PZ61-2000高频开关直流操作电源系统技术说明书

1、PZ61-2000高频开关直流操作电源系统 技术说明PZ61-2000高频开关直流操作电源系统技术说明书V2.0-许继电源有限公司2008年12月1. 直流操作电源的发展历程发电厂和变电站中，为控制、信号、保护和自动装置（统称为控制负荷），以及断路器电磁合闸、直流电动机、交流不停电电源、事故照明（统称为动力负荷）等供电的直流电源系统，通称为直流操作电源。1.1 直流操作电源的历史根据构成方式的不同，在发电厂和变电站中应用的有以下几种直流操作电源：电容储能式直流操作电源：是一种用交流厂（站）用电源经隔离整流后，取得直流电为控制负荷供电的电源系统。正常运行时，它给与保护电源并接的足够大容量的电容器

2、组充电，使其处于荷电状态；当电站发生事故时，电容器组继续向继电保护装置和断路器跳闸回路供电，保证继电保护装置可靠动作，断路器可靠跳闸。这是一种简易的直流操作电源，一般只是在规模小、不很重要的电站使用。复式整流式直流操作电源：是一种用交流厂（站）用电源、电压互感器和电流互感器经整流后，取得直流电为控制负荷供电的电源系统，在其设计上，要在各种故障情况下都能保证继电保护装置可靠动作、断路器可靠跳闸。这也是一种简易的直流操作电源，一般只是在规模小、不很重要的电站使用。蓄电池组直流操作电源：由蓄电池组和充电装置构成。正常运行时，由充电装置为控制负荷供电，同时给蓄电池组充电，使其处于满容量荷电状态；当电站

3、发生事故时，由蓄电池组继续向直流控制和动力负荷供电。这是一种在各种正常和事故情况下都能保证可靠供电的电源系统，广泛应用于各种类型的发电厂和变电站中。以上电容储能式和复式整流式直流操作电源系统，在六、七十年代有较多的应用，八十年代以后，由于小型镉镍碱性蓄电池和阀控式铅酸蓄电池的应用，这种操作电源在发电厂和变电站中已不再采用。而蓄电池组直流操作电源系统，其应用历史悠久，而且极为广泛。现代意义上的直流操作电源系统就是这种由蓄电池组和充电装置构成的直流不停电电源系统，通常简称为直流操作电源系统或直流系统。1.2 直流操作电源的设计技术发展在1955年以前，国内发电厂和变电站的建设规模较小，其直流操作电

4、源系统大多采用110V、单母线和不带端电池的蓄电池组。1956年以后，发电厂和变电站的建设规模增大。这是引进了当时苏联的设计技术，在所有新建和扩建的发电厂和变电站中，都采用了220V、带端电池的蓄电池组，并根据工程规模的大小，采用单母线或双母线接线。这个时间的设计，是充分利用了蓄电池的容量和具有较小的电压波动范围，但代价是采用了较复杂的接线。1984年以后，随着欧美设计技术的引进，以及发电厂和变电站建设规模的不断增大，在直流操作电源系统的设计上，又开始普遍采用单母线接线和不带端电池的蓄电池组，对于控制负荷则推行采用110V电压，而动力负荷则采用220V电压。这一期间设计的主导思想，则是以适当加

5、大蓄电池的容量，允许电压有较大的波动范围为代价，达到简化接线、提高可靠性的目的。六十年代以前，国内设计的发电厂采用主控制室方式。在容量较小的发电厂中，装设一组蓄电池组构成的直流操作电源系统；在较大容量的发电厂中，则装设由两组蓄电池构成的直流操作系统；其接线采用单母线或双母线，但对于容量较大的发电厂，则广泛采用双母线接线。七十年代以后，单元制发电厂随着机组容量的增大而普及。在单元制发电厂中，直流操作电源系统按单元配置。七十年代到八十年代初期，一般是一个单元配置一套由一组蓄电池组构成的控制、动力混合供电的220V操作电源。从八十年代后期开始，对于200MW以上的大机组电厂，则每一单元配置两套直流操

6、作电源：一套220V由一组蓄电池构成，专供动力负荷；另一套110V由两组蓄电池构成，专供控制负荷。同时，在一些辅助车间，如水泵房、输煤控制楼等处，开始应用由小容量的蓄电池组构成的操作电源系统。对于220KV及以下电压等级的变电站，一般装设由一组蓄电池组构成的直流操作电源；对于容量较大和500KV以上的大型变电站，则装设由两组蓄电池组构成的直流操作电源；对于220KV的变电站，2002年国家电力公司要求全部装设两组蓄电池组。这一发展过程表明，随着大机组、超高压工程的发展，人们更加关注的是直流操作电源的可靠性，并为此提高适当提高电池组的容量和增加数量，普遍采用单母线接线方式，提高了工程造价。1.3

