GZDW直流电源系统说明书.docx
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GZDW直流电源系统说明书
GZDW□系列微机监控高频开关
直流电源系统
技术手册
（V．1）
深圳市科陆电源技术有限公司
深圳市科陆电子科技股份有限公司
第一章系统概述
1.1引言
深圳市科陆电源技术有限公司是科陆电子集团的子公司，是主要从事功率电子变换技术、自动控制和信号防雷技术的开发与应用的公司，是一家集科研、开发、制造、销售为一体的股份制民营高科技企业。
拥有一批由行业资深人员组成的研发队伍，丰富的现场经验。
深圳市科陆电源技术有限公司生产的GZDW系列微机监控高频开关直流电源系统，已经广泛应用于发电厂、水电站、各类变电站、开闭所，以及铁路、化工、矿山等行业。
最早在1996年初投入运行的产品，至今仍可靠运行，发挥着重要作用。
1.2系统型号定义及设备命名方法
1.2.1微机监控高频开关直流电源系统型号及含义
蓄电池种类说明：
目前常用的有：
F固定型防酸式铅酸蓄电池；M阀控式密封铅酸蓄电池；
仍在使用的有：
Z中倍率镉镍蓄电池；G高倍率镉镍蓄电池；C超高倍率镉镍蓄电池。
系统接线设计序号说明：
（图纸详见附录Ⅰ）
30：
单电池组，单母线分段，无降压装置，控制母线不带整流模块。
31：
单电池组，单母线不分段，无降压装置，控制母线不带整流模块。
32：
单电池组，单母线分段，带降压装置，控制母线不带整流模块。
33：
单电池组，单母线不分段，带降压装置，控制母线不带整流模块。
34：
单电池组，单母线分段，带降压装置，控制母线带整流模块。
35：
单电池组，单母线不分段，带降压装置，控制母线带整流模块。
40：
双电池组，单母线分段，双组整流模块单一电压输出，无降压装置。
41：
双电池组，单母线分段，双组整流模块单一电压输出，带降压装置。
42：
双电池组，单母线分段，三组整流模块单一电压输出，无降压装置。
1.2.2系统内设备命名
1.2.2.1高频整流模块命名：
产品代号说明：
CL6810C经典软开关“易用EASY”系列（风冷）
CL6818专利谐振软开关“酷COOL”系列（直冷、风冷）
1.2.2.2其它监控和采集模块命名见下表。
科陆公司产品代号
产品名称
CL6880V2
直流电源系统监控装置
CL6881V2
高频开关电源开关（量）监测模块
CL6882V2
蓄池巡检采集模块
CL6887
高频开关电源交流配电监控模块
CL6888
高频开关电源直流配电监控模块
CL6884
微机型直流系统绝缘监测仪
表1-1
1.3系统功能特点
●采用模块化设计，先进的DCS模式组建系统，灵活可靠。
●高频开关整流模块系列化，根据容量需求实现高性价比的配置，可以组建65～8000Ah的系统。
●采用软开关技术设计的高频开关整流模块，高效长寿命。
●极宽的电压输入范围，电网适用性强。
●整流模块N+1热备份，可带电热插拔，在线维护，方便快捷。
●硬件低差自主均流技术，模块间输出电流最大不平衡度小。
●安全性好，三级防雷和高强度的电绝缘防护措施。
●可选绝缘检测仪实时监测母线及各支路对地绝缘状况，确保系统和人身安全。
●系统执行IEC、UL等国际标准，可靠性与安全性有充分保障。
●监控模块采用大屏幕液晶显示，全中文界面。
●系统所有运行参数都可以通过监控模块设定，界面友好，操作方便。
●具有强大的通讯功能，提供CDT92、101、103、MODBUS通讯规约，方便与变电所RTU装置或电厂计算机监控系统DCS相连。
●声光告警功能：
系统故障时产生声光告警。
●提供包括RS-232/RS-485三遥接口，实现对电源系统的“遥测、遥控、遥信”以及实现无人值守。
●蓄电池自动管理及保护，实时自动检测各蓄电池单体的端电压，总电压和温度，充、放电电流，并控制蓄电池的均充和浮充状态。
●显示查询系统的各种实时或者历史监控信息。
1.4系统环境参数
