一、概述

 

　　1.直流电源柜的功能。由整流器和蓄电池组构成的直流电源柜，是最安全、最可靠的备用电源装置，至今仍是各类发电厂和变电站不可或缺的重要设备。直流电源柜的可靠供电，与发电厂、变电站的安全息息相关，直流电源柜故障停电，轻则造成发电厂、变电站事故停电，重则造成发电机或主变烧毁。

 

　　2.对直流柜的总体要求。一是接线简单可靠，运行灵活，维护、安装方便；二是所用元件、部件性能可靠、稳定、精良；三是安装运行的环境条件应该符合直流电源柜的产品说明书之规定。

 

　　3.直流电源柜的选型要点：

 

　　1）电压等级：220V、110V、48V、24V。

 

　　2）额定电流：10A、20A 30A50A、70A、80A、100A…

 

　　3）蓄电池：类型：铅酸电池有阀控型、防酸型；碱性有镉镍电池。电池组：1组或2组。容量（Ah）：阀控铅酸电池有40、65、100、150、200、300、400、500、700、1000。

 

　　4）安装环境：应满足一定海拔高度、温度、室内或室外的要求。

 

　　5）其它：母线和支路络线在线监测、电池组在线监测、可配备逆变电源（既作为放电装置又可取代微机UPS）。

 

　　4.直流电源柜的组成。由整流器（充电器）、蓄电池和柜体（含保护、控制电器）三部分组成。电力用蓄电池的演变过程是：开启式铅酸电池（1970年前）→半密封铅酸电池（1980年前）→碱性镉镍电池（1990年前）→阀控铅酸电池（至今）。蓄电池一般由用户指定，或根据性价比综合选定。由于国内阀控电池的材料及制造工艺日趋成熟，与国外蓄电池产品质量、寿命等比差距已缩小。我国整流器的发展进程，基本上代表了直流电源柜发展的脉络：直流电动发电机组（1970年以前）叶硅整流器（包括磁饱和及可控硅整流，1990年以前）→高频开关电源（至今）。

 

　　二、新旧直流柜比较

 

　　我们把电容贮能式电源、复式整流电源、磁饱和整流电源、可控硅整流电源等组成的直流柜称为旧式直流柜。它们虽然具有技术成熟、稳定、运行人员熟悉、较易掌握等优点，但也存在以下缺陷：一是基本元件工频变压器、电抗器、整流滤波装置等的体积大、重量重。二是基本元件的功耗大、温升高、效率低，柜内元件密集，维修更换困难。三是控制电路、整流电路多由分立元件或集成电路组成，可靠性较低。四是受基本元件的制约，电气性能技术指标偏低。此类直流柜目前在全国范围使用数量很大，2000年执行的DL/T-5120-2000《小型电力工程直流系统设计规程》还给它留了一个过渡时期。但是电力工程用整流器应满足以下条件：

 

　　1）在规定交流输入电源下，应满足蓄电池组均衡充电、低压充电和浮充电的工况要求；

 

　　2）有良好的稳压、稳流性能；

 

　　3）纹波系数小；

 

　　4）运行灵活、能自动投切、具有三遥（或四遥）功能；

 

　　5）具备良好的电磁兼容性和抗干扰性能。大多数旧式直流柜由于未配置微机（或单片机），因此难以完全实现1）、4）、5）的要求。我们把以高频开关电源整流器和监控模块为核心组成的直流电源框，定义为新型直流电源柜。随着电力电子技术特别是高频功率半导体技术、大规模集成电路、单片微机技术的发展和普及，促进了小功率开关电源迅速拓展为大功率开关电源，并且以模块式的结构出现。经过十余年的不断探索和完善，高频开关电源模块整流器的可靠性、稳定性及各项技术指标，均有了长足的进步，实践证明它已经成为一个成熟的产品。近几年，随着航空、航天技术中的高频软开关技术的普遍采用，使高频开关电源的可靠性得到进一步提高，促使其应用更普及，价格更趋合理。新型直流柜有以下特点：

 

　　1）由于采用高频半导体器件（VMOS、IGBT）开关速度快、高频特性好、输出容量大；由于省去了工频变压器，体积小、质量轻、噪声低。

 

　　2）采用PWM和软开关技术，因而效率高、功率因数高、可靠性高，MTBF（无故障运行时间）已达10万小时。

 

　　3）主要功能和各项技术指标远高于旧式直流柜，便于无人或少人值守。4）设计中采用微机和模块结构，其运行、测量、显示全部数字化，易于维护和管理。新旧直流电源柜特点比较见表一。