7、 直流操作电源的设备技术发展在直流操作电源系统中，主要的设备有蓄电池组、充电装置、绝缘监测装置以及控制保护等设备。随着制造技术的发展，几十年来也发生了很大的变化。蓄电池组型式，在七十年代以前发电厂和变电站中应用的都是开启式铅酸蓄电池，使用的容量逐渐增加，单组额定容量达到了14001600Ah。七十年代以后，开始应用半封闭的固定防酸式铅酸蓄电池，并逐步得到普遍采用。到八十年代中期以后，镉镍碱性蓄电池以其放电倍率高、耐过充和过放的优点，开始在变电站中得到应用，但由于价格较高，一般使用的都是额定容量在100Ah以内的，限制了其应用的范围。九十年代发展起来的阀控式铅酸蓄电池，以其全密封、少维护、不污染

8、环境、可靠性较高、安装方便等一系列的优点，在九十年代中期以后等到普遍的采用。回顾蓄电池的变化可知，蓄电池在向维护工作量小、无污染、安装方便、可靠性提高的方向发展。虽然提高蓄电池的寿命是一重要课题，但在提高寿命方面国内的技术进展不大，一般的阀控式铅酸蓄电池在510年之间，低的只有35年；目前国外的技术一般可以做到1015年，高的达到1820年。而且，国内市场的恶性竞争环境，使许多蓄电池制造厂不愿在设计寿命上投资，提高制造成本。需要说明是，蓄电池的使用寿命，在很大程度上要依靠正确的运行和维护。对于充电装置，在七十年代以前，主要是用电动直流发电机组作充电器；七十年代开始应用整流装置，并逐渐取代了电动

9、发电机组，得到普遍的应用。八十年代以前，考虑到经济性和运行的稳定性，对充电和浮充电整流装置采用不同的容量设计。1984年以后，对充电和浮充电整流装置开始采用相同的容量设计，使之更有利于互为备用，并且这种作法被普遍接受。充电装置的配置方式是：一组蓄电池的直流操作电源系统配置两组充电装置，两组蓄电池的直流操作电源系统配置三组充电装置。1995年以后，随着高频开关型整流装置的普及，考虑到整流模块的N+1(2)冗余配置和较短的修复时间，大量采用一组蓄电池配置一组充电装置的方式。作为充电器的整流装置，多年来在不断的发展改进，七十年代是分立元件控制的晶闸管整流装置，可靠性和稳定性较差，技术指标偏低。八十年

10、代发展为集成电路控制的晶闸管整流装置，可靠性和稳定性以及技术指标得到较大的提高，这一时期的晶闸管整流控制技术也日臻成熟，并具备简单的充电、浮充电和均衡充电自动转换控制功能。进入九十年代以后，随着微机控制技术的普及，集成电路控制型晶闸管整流装置逐渐被微机控制型晶闸管整流装置取代，使整流装置的稳流和稳压调节精度得到较大的提高，并且自动化水平的提高可以实现电源的“四遥”，为实现无人值班创造了条件。1996年以后，随着高电压、大功率开关器件和高频变换控制技术的成熟，高频开关整流装置以其模块化结构、N+1(2)并联冗余配置、维护简单快捷、技术指标和自动化程度高的优点，得到迅速的推广和普及。目前，这种高频

11、开关型整流装置已成为市场的主角，未来几年不会有新的整流装置替代。绝缘监测装置是直流操作电源系统不可缺少的组成部分，用于在线监测直流系统的正负极对地的绝缘水平。在八十年代以前，一直是采用苏联技术设计的、以电桥切换原理构成的绝缘检查装置，用继电器、电压表和切换开关构成，具有发现接地故障、测量直流正负极对地绝缘电阻和确定接地极的功能。八十年代，在此原理技术上，国内制造了用集成电路构成的绝缘监测装置，并把母线电压监视功能与之合并在一起，提高了装置的灵敏度和易操作性。上述的绝缘监测装置，在直流系统发生接地故障时，只能确定哪一极接地，而不能确定哪一条供电支路接地，在运行维护中查找接地点非常麻烦，并且存在监

12、测死区。针对这种情况，国内在九十年代以后，采用微机控制技术，开发制造了具有支路巡检功能的绝缘监测装置。其不但能够准确的测量直流系统正负极的接地电阻，同时还可以确定接地支路的位置。当前这种具有支路巡检功能绝缘监测装置得到普遍的应用，技术的发展围绕支路巡检功能展开，早期全部采用低频叠加原理，目前以直流漏电流原理为主，两种原理各有优缺点。蓄电池组、充电装置和直流馈电回路，多年来一直用熔断器作短路保护，用隔离开关作回路操作，直到现在仍在普遍使用。进入九十年代以来，随着技术的发展，这些老式的保护和操作设备逐渐被具有高分断能力和防护等级的新型设备替代。到1996年以后，开始用带热磁脱扣器的直流自动空气开关

13、，兼作保护和操作设备，为直流屏的小型化设计创造了条件。目前，这种直流专用空气开关在直流系统中已普遍的应用，并开发出具有三段式选择性保护功能的直流空气开关产品。2. PZ61-2000高频开关直流操作电源系统的构成原理2.1 直流系统的构成PZ61-2000高频开关直流操作电源系统是由交流配电单元、高频整流模块、蓄电池组、硅堆降压单元、绝缘监测装置、电池巡检装置、配电监测单元和集中监控装置等部分组成。系统构成原理接线如图2-1所示。图2-1 高频开关直流操作电源系统构成原理接线图2.2 直流系统的工作原理2.2.1 交流正常工作状态：系统的交流输入正常供电时，通过交流配电单元给各个整流模块供电。