Ø大气压76-105KPa
Ø用于户内、且通风良好，周围空气温度不高于+50℃，不低于-25℃；设备停用期间，周围空气允许为-25℃。
Ø环境的最大相对湿度不超过93%（相当于环境温度20±5℃时）。
Ø使用地点无强烈振动和冲击，安装垂直倾斜度不超过5%。
Ø使用地点无腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体、无严重尘埃、无严重霉菌、无导电微粒和爆炸危险介质，无强电磁场干扰。
Ø周围空气温度变化率不超过5℃/h，相对湿度变化率每小时不超过5%。
Ø交流输入频率波动范围不超过±2%。
Ø输入交流电压幅值的持续波动范围不超过额定值的±20%。
Ø柜体尺寸（mm）：
2260×800×600或2360*800*600。
Ø防护等级：
IP20~IP4X可选。
1.5系统技术参数
Ø输入电压范围：
323V～437V（三相五线制）或187～253V（单相三线制）
Ø频率：
50Hz±10%
Ø输出电压范围：
198V～286V连续可调或99～143V连续可调
Ø输出稳压精度：
≤±0.2%
Ø输出稳流精度：
≤±0.5%
Ø输出电压纹波系数：
≤0.05%
Ø开机浪涌：
无
Ø整流系统中均流不平衡度：
≤±5%
Ø整流系统综合效率：
≥96%（CL6818整流器理想状态达到96%）
Ø控制母线电压：
220±5%或110V±5%（有降压硅链的系统）
Ø噪声：
≤45dB（离机柜正前方1m处）。
Ø平均无故障工作时间：
≥200,000h
1.6系统工作原理
直流电源系统由交流配电部分、整流部分、直流馈电部分、监控部分组成。
其中交流配电部分主要由交流配电单元组成。
整流部分由整流模块组成。
直流馈电部分由降压硅链、绝缘监测、合闸回路和控制回路组成，监控部分由监控装置、配电监控、开关（量）监测等组成。
原理图如图1-1所示。
图1-1直流电源系统原理框图
1.交流输入正常
当交流电源输入正常时，两路交流电源采用一主一备工作，通过交流接触器互锁，由高频开关电源交流配电监控模块（CL6887）控制、选择主回路输入，经交流断路器送入各高频开关整流模块。
高频开关整流模块将交流电转换为220V或110V的直流，所有整流模块的输出并联在一起，一方面给蓄电池组充电，另一方面给负载提供正常的工作电流。
2.交流输入异常或停电
当交流电源输入异常或停电时，高频整流模块停止工作，负载由蓄电池组供电。
系统监控装置监测蓄电池组电压、当蓄电池组放电到设置的欠压点时，系统监控装置告警。
交流电源恢复正常后，高频开关整流模块对蓄电池组进行补充电。
若蓄电池组电压降低到设置浮充电压的85%时，系统监控装置作出判断，将自动启动均充过程，待均充过程结束后进入浮充，否则直接进入浮充。
交流电源输入正常和异常时的能量传递如见图1-2。
图1-2直流电源系统能量流程图
监控部分采用集散方式对系统进行监测和控制，充电柜、馈电柜的运行参数、高频整流模块运行参数分别有高频开关电源交流配电监控模块（CL6887）、高频开关电源直流配电监控模块（CL6888）采集处理，然后通过串行通讯口把处理后的信息上传给监控装置（CL6880V2），由监控装置统一处理后，显示在液晶屏上。
同时可通过人机交互操作方式对系统进行设置和控制，根据需要还可进入远程监控。
监控装置对每个整流模块进行均/浮充控制，限流控制等，以保证蓄电池的正常充电，延长蓄电池的寿命。
1.7系统结构
GZDW系列微机监控高频开关直流电源系统结构有一体柜系统和组屏柜系统两种。
一体柜系统由一个机柜组成，组屏柜系统由两个或多个机柜组成。
下面分别列出一体柜系统和组屏柜系统的系统结构组成清单。
一体柜系统结构组成清单：
名称
组件
型号
数量
备注
一体柜
一体柜柜体
2260（2360）×800×600
1面
监控装置
CL6880V2
1台
整流模块
CL6810/CL6818
8台（选配）
硅链降压装置
CL6891
1台（选配）