 

　　表一

 

　　类别 比较内容 技术性能 *体积 *质量 温

 

　　升 可靠性（MIBF） 易维

 

　　护性 *价格 △V △I 纹波

 

　　系数 η COSΦ 自动

 

　　化水

 

　　平 电磁兼

 

　　容性 旧式

 

　　直流柜 1% 2% 2% 70% 75% 低 差 大/1 大/1 高 较低 较难 较低/1.0 新型

 

　　直流柜 0.5% 0.5% 0.1% 90% 95% 高 好 很小

 

　　/0.3 很小

 

　　/0.3 低 高（10万时） 方便 较高/1.2——1.5

 

　　*分母表示二种产品的相对比较值

 

　　三、新型直流柜的选择

 

　　由表一可见，新型直流柜各项技术指标均优于旧式直流柜，特别是考虑到今后少人（或无人）值守的需要，计算机通信和管理的普及，新型直流柜是顺应这一发展的必然选择！高频开关电源采用模块式结构，所有模块允许并联工作，以增大电流，其配置原则是采用（N）+1的备用方式。监控、测量、通信保护用的微机系统，也设计成相同尺寸的模块结构。为了组屏方便，把数个高频开关电源模块和1个监控模块集成在一个框架中，这就构成了新式：自流柜的核芯，把该核芯置入直流柜中，这个柜就具备了以上新型直流电源柜的所有功能和优点。核芯的组成和结构见下图。

 

　　新型直流电源柜及选择

 

　　直流电源柜更新换代有两种方式可以选择：一种是订购全新的成套直流电源柜，通常150Ah/220V及以下系统只需2面柜，65Ah/220V则只需1面拒。另一种是采用旧式直流柜置人核ZX芯的换芯术，也就是用数个高频开关电源模块加1个监控模块取代可控硅整流器和控制电路。下面就两种方法的利弊列于表二，以便于比较和选择。对于直流电源相的更新换代，有两种方式可以选择：一种是订购全新的成票直流电源柜，通常150Ah/220V及以下系统只需2面柜（旧式则3面柜），65Ah/220V则只需1面柜。另一种是采用上面提到的置入核芯的换芯术，也就是用数个高频开关电源模块加1个监控模块取代可控硅整流器和控制电路。两种方法的利弊列表二，以便于比较和选择。

 

　　表二

 

　　类型 项目 容量 更换时间 增加新功能 受制因素 价格 新订 不限制 1天 可以 无 高（100%） 换芯 不限制 1——2天 可以 有 低（50%）

 

　　新订成套直流柜容量大小不限，没有受制因素，但价格较高。换芯的直流柜最大优点是价格低，在换芯的同时，还可按用户需要增加一些新功能，如电池组巡检、馈线支路绝缘巡检等。但旧直流柜具备以下条件才有换芯价值：1）被取代的部件已出现故障又难于修复，且保留的开关、表计、柜体（含保护电器等）基本完好；2）继电保护和监控实现微机化后，旧式柜无法实现计算机通信、三遥（或四遥）等新功能。

 

　　四、关于阀控铅酸蓄电池

 

　　根据DL/T724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》规定，无论酸性还是碱性蓄电池，运行人员除了进行常规的外观、温度、电流、电压的巡检、测试外，还需定期进行核对性容量测试，以确保电池组的完好。检测中如果发现单只或整组电池容量小于额定容量的80%，则视作该电池损坏必须更换。早期使用电炉、水阻等负载放电来测试容量的方法，准确度低、劳动强度大；目前已较多采用微机控制的智能容量测试仪。目前电力系统中使用最多的阀控铅酸蓄电池，早期曾被称作免维护电池，曾经误导了部分运行人员，认为这类电池不需要巡视、检测和维护，使故障电池带病运行，酿成了诸如发电机烧毁等重大事故。对于各型发电厂、枢纽变电站直流柜的电池组，建议选用智能蓄电池在线监测装置，既可测量每节电池的电流、电压、温度、容量，还可以测量每只电池的内阻，从而及早识别并更换有潜在故障的电池。蓄电池的好坏无法用常规的电流、电压测量来判别，目前行之有效的方法有两种：一种是对电池组作实际的容量放电测试，另一种是测量电池的内阻（仅为毫欧级），内阻愈大其容量愈小，当内阻大于某一值，容量必然低于额定容量的80%，此结论为业界所公认。