14、高频整流模块将交流电变换为直流电，然后经保护电器(熔断器或断路器)输出，一方面给蓄电池组充电，另一方面经直流配电馈电单元给直流负载提供正常工作电源。交流配电单元：将交流输入电源分配给各个整流模块，并装设C级和D级防雷模块，能有效吸收电网浪涌电压，将雷电感应和线路操作产生的过电压危害降至最小，保障整流模块安全工作。对具备两路交流输入电源的系统，可实现两路电源的自动转换。高频整流模块：将交流输入电源变换为直流电输出，正常受监控装置的控制，实现对蓄电池组的恒压限流充电和自动均充浮充转换等操作。当集中监控装置故障退出时，充电模块自动进入安全模式，按预设的浮充电压值继续运行。硅堆降压单元：根据蓄电池组输

15、出电压的变化自动调节串入降压硅堆的数量，使直流控制母线的电压稳定在规定的范围内。当提高蓄电池的容量，减少整组串联的个数时，可以取消硅堆降压单元，达到简化系统接线、提高可靠性的目的。绝缘监测装置：实时在线监测直流母线的正负极对地的绝缘水平，当接地电阻下降到设定的告警电阻值时，发出接地告警信号。对于带支路巡检功能的绝缘监测装置，还可以定位接地故障点发生在哪一条馈电支路中。电池巡检装置：实时在线监测蓄电池组的单节电压和内阻，当单体电池出现开路时，发出单体异常告警信号。通过该装置可以使维护人员随时了解蓄电池组的运行状况，提高蓄电池运行管理的自动化水平。配电监测单元：采用数字变送测量仪表实时采集系统中的

16、交流配电回路，充电装置、蓄电池组和直流配电回路的运行参数（模拟量）；采用开入模块采集各配电回路设备的状态和告警触点信号（开关量）。数据上传到监控装置进行显示、告警等处理。电源监控模块：采用集散方式对电源系统进行监测和控制。通过RS485串口分别与系统各配电回路的智能设备（高频整流模块、绝缘监测装置、电池巡检装置、数字变送仪表和开关量采集模块）连接，接收处理上传信息，通过LCD实时显示系统中各设备的运行状态、运行参数、告警信息等内容，系统运行的相关参数可通过LCD进行设置和维护。同时监控模块可通过RS485串口、光纤或以太网接入电站自动化系统，实现对电源系统的远程监控，满足“四遥”和无人值守的要

17、求。此外，监控装置具备完善的智能电池管理功能，它能对电池的端电压、充放电电流、电池房环境温度等参数作实时的在线监测，可准确地根据电池的充放电情况估算电池容量的变化，还能在电池放电后按用户事先设置的条件和运行参数，通过调节整流器的输出电流和电压，自动完成电池的限流充电和均浮充转换，并可以自动完成电池的定时均充维护和均浮充电压温度补偿工作，实现了全智能化，不需要任何人工干预，保证蓄电池组能正常工作，最大限度地延长电池的使用寿命。2.2.2 交流失电工作状态：系统交流输入故障停电时，充电模块停止工作，由蓄电池组不间断地给直流负载供电。微机监控装置时实监测蓄电池组的放电电压和电流，当电池放电至设定的终

18、止电压时，监控装置告警。2.2.3 系统工作能量流向：系统工作时的能量流向如图2-2所示。图2-2 系统工作能量流向图3 PZ61-2000高频开关直流操作电源系统的配置接线3.1 高频开关直流操作电源系统的型号规格定义PZ 61 直流系统标称电压 充电装置配置电流 系统配置方案代号 配套电池类型容量 成套产品系列号 直流电源屏（柜）3.1.1 直流系统标称电压：220V，110V，48V，24V。3.1.2 充电装置配置电流：为满配置并联整流模块的额定电流之和。220V整流模块额定电流：5A、10A、20A、30A、40A；110V整流模块额定电流：10A、20A、30A、40A、50A。3

19、.1.3 系统配置方案代号用三位数定义如下：111-系统配置方案为1组蓄电池、1组整流器、单母线接线；112-系统配置方案为1组蓄电池、1组整流器、单母线分段接线；121-系统配置方案为1组蓄电池、2组整流器、单母线接线；122-系统配置方案为1组蓄电池、2组整流器、单母线分段接线；222-系统配置方案为2组蓄电池、2组整流器、两段单母线接线；232-系统配置方案为2组蓄电池、3组整流器、两段单母线接线。3.1.4 配套电池类型用字母表示，其中K代表阀控式铅酸蓄电池，F代表防酸式铅酸蓄电池，Z代表中倍率镉镍蓄电池，G代表高倍率镉镍蓄电池。3.2 高频开关直流操作电源系统的典型接线方案3.2.1