交流配电监控模块
CL6887
1台
直流配电监控模块
CL6888
1台
开关（量）监测模块
CL6881V2
1台（选配）
绝缘监察继电器
ZJJ-3SA
1只
闪光装置
DXW-2A
1只（选配）
仪表显示单元
1套
直流馈电单元
1套
交流配电单元
1套
安装附件
1套
注：
可根据用户需要配置绝缘监测仪（CL6884）、电池柜及蓄电池巡捡采集模块（CL6882V2）。
表1-2一体柜系统结构组成表
组屏柜系统组成清单：
名称
组件
型号
数量
备注
充电柜
充电柜柜体
2260（2360）×800×600
×面
根据模块数量配置
监控装置
CL6880V2
1台
整流模块
CL6810/CL6818
×台
硅链降压装置
CL6891
1台（选配）
交流配电监控模块
CL6887
1台
直流配电监控模块
CL6888
1台
仪表显示单元
1套
交流配电单元
1套
安装附件
×套
根据充电柜柜体数量配置
馈电柜
馈电柜柜体
2260（2360）×800×600
×面
根据馈线支路数配置
开关（量）监测模块
CL6881V2
1台（选配）
绝缘监测仪
CL6884
1台
仪表显示单元
1套
直流馈电单元
1套
联络单元
1套（选配）
母线小室
1套
安装附件
×套
根据馈电柜柜体数量配置
联络柜
联络柜柜体
2260（2360）×800×600
1面（选配）
根据系统接线方案配置
联络单元
1套（选配）
仪表显示单元
1套
安装附件
1套
分电柜
分电柜柜体
2260（2360）×800×600
×面（选配）
根据系统要求配置
开关（量）监测模块
CL6881V2
1台（选配）
绝缘监测仪
CL6884
1台
仪表显示单元
1套
电源进线刀开关
1台
直流馈电单元
1套
安装附件
×套
根据分电柜柜体数量配置
注：
可根据用户需要配置电池柜、蓄电池巡捡采集模块（CL6882V2）。
表1-3组屏柜系统结构组成表
第二章高频整流模块
2.1概述
高频开关整流模块是电力操作电源的核心部件，拥有采用当前国际上流行的全桥移相软开关技术开发成功CL6810C“易用easy”系列，采用自主创新的谐振软开关技术开发成功的CL6818“酷cool”系列，具有效率高、可靠性好的优点，大量应用于电力操作电源系统中。
CL6810C“易用easy”系列是风冷散热方式，具有功率密度大且成本相对较低，适合组建大容量的系统；CL6818“酷cool”系列效率更高，温升更低，寿命更长，采用直冷散热方式，无风扇，模块内部不集灰尘，适合环境多尘埃的场合，减少用户的维护量，是本领域最好的模块之一。
2.2模块特点
●CL6810C“易用easy”系列采用高频全桥移相ZVS技术，PWM管理芯片，采用现今最新型工业级UCC2895DW，控制可靠，功率密度高、体积小。
●CL6818“酷cool”系列采用自主创新的谐振软开关技术，效率可达业界最高---97%。
●主要元器件均具有ISO9000资质,生产工艺要求极为严格,从而保证了产品的可靠性；
●模块电气的输入输出采用一体化航空插件，支持热插拨，拆装、维修十分方便；
●支持N+1冗余备份模式，可大大提高直流电源柜之可靠性；
●具备电磁兼容和安规要求，符合IEC相关标准；
●模块应用低差自主均流技术，N+1运行时，具有理想的均流性能；
●直流输出为无级限流方式，可根据负载电流，电池容量自动调压、限流；
●模块有短路自回缩特性，即使处于长期短路状态，模块也不致损坏；
●摸块具有多组自检、故障警示功能，如输入过、欠压，输出过、欠压、过流等；
●模块与微机监控器之间通过隔离的RS485接口进行数据通信，有中断自恢复功能，通信更可靠；
●壳体为板块结构，可分块自如拆装。
2.3工作原理
图2-1整流模块原理框
三相交流电源经过EMI滤波器输入到整流电路，将交流整流为脉动的直流输出，通过无源功率因数校正（PFC）电路，将脉动的直流转换为平直的直流电源，DC/AC高频逆变器将直流转换为高频交流电源，通过高频整流电路将高频的AC转换为高频脉动的直流，此直流通过高频滤波输出。
