自动倒换。
2、交流输入过欠压、过流、缺相缺零自动检测、显示和报警保护。
3、充电浮充电装置采用智能高频开关整流器模块,N+1冗余组合,自动均流,可以带电插拔。
4、蓄电池均充和浮充过程自动转换,并可按电脑设置的正常运行、电网解列、恢复送电等程序实现蓄电池的智能均浮充管理。
5、在微机控制装置故障或发出错误控制指令时,充电模块进入自主工作状态,输出电压为出厂设定的安全电压,确保系统运行的可靠性。
6、智能四遥系统针对交流输入、直流输出、电池回路以及扩充的环境监测提供详尽的通迅协议。
并具备与变电站综合自动化系统通讯的智能接口。
(二)主要技术指标
项目
指标
测试条件
最小
典型值
最大
输入电压范围(VAC)
260
380
456
额定输出,满载
342
380
456
最大输出,满载
输出可调范围(VDC)
180/90
220/110
320/160
额定输入,满载
稳压精度
0.1%
0.5%
输出(90%~145%)Ue(0-100%)负载
稳流精度
0.1%
0.5%
输出(80%~145%)Ue(10-100%)负载
纹波系数
0.01%
0.1%
输出(90%~145%)Ue(0-100%)负载
动态响应(μs)
208
500
额定输出10-90%负载跃变
充电机效率
85%
90%
输出120%Ue90%负载
最大可闻噪声(dB)
50
55
满载,环境噪声40dB
工作环境温度(℃)
-5
25
40
输出145%Ue,满载
输出电流(A)
5
320
蓄电池容量(Ah)
20
1000
模块均流度
±5%
±10%
额定输出,半载
充电机限流点(Ie)
20%
100%
105%
机柜尺寸(高×宽×深)
2260×800×600,2360×800×550
(三)使用环境及适用范围
1、使用环境:
海拔高度:
2000米以下。
相对湿度:
小于等于90%(20±5℃)。
周围空气温度:
-5℃~+40℃,设备停用期间为-40℃~+85℃。
交流电网波形为正弦波,幅值持续波动在-10%~+20%范围。
运行地点无剧烈振动和冲击,无强电磁场干扰,垂直倾斜不超过5°。
无腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体,无导电尘埃和引发火灾及爆炸的危险介质。
使用条件与上述不符时,由用户与制造厂商协商解决。
2、适用范围:
GZDW微机型直流电源柜是为各种合闸开关及继电保护装置提供直流操作电源和作为电站控制和信号用直流电源的专用设备,适用于各种变电站及发电厂,也是为电信、冶金、机械、矿山、石油化工、交通等部门以及紧急照明提供直流电源的理想设备。
三、直流系统的组成及功能特点
(一)GZDW直流电源柜型号定义
典型的一套GZDW直流电源柜应包括交流输入、充电机、降压装置、馈电回路、电池组、检测及告警等六大部分。
1.原理框图
交流输入
充电机
监控部分
降压装置
合母馈电
控母馈电
电池组
合母
控母
2、型号定义
(1)系统型号定义:
GZDW-/-
特定工作条件
特定工作条件
直流电压(V)
直流电压(V)
电池容量(AH)
电池容量(AH)
设计序号
设计序号
微机监控
微机监控
电力系统
电力系统
直流
直流
封闭式配电柜
封闭式配电柜
直流电源柜
GEP-□□□ □□ □
特殊功能
额定电流(A)
最高电压(V)
厂商名称
(2)模块型号定义如下:
(二)GZDW直流电源柜组成
充电柜:
主要包括显示单元、控制器、电池巡检仪、充电模块和交流屏。
馈电柜:
主要包括降压硅堆、绝缘监测仪和馈电回路。
(三)GZDW直流电源充电柜各组成部分
1、显示单元
(1)显示:
模块输出电流、合母电压、控母电压、控母电流、电池充电电流。
(2)告警:
电压过高、电压过低、绝缘过低、馈线故障、交流失压、熔断器熔断。
2、控制器
监控整个机柜的运行状况,主要是对充电机部分实行监控。
但也包括控母的过、欠压,绝缘等状况,另外对熔断器、断路器故障也可进行遥信。
在对电池的维护方面有三种充电程序以及对电池的温度补偿。
(1)控制器功能
A、控制器能实时监测直流供电系统模块、电池的电压、电流,及模块运行状态,系统对地绝缘电阻,三相交流供电状态。
B、告警发生时,液晶显示ALARM闪烁,喇叭发声,及光字牌点亮,同时本地液晶中可查看到具体告警内容。
告警界限可通过键盘在本地设定。
C、通过RS-232、RS-485与计算机接口实现四遥,对外给用户提供多路无源干节点。
(2)工作原理
RM2201系列控制器采用单片微机技术和主从式CPU工作方式,其内部结构及具体功能如下:
A、中央处理单元:
对内负责各子单元电路的协调管理工作,对外完成与上位机之间数据信息的交换,执行上位机命令,实现四遥功能。
B、单元电路:
执行中央处理单元的命令,负责模块及电池电压和电流数据采集和控制,并将所有数据实时传送给中央处理单元。
C、单元电路:
负责键盘管理,实时将键盘命令传送给中央处理单元,同时将中央处理单元的相关信息传送给液晶显示单元±显示。
D、单元电路:
为选择安装单元,该单元专门负责+合闸母线、+控制母线和负母线对地绝缘电阻检测,并将采样数据传送给中央处理单元。
E、干节点控制单元:
根据主控单元信息控制干节点吸合。
F、6路独立A/D单元:
可采样6路模拟信号,且每个采样通道之间相互隔离。
G、本控制器还处理机外SY500板的42路开关量采集。
(3)RM2201原理框图
PC机
中央处理单元
●
绝缘监测单元
干接点控制
键盘管理单元
A/D、D/A单元
6路独立A/D
至各工作单元
液晶显示单元
DC/DC变换器
3、微机型电池巡检与绝缘监测仪
JB2201微机型电池与绝缘监测仪(以下简称装置),适用于电力系统中对电池进行评测、维护,和对500V以下二极直流对地悬浮供电系统的在线式智能型绝缘监测装置,采用了高性能的单片机和高精度A/D转换单元,使用全键盘操作、大屏幕全中文液晶显示技术,能实现计算机远程监控,能广泛用于石油、化工、煤炭、冶金、铁路、建筑、发电厂及变电站等用电行业。
功能特点:
l该装置采用了单片微机技术,工作可靠,数据处理能力强,智能化和集成度高、性能稳定,安装调试方便。
l该装置采用了非易失性器件,以保证数据不因掉电而丢失。
l所有告警界限值均可通过装置键盘现场修改或计算机远端遥调修改。
l可监测2路母线共64路支线的对地绝缘状态。
l本装置采用大屏幕全中文提示,操作界面非常友好,人机对话功能极强。
l本装置除具本地声光告警功能外,还开放了1个干节点接口供用户延伸驱动远距离告警装置和上行PC机告警。
l本装置开辟了历史数据保存单元,最多可记录127条接地信息供用户追忆,当记满信息后,便会自动用最新信息覆盖最老信息。
l可同时管理两组电池、可以分别测出每组电池的电压、电流以及容量等多种参数。
l可以兼容2V、6V及12V的电池。
l采用模块化设计,扩展和更换方便。
l拥有多级软、硬件看门狗技术,确保系统不死机。
主要技术指标:
l对地绝缘电阻告警界限:
0~50KΩ任意设定。
l故障信息最大追忆量:
127条
l通讯接口方式:
RS232、RS485
l本装置通讯规约为:
MODBUS、CDT、POLLING规约(用户可任选一种)。
l输出干接点触头容量:
3A/220VDC
l本装置可以同时管理两组电池,每组电池最多为120个电池、40个温度探头
l可以管理电池种类:
2V、6V、12V
l告警类型:
电池过压、欠压;正负母线对地绝缘过低告警。
l告警方式:
声音告警、相应字符闪烁告警、干节点告警。
l整机最大功耗:
P≤40W
l整机尺寸:
高×宽×深=100×630×330mm3
l整机重量:
9kg
运行环境:
温度0℃~50℃,相对湿度≤90%
4、充电模块(或整流器)
将交流电变为110V或220V直流电,在给电池充电的同时,经降压装置给控母供电,是直流电源柜的核心部分。
高频开关整流模块原理框图如下:
电磁
滤波
辅助
电源
PFC控制电路
逆变控制电路
保护动作电路
检测
电路
5、交流屏:
(1)交流屏硬件介绍:
GM402、GM460、JM411、CP013、交流接触器、避雷器等。
(2)交流屏的功能:
A、微机控制的智能交流屏,双路供电自动切换。
B、零线、相线接错时,或缺相、零线脱落时,均可自动切断交流屏有故障的一路,并切换到另一路供电,发出报警。
C、过压、欠压自动切断交流屏有故障的一路,切换到另一路供电,发出报警。
D、过流(电流超过输入额定容量),自动切断供电,发出告警。
E、机组装有每相通流量为40KA、响应速度为25nS的三相避雷器,能有效地防止雷击对设备造成的损坏,并且在线与线间安装有差模避雷器,防止线间过电压。
F、交流屏CPU主控板采集各项交流数据,传送至中央控制器。
(四)GZDW直流电源馈电柜各组成部分
1、降压装置
将合母上从220~300V(或110~160V)的直流电变为稳定的220V(或110V)的直流电。
降压装置分为硅堆降压和斩波降压两种,硅堆降压价格便宜,可靠性高,目前大多采用硅堆降压。
2、绝缘监测仪(JB2201B)
装置功能
☆本装置能适时监测两路(允许共负极)母线,正负极对地电压,系统对地绝缘电阻,能自动判别并显示故障支路号,以缩小故障范围。
☆可储存127条接地故障信息供分析追忆。
☆具有检测自动接地功能,并有声音告警、字符闪烁告警和干节点告警提示,告警界限可由用户设置。
☆所有告警界限值均可通过装置键盘现场修改或计算机远端遥调修改。
☆可监测2路母线共64路支线的对地绝缘状态。
☆能与计算机接口而实现四遥。
☆本装置采用大屏幕全中文提示,操作界面非常友好,人机对话功能极强。