20、 直流操作电源系统的各种配置方案可以派生出多个典型的接线方式，分别在配置方案代号后缀字母A、B、C等加以区分。3.2.2 对于220KV及以上的变电站和200MW以上的大机组发电厂，根据用电负荷和设备的布置情况，普遍采用设置直流分电屏的辐射供电网络。3.2.3 各种典型接线方案的单线图和特点说明参见附录。4 PZ61-2000高频开关直流操作电源系统的技术指标4.1 工作环境条件工作环境是保证直流系统正常运行和产品质量的首要条件。4.1.1 环境温度：540，24h内平均温度不高于35。4.1.2 相对湿度：a) 在环境温度为40时，空气的平均最大相对湿度不超过50。b) 最湿月空气的平均最大

21、相对湿度不超过90（20±5）。4.1.3 海拔高度：设备安装地点的海拔高度应在2000米以下。4.1.4 大气压力：80kPa110kPa。4.1.5 安装位置：垂直安装，任一方向不超过5°。4.1.6 使用场所：设备安装地点应无强烈振动和冲击，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，无强电磁场和高频电磁干扰。4.2 基本技术参数4.2.1 交流输入电源：a) 工作电压：380/220V±20。b) 工作频率：50Hz±5。4.2.2 直流输出电压：a) 系统标称电压：220V；110V。b) 专供控制负荷的直流母线电压为

22、系统标称电压值的85110。c) 专供动力负荷的直流母线电压为系统标称电压值的87.5112.5。d) 控制与动力合并供电的直流母线电压为系统标称电压值的87.5110。e) 设置硅堆降压装置，控制负荷与动力负荷混合供电的直流系统： 控制负荷直流母线电压为系统标称电压值的87.5110； 动力负荷直流母线电压为系统标称电压值的87.5115。4.2.3 直流输出电流： a) 充电装置额定电流：10A、20A、30A、40A、50A、60A、80A、100A、120A、160A、200A、250A、300A、400A、500A、600A、800A。b) 硅降压装置额定电流：20A、40A、60A

23、、100A、200A、400A、600A。c) 直流主母线额定电流：400A、500A、630A、800A、1250A、1600A。4.3 技术性能指标4.3.1 绝缘电阻用开路电压为表4-1规定电压的绝缘测试仪器测量电源系统有关部位的绝缘电阻，应符合以下要求：a) 各独立带电电路（交流输入端子、直流配电母线）与地（金属框架）之间的绝缘电阻应不小于10M。b) 无电气联系的各带电电路（交流输入与直流输出）之间的绝缘电阻应不小于10M。4.3.2 介质强度用耐压仪在下列部位施加频率为50±5Hz、表4-1规定的正弦波试验电压（采用直流电时，试验电压为交流电压有效值的1.4倍），历时1m

24、in不应出现绝缘击穿或闪烙的现象。a) 各独立带电电路（交流输入端子、直流配电母线）与地（金属框架）之间。b) 无电气联系的各带电电路（交流输入与直流输出）之间。表4-1：绝缘试验的电压等级 （V）额定绝缘电压Un绝缘电阻测试仪电压等级耐压测试仪试验电压Un60250100060Un3005002000300Un500100025004.3.3 整流器输出电压调节范围高频开关整流器在充电（恒流）状态下的电压调节范围和在浮充电及均衡充电（稳压）状态的电压调节范围应满足表4-2的规定。 表4-2：整流器输出电压调节范围运行状态电压调节范围（220V或110V系统）防酸式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池充

25、电(恒流)0.85Ue1.35Ue0.85Ue1.25Ue浮充电(稳压)0.90Ue1.20Ue0.90Ue1.20Ue均衡充电(稳压)1.00Ue1.35Ue1.00Ue1.25Ue注：Ue：直流系统标称电压，Ie：整流器（N个工作模块）额定输出电流。4.3.4 恒流充电运行时，整流器的充电电流调节范围为：20100额定值。4.3.5 稳压均浮充运行时，整流器的负荷电流调节范围为：0100额定值。4.3.6 恒流充电运行状态下，交流输入电压在额定值的±20范围内变化，充电电压在表4-2规定的电压调节范围内变化，整流器输出电流整定在20100额定值范围内的任一点，分别测量其输出电流值

26、，其稳流精度应不超过±0.5。稳流精度计算公式：I(IMIZ)IZ*100式中：I-稳流精度；IM-输出电流波动极限值；IZ-交流输入电压为额定值，充电电压在调节范围内的中间值时，输出电流的测量值。4.3.7 稳压均浮充运行状态下，交流输入电压在额定值的±20范围内变化，负荷电流在0100额定值范围内变化，整流器输出电压整定在表4-2规定的稳压调节范围内的任一点，分别测量其输出电压值，其稳压精度应不超过±0.5。稳压精度计算公式：U(UMUZ)UZ*100式中：U-稳压精度；UM-输出电压波动极限值；UZ-交流输入电压为额定值，负荷电流为50的额定值时，直流输出电

27、压的测量值。4.3.8 稳压均浮充运行状态下，交流输入电压在额定值的±20范围内变化，负荷电流在0100额定值范围内变化，整流器输出电压整定在表4-2规定的稳压调节范围内的任一点，分别测量其输出电压值和对应的交流分量峰峰值或有效值，其纹波峰值系数应不超过0.5，纹波有效值系数应不超过0.1。纹波峰值系数计算公式：XPPUPPUdc*100纹波有效值系数计算公式：XrmsUrmsUdc*100式中：XPP-纹波峰值系数； Xrms-纹波有效值系数UPP-输出直流电压中的交流分量峰峰值；Urms-输出直流电压中的交流分量有效值；Udc-输出直流电压的测量值。4.3.9 多个整流模块以N个

28、并机工作时，各模块应能按比例均分负荷电流，在平均单机输出电流在50100额定值范围内的任一点，分别测量各工作模块的输出电流值，其模块间负荷电流的差异即均流不平衡度应不超过±3。均流不平衡度计算公式：(IMIP)IN*100式中：-均流不平衡度；IM-单个模块输出电流的极限值；IP-N个工作模块输出电流的平均值；IN-单个整流模块的额定输出电流值。4.3.10 对采用数字方式进行电流整定调节的整流器，在恒流充电运行状态下，交流输入电压在额定值，充电电压在表4-2规定的电压调节范围内的中间值，输出电流整定在20100额定值范围内的任一点，分别测量其输出电流值，其充电电流的整定误差应不超过

29、±1（充电电流30 A时）或±0.3 A（充电电流30 A时）。电流整定误差计算公式：I(IzIg)Ig*100式中：I-电流整定误差；Ig-输出电流的数字给定值；Iz-输出电流的测量值。4.3.11 对采用数字方式进行电压整定调节的整流器，在稳压均浮充运行状态下，交流输入电压在额定值，负荷电流在50额定值，输出电压整定在表4-2规定的稳压调节范围内的任一点，分别测量其输出电压值，其输出电压的整定误差应不超过±0.5。电压整定误差计算公式：u(UzUg)Ug*100式中：u-电压整定误差；Ug-输出电压的数字给定值；Uz-输出电压的测量值。4.3.12 稳压均充运

30、行状态下，交流输入电压在额定值，负荷电流为100额定值（电阻性负载），输出电压为表4-2规定的稳压调节范围上限值，分别测量交流输入与直流输出的电压和电流，以及交流输入的有功功率，整流器的满载效率应不小于92。功率因数应不小于0.94。满载效率计算公式：PdP*100(Ud*Id)P*100功率因数计算公式：PSP(1.732*Ul*Il)式中：-满载效率；-功率因数；Pd-直流输出功率；S-交流输入视在功率；P-交流输入有功功率；Ul-交流输入电压；Il-交流输入电流；Ud-直流输出电压；Id-直流输出电流。4.3.13 在额定负载电流和周围环境噪音不大于40dB的条件下，距离直流电源设备内噪

31、音源水平位置1m，离地面高度1m1.5m处，测得的噪声最大值对于配套ZZG21、22系列整流模块应不超过55dB，对于配套ZZG23系列整流模块应不超过60dB。4.3.14 电磁兼容要求a) 抗扰度要求 l 振荡波抗扰度：直流电源设备应能承受GB/T 17626.12-1998中第5章规定的试验等级为3级的1 MHz和100 kHz振荡波抗扰度试验。l 静电放电抗扰度：直流电源设备应能承受GB/T 17626.2-1998中第5章规定的试验等级为3级的静电放电抗扰度试验。l 射频电磁场辐射抗扰度：直流电源设备应能承受GB/T 17626.3-1998中第5章规定的试验等级为3级的射频电磁场辐

32、射抗扰度试验。l 电快速瞬变脉冲群抗扰度：直流电源设备应能承受GB/T 17626.4-1998中第5章规定的试验等级为3级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。l 浪涌（冲击）抗扰度：直流电源设备应能承受GB/T 17626.5-1999中第5章规定的试验等级为3级的浪涌（冲击）抗扰度试验。l 射频场感应的传导骚扰抗扰度：直流电源设备应能承受GB/T 17626.6-1998中第5章规定的试验等级为3级的射频场感应的传导骚扰抗扰度试验。l 工频磁场抗扰度：直流电源设备应能承受GB/T 17626.8-1998中第5章规定的试验等级为4级的工频磁场抗扰度试验。l 阻尼振荡磁场抗扰度：直流电源设备应能承

33、受GB/T 17626.10-1998中第5章规定的试验等级为4级的阻尼振荡磁场抗扰度试验。b) 电磁发射限值要求l 传导发射限值和辐射发射限值：直流电源设备应符合表4-3和表4-4规定的传导发射限值和辐射发射限值。表4-3：传导发射限值频率范围（MHz）发射限值 dB(V)准峰值平均值0.150.5 79660.530 7360表4-4：辐射发射限值频率范围（MHz）在10 m测量距离处辐射发射限值 dB(V/m)准峰值30230 402301000 47l 谐波电流限值：直流电源设备返回交流电源侧的各次谐波电流含有率应不大于30%。5 PZ61-2000高频开关直流操作电源系统的单元功能5