☆本装置除具本地声光告警功能外,还开放了1个干节点接口供用户延伸驱动远距离告警装置和上行PC机告警。
☆本装置开辟了历史数据保存单元,最多可记录127条接地信息供用户追忆,当记满信息后,便会自动用最新信息覆盖最老信息。
☆采用模块化设计,扩展和更换方便。
3、馈电回路
(1)合母馈电
用于变电站、发电厂等单位大容量空气断路器的分、合闸用电,这些馈电回路的电流均为50~500A,0.5秒的瞬间大电流。
但这些馈电回路平时均为断路,只有当空气断路器合闸或分闸时,才主要由电池向这些馈电回路提供瞬间大电流。
(2)控母馈电
控母为经常性负荷,主要提供控制部分、继电器等监控装置、事故照明等用电,如果控母掉电,则变电站将处于失控状态。
(五)接线方案
电力部标准委员会专家在设计GZDW直流电源柜的同时,给出了十种主接线方案(详见GZDW设计选型方手册),分别为30~35,40~43。
主要区别为单母线分段不分段,是否有降压装置,充电机输出一种还是两种电压,单组还是双组电池。
金电公司目前主要产品为31、33、35三种方案。
31方案为单母线,单组电池,充电模块单一电压输出,无降压回路,33方案为单母线,单组电池,充电模块单一电压输出,控母与合母分开,35方案为单母线,单组电池,充电模块两种电压输出,控母与合母分开。
(六)直流系统的功能特点
1、中央控制器
为了适应电力系统远动的要求,GZDW电源柜的控制器提供全面的遥信、遥测、遥控和遥调功能,同时控制整流模块按设定的电池充电曲线给蓄电池组进行充电。
液晶显示屏全汉化显示,可通过键盘设定参数并向上提供RS-232、RS-485接口。
“四遥”系统监控项目大致如下(具体内容参见通信规约文本):
遥测:
l合闸母线、控制母线输出电压,总输出电流,控制母线电流,电池电流;
l母线绝缘电阻
l交流三相电压,三相电流;
l自定义模拟量(选配)。
遥信:
l合母输出过压、输出欠压;
l模块故障、控制器故障;
l交流缺相、缺零线,交流过欠压、交流过流、交流中断;
l控制母线电压过高、过低,系统绝缘过低;
l馈线故障、熔断器熔断;
l四十二路自定义开关量。
遥控:
l直流输出浮充/均充状态转换;
l整流模块开/关机。
遥调:
l连续调节浮充电压、均充电压、总输出限流点、电池限流点;
l设定直流输出电压、电流上下限,交流电压、电流上下限。
2、整流模块
模块型号为GEP-16020F(Y),额定输出电流为20A,限流保护点(最大输出电流)为22A。
采用100K~350KHz高频PWM脉宽调制技术,效率大于88%,输入电压范围在最高电压满载输出时可达380±15%,带三相功率因数校正。
输入三相电流,无零线输入,系统安全性大为提高。
整流模块可以工作在两种模式:
自主方式和受控方式。
通常,整流模块工作在受控方式,由中央控制器控器协调所有整流模块均流输出。
在主控器发生故障或拔出检修时,整流模块自动进入自主工作方式,输出电压服从出厂设定值115V,输出电流由模块间的均流总线进行控制,保证整流模块间的负载平衡,整流模块可以长期工作在自主方式而不损坏。
2.1整流模块面板指示灯
PM.F
CONT.0
CONT.1
LINE
(数码显示区)
OVLP
THR.P
FAN.F
ALARM
2.2整流模块面板指示灯说明:
l数码显示区显示的是模块的输出电流;
lLINE表示模块具有交流电源输入;
lCONT.1表示模块处于自主工作状态;
lCONT.0表示模块处于受控工作状态;
lPM.F表示模块无输出(故障或空载);
lALARM表示模块告警;
lFAN.F表示模块风机故障;
lTHR.P表示模块处于过热保护状态;
lOVL.P表示模块处于三相输入过压保护状态。
3、交流屏
交流屏主要完成对双路输入三相交流电的电压电流检测(借助零线)和整流模块的全三相供电(不含零线)。
交流屏主控板、交流接触器和接线端子位于机柜的背面模块层下方,交流屏采样板位于机柜前部,交流屏主控板可带电插拔。
3.1交流屏技术参数
l交流屏输入容量:
每路输入80A/3相
l输入过压设定值:
任一相电压超过270VAC(可由软件设定电压值)则告警,超过275VAC则切断
l输入欠压设定值:
任一相电压低于160VAC(可由软件设定电压值)则告警,低于148V切断。
l输入过流设定值:
任一相电流大于100A则告警并切断
3.2交流屏功能
l双路供电自动倒换。
l零线、相线接错时,或缺相、零线脱落时,均可自动切断交流屏有故障的一路,并切换到另一路供电,发出报警。
l过压、欠压自动切断交流屏有故障的一路,切换到另一路供电,发出报警。
l过流(电流超过输入额定容量),自动切断供
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