34、.1 交流配电单元交流配电单元实现由交流输入到整流模块的电源分配和保护，PZ61-2000系列高频开关直流操作电源系统，根据不同工程的要求，提供以下四个类型的配电解决方案。5.1.1 单路输入交流配电单元a) 交流配电的原理单路输入交流配电单元的电路原理接线如图5-1所示，适用于每组充电装置由一路独立的交流电源供电的系统。图5-1 单路输入交流配电单元电路原理图QF1为交流电源输入保护断路器，其作为充电装置的电源开关。FV1为C级防雷器，安装在交流电源进线侧，作为第一级防雷保护措施，能绝大部分泄放雷击感应或开关操作产生的浪涌电流。FV2为D级防雷器，安装在交流分配母线侧，其作为第二级防雷保护措

35、施，与第一级保护配合，能有效泄放残余的浪涌电流，进一步限制模块侧的残余浪涌电压，结合整流模块内的EMI吸收，能将电涌冲击对整流模块的危害降至最小。QF为防雷器保护断路器，避免防雷器因过载而损坏线路。PV为交流电压测量变送器，用于监测交流工作电源的电压，当交流电源过压、欠压或缺相时，由电源系统的监控装置发出相应的告警信号。b) 交流配电的监控l 测量：包括“交流电源电压”（1、2、3号整流器交流电压）。三相交流电压采用1个数字变送器检测，循环显示AB/BC/CA线电压值，电压测量数据通过RS485通信接口上传到电源监控装置。l 信号：告警信号包括“交流输入断路”（1、2、3号整流器交流输入断路）

36、和“交流防雷器失效”（1、2、3号整流器交流防雷器失效）；状态信号包括“交流电源投入”（1、2、3号整流器交流电源投入）。这些信号均为无源开关触点，通过开关量采集单元上传到电源监控装置。5.1.2 双路交流电源供一组充电装置的交流配电方案a) 交流配电的原理双路交流电源供一组充电装置的交流配电原理接线如图5-2所示。一般适用于变电站中的直流操作电源系统，个别的发电厂工程也有采用。图5-2 双路交流电源供一组充电装置的交流配电原理图QF1、QF2分别为1号和2号交流电源输入保护断路器，其作为充电装置的电源开关。对断路器的转换控制由控制器及其操作机构完成。智能控制器实时检测两路电源电压，在一路电源

37、发生异常时，能自动控制转换到另一路电源，实现双路电源之间的切换。FV1为C级防雷器，安装在交流电源进线侧，作为第一级防雷保护措施，能绝大部分泄放雷击感应或开关操作产生的浪涌电流。FV2为D级防雷器，安装在交流分配母线侧，其作为第二级防雷保护措施，与第一级保护配合，能有效泄放残余的浪涌电流，进一步限制模块侧的残余浪涌电压，结合整流模块内的EMI吸收，能将电涌冲击对整流模块的危害降至最小。QF为防雷器保护断路器，避免防雷器因过载而损坏线路。PV为交流电压测量变送器，用于监测交流工作电源的电压，当交流电源过压、欠压或缺相时，由电源监控装置发出相应的告警信号。b) 交流配电的监控l 测量：包括“交流电

38、源电压”（1、2、3号整流器交流电压）。三相交流电压采用1个数字变送器检测，循环显示AB/BC/CA线电压值，电压测量数据通过RS485通信接口上传到电源监控装置。l 信号：告警信号包括“交流输入断路”（1、2、3号整流器交流输入断路）和“交流防雷器失效”（1、2、3号整流器交流防雷器失效）；状态信号包括“交流电源投入”（1、2、3号整流器交流电源投入）。这些信号均为无源开关触点，通过开关量采集单元上传到电源监控装置。5.1.3 双路交流电源供两组充电装置的交流配电方案a) 交流配电的原理双路交流电源供两组充电装置的交流配电原理接线如图5-3所示。一般适用于变电站中一个机柜装设两组整流模块的直

39、流操作电源系统。图5-3 双路交流电源供两组充电装置的交流配电原理图QF1、QF2分别为1号和2号交流电源输入保护断路器，QF3、QF4分别为1号和2号充电装置的电源开关。对输入保护断路器的转换控制由控制器及其操作机构完成。智能控制器实时检测两路电源电压，在一路电源发生异常时，能自动控制转换到另一路电源，实现双路电源之间的切换。FV1为C级防雷器，安装在交流电源进线侧，作为第一级防雷保护措施，能绝大部分泄放雷击感应或开关操作产生的浪涌电流。FV2为D级防雷器，安装在交流分配母线侧，其作为第二级防雷保护措施，与第一级保护配合，能有效泄放残余的浪涌电流，进一步限制模块侧的残余浪涌电压，结合整流模块

40、内的EMI吸收，能将电涌冲击对整流模块的危害降至最小。QF为防雷器保护断路器，避免防雷器因过载而损坏线路。PV为交流电压测量变送器，用于监测交流工作电源的电压，当交流电源过压、欠压或缺相时，由电源监控装置发出相应的告警信号。b) 交流配电的监控l 测量：包括“交流电源电压”。三相交流电压采用1个数字变送器检测，循环显示AB/BC/CA线电压值，电压测量数据通过RS485通信接口上传到电源监控装置。l 信号：告警信号包括“交流输入断路”和“交流防雷器失效”；状态信号包括“1号整流器交流电源投入”和“2号整流器交流电源投入”。这些信号均为无源开关触点，通过开关量采集单元上传到电源监控装置。5.1.

41、4 双路交流电源供一组充电装置的一体化交流配电方案a) 交流配电的原理双路交流电源供一组充电装置的一体化交流配电原理接线如图5-4所示。一般适用于变电站中所用电交流与直流混合配电的一体化电源系统。图5-4 交流配电单元原理图QF1、QF2分别为1号和2号交流电源输入保护断路器，QF4为充电装置的电源开关，QA1QA8为站用电交流馈电开关。对输入保护断路器的转换控制由控制器及其操作机构完成。智能控制器实时检测两路电源电压，在一路电源发生异常时，能自动控制转换到另一路电源，实现双路电源之间的切换。FV1为C级防雷器，安装在交流电源进线侧，作为第一级防雷保护措施，能绝大部分泄放雷击感应或开关操作产生

42、的浪涌电流。FV2为D级防雷器，安装在交流分配母线侧，其作为第二级防雷保护措施，与第一级保护配合，能有效泄放残余的浪涌电流，进一步限制模块侧的残余浪涌电压，结合整流模块内的EMI吸收，能将电涌冲击对整流模块的危害降至最小。QF为防雷器保护断路器，避免防雷器因过载而损坏线路。PV为交流电压测量变送器，用于监测交流工作电源的电压，当交流电源过压、欠压或缺相时，由电源监控装置发出相应的告警信号。PJ为交流电度表，用于测量交流所用电负荷的电度量。b) 交流配电的监控l 测量：包括“交流电源电压”。三相交流电压采用1个数字变送器检测，循环显示Ua/Ub/Uc相电压值，电压测量数据通过RS485通信接口上

43、传到电源监控装置。l 信号：告警信号包括“交流输入断路”和“交流防雷器失效”；状态信号包括“交流电源投入”。这些信号均为无源开关触点，通过开关量采集单元上传到电源监控装置。5.2 直流配电单元直流配电单元是采用保护电器（熔断器或断路器）和隔离开关实现由整流器、蓄电池、直流母线和馈电输出的电气连接。5.2.1 直流配电的原理根据实际工程的具体要求，不同的系统配置可以派生出多种方式的原理接线方案。PZ61-2000系列高频开关直流操作电源系统各种典型接线方案的原理单线图及其技术特点说明参见附录。5.2.2 直流配电的监控a) 测量：整流器输出回路包括“整流器电压”（1、2、3号整流器电压）和“整流

44、器电流”（1、2、3号整流器电流）；蓄电池回路包括“电池组电压”（1、2号电池组电压）和“电池组电流”（1、2号电池组电流）；直流母线回路包括“直流母线电压”（1、2段直流母线电压）。这些模拟量全部采用数字变送器检测，测量数据通过RS485通信接口上传到电源监控装置。b) 信号：告警信号包括“整流器出口断路器跳闸熔断器熔断”（1、2、3号整流器出口断路器跳闸熔断器熔断）、“电池组出口断路器跳闸熔断器熔断”（1、2号电池组出口断路器跳闸熔断器熔断）、“直流母联断路器跳闸熔断器熔断” （1、2段直流母联断路器跳闸熔断器熔断）、“直流馈电支路断路”（1、2段直流馈电支路断路）和“116号分屏直流馈电

45、支路断路”。状态信号包括“1480路开关合闸”；对于1组蓄电池和2组整流器的系统组态，状态信号应接入“1、2号整流器接入电池组”或者“2、3号整流器接入电池组”，这些信号均为无源开关触点，通过开关量采集单元上传到电源监控装置。5.3 高频整流模块5.3.1 整流模块的工作原理图5-5 高频整流模块原理框图如图5-5所示高频开关整流模块的主回路电路包括EMI滤波、全桥整流、PFC校正、高频逆变、高频变压器、高频整流和LC滤波，各部分的功能如下：EMI滤波：抑制交流输入侧的尖峰电压干扰，将过电压冲击对整流模块的危害降至最小；阻断整流模块产生的高频干扰反向传输污染电网。全桥整流：采用整流桥直接将交流

46、输入电压变换为脉动直流电。PFC校正：单相模块采用有源器件，三相模块采用无源器件，将整流所得的脉动直流电转换成平滑的直流电，对交流输入电路的功率因数进行校正。高频变换：采用MOSFET或IGBT开关功率器件，将输入直流电变换为脉冲宽度可调的高频交流脉冲波。高频变压器：将高频交流脉冲波隔离、耦合输出，实现交流输入与直流输出的电气隔离和功率传输。高频整流：采用快恢复二极管，将高频交流脉冲波变换为高频脉动直流电。LC滤波：采用无源LC器件，将整流所得的高频脉动直流电转换成平滑的直流电。5.3.2 整流模块的软开关技术采用软开关技术，可以大幅减小功率器件的开关损耗，提高转换效率；同时，由于电压变化率（

47、dv/dt）或电流变化率（di/dt）相对减小很多，功率开关器件承受的电应力较小，可靠性得到了提高；另外，由于dv/dt或di/dt的减小，高频开关电源产生的电磁干扰也有很大的改善，被称为“绿色电源”。整流模块采用全桥 ZCS和ZVS软开关先进技术，具有频率恒定，易于控制，可靠性高的特点；通过软开关技术的使用，可实现整机满载效率接近93%。5.3.3 整流模块的均流技术整流模块采用先进的平均值自动均流技术，工作原理如图5-6所示。在每个并联模块的输出电流反馈放大信号输出端分别通过一个电阻R接到一条公用母线上，这条母线称为均流母线。均流母线工作时的电压等于各模块电流反馈放大信号的电压平均值，它与

48、负载有关，表征总负载电流的平均值。将每个模块的电流反馈信号电压与均流母线电压比较，得到误差放大信号去修正模块的输出电压给定信号，从而对PWM控制器的占空比进行微调，达到自动均流和稳压的目的。平均值均流技术的本质是调整模块的外特性，即通过模块的输出电流反馈信号来适当调整模块输出电压，从而调整其输出电流，使各并联模块输出电流等于总负载电流的平均值，可以非常精确地实现自动均流。平均值法的均流母线断开或开路都不会影响电源模块独立工作，但某一模块失效会使均流母线电压下降，因此对连接均流母线的电流反馈信号输出采用电压继电器保护。图5-6 整流模块并联均流电路原理图5.3.4 整流模块的型号规格定义PZ61

49、-2000系列高频开关直流操作电源系统配置以下三个系列的高频开关整流模块。a) ZZG21系列整流模块：单相输入，MOSFET开关功率器件变换。ZZG21-05220-标称直流输出电压220V，额定输出电流5A；ZZG21-10220-标称直流输出电压220V，额定输出电流10A；ZZG21-10110-标称直流输出电压110V，额定输出电流10A；ZZG21-20110-标称直流输出电压110V，额定输出电流20A。b) ZZG22系列整流模块：三相输入，MOSFET开关功率器件变换。ZZG22-05220-标称直流输出电压220V，额定输出电流5A；ZZG22-10220-标称直流输出电压

50、220V，额定输出电流10A；ZZG22-10110-标称直流输出电压110V，额定输出电流10A；ZZG22-20110-标称直流输出电压110V，额定输出电流20A；ZZG22-3048-标称直流输出电压48V，额定输出电流30A；ZZG22-5048-标称直流输出电压48V，额定输出电流50A；ZZG22-3024-标称直流输出电压24V，额定输出电流30A；ZZG22-5024-标称直流输出电压24V，额定输出电流50A。c) ZZG23系列整流模块：三相输入，IGBT开关功率器件变换。ZZG23-20220-标称直流输出电压220V，额定输出电流20A；ZZG23-30220-标称直

51、流输出电压220V，额定输出电流30A；ZZG23-40220-标称直流输出电压220V，额定输出电流40A；ZZG23-30110-标称直流输出电压110V，额定输出电流30A；ZZG23-40110-标称直流输出电压110V，额定输出电流40A；ZZG23-50110-标称直流输出电压110V，额定输出电流50A。5.3.5 整流模块的技术指标a) ZZG21系列整流模块的技术指标如表5-1所示：表5-1 ZZG21整流模块技术指标项目技术指标ZZG21-05220ZZG21-10220ZZG21-10110ZZG21-20110输入特性输入电压154V275V（单相二线，满足铁路要求）交

52、流频率50Hz±10功率因数0.99满载效率92最大输入功率1.65kW3.3kW1.7kW3.4kW输出特性电压调节范围176V286V88V143V额定输出电流5A10A10A20A最大输出电流6A11A11A22A限流调节范围1A100%额定值软启动时间48秒负载调整率±0.5电网调整率±0.1稳压精度±0.5稳流精度±0.5纹波系数0.5（峰峰值）温度系数0.2（1/）保护特性输入过压保护281±3V关机，可自恢复，回差电压39V输入欠压保护148±3V关机，可自恢复，回差电压612V输入缺相保护关机，可自恢复输出过

53、压保护295±5V关机，5min内3次不可恢复 148±3V关机，5min内3次不可恢复输出欠压保护170±4V告警，回差电压4V85±2V告警，回差电压2V输出过流保护关机，可自恢复输出短路保护电压170±4V，回缩电流40额定值，可自恢复过温保护75±5关机，温度降低后可自恢复人机界面LED数码管指示输出电压和电流，电压误差1V，电流误差0.2A绿色LED“运行”指示黄色LED“保护”指示红色LED“故障”指示按键设置模块运行参数，显示与给定校正拨码开关6位：设置模块运行方式和通信地址其它冷却方式风冷（防尘）音响噪声55dB外形尺寸2U高19英寸机箱b) ZZG22系列整流模块的技术指标如表5-2所示：表5-2 ZZG22整流模块技术指标项目技术指标ZZG22-05220*ZZG22-10220ZZG22-10110*ZZG22-20110输入特性输入电压304V456V（三相三线）交流频率50Hz±10功率因数0.94满载效率92最大输入功率1.65kW3.3kW1.7kW3.4kW输出特性电压调节范围176V286V88V143V额定输出电流5A10A10A20A最大输出电流6A11A11A22A限流调节范围1A100%额定值软启动时间48秒负载调整率