其中DC/AC高频变换电路在移相调制电路的控制下通过调整变换电路的移相宽度，以实现电压调整（包括稳压和电压整定）。
整个充电模块在微机系统的监控下工作，包括模块的保护、电压调整等，同时微机实现将充电模块的运行数据上报到监控模块和接受监控模块的控制命令。
2.4均流技术
整流模块采用先进的低差自主均流技术，N＋1个模块并机工作时，具有非常理想的均流性能，工作原理如图2-2所示。
图2-2整流模块多台并联的均流原理框图
2.5主要技术指标
整流模块主要技术参数见表2-1。
项目
指标
输入电压
三相AC380V±20%
电网频率
50Hz±10%
开机浪涌电流
≤30A
输出电压
浮充
90~143V
185~286V
均充
115~143V
230~286V
输出电压额定值
110V
220V
输出电流额定值
10A
20A
40A
10A
20A
30A
输出电流调节范围
1~11A
2~22A
4~44A
1~11A
2~22A
3~33A
负载调整率
≤±0.2%
电压调整率
≤±0.1%
稳压精度
≤±0.2%
稳流精度
≤±0.5%
纹波系数
≤0.05%
效率
≥96%
功率因数
≥0.95
输入电流谐波含量
≤30%
均流不平衡度
≤±3.0%
输入过压保护
≥456V±5%
输入欠压保护
≤304V±5%
输出过压保护
150V±5V
300V±10V
输出欠压告警
90V±5V
190V±5V
绝缘电阻
输入对地
≥10MΩ
输出对地
≥10MΩ
输入对输出
≥10MΩ
绝缘电压
输入对地
2000VAC，时间1min，漏电流≤10mA
输出对地
2000VAC，时间1min，漏电流≤10mA
输入对输出
2000VAC，时间1min，漏电流≤10mA
环境温度
-25℃~50℃
环境湿度
日平均相对湿度≤95%，月平均相对湿度≤90%
噪声
≤45dB
平均无故障时间
200，000H
表2-1技术指标
2.6整流模块的型号
整流模块主要有以下几种型号：
CL6810C-10A/220V;CL6810C-10A/110V
CL6810C-20A/220V;CL6810C-20A/110V
CL6810C-30A/220V;CL6810C-40A/110V
2.7机械外形
2.7.1外形尺寸
整流模块的外形尺寸如下图所示：
图2-3整流模块外形尺寸图
2.7.2前面板
图2-4整流模块前面板
CL6818和CL6810C高频开关整流模块的典型面板见图2-4所示，前面板显示作用如下：
☞数码管：
具有4位数，用于循环显示模块输出电压、输出电流、手动设置电压、手动设置电流以及模块地址；
☞6个LED指示灯：
分别表示电压单位（V）、电流单位（A）、实测显示、手动显示、调压、调流等；
☞手动/自动切换开关：
用于模块输出电压和电流在自动给定和手动给定之间切换；
☞循环按键：
用于各显示值的循环显示；
☞复位按键：
用于监控部分的复位；
☞通风孔：
用于模块风扇抽风散热；
☞把手：
便于模块插拔。
数码管的显示说明如下：
Ø开机的初始状态显示为模块实际输出电压。
电压显示有1位小数，电流有2位小数；
Ø数码管显示的模块地址，格式为：
A.012，后两位“12”为地址号。
改进型的版本，显示模块地址的格式为：
1.412，“1.4”为软件版本号，“12”为地址号；
Ø当“循环”按键不操作时，大约2分钟后自动转为显示实测电压（初始状态）；大约5分钟后，数码管关闭，LED指示灯仍按原来状态显示；
Ø每按一次“循环”按键时，数码管显示的内容都不同，其具体含义见表2-2。
序号
电压（V）
电流（A）
实测显示
手动设置
数码显示内容
可做的操作/含义
1
亮
亮
实际输出电压
2
亮
亮
实际输出电流
3
亮
亮
手动运行时的设置电压值
可调节“调压”电位器
4
亮
亮
手动运行时的限定电流值
可调节“调流”电位器
5
本模块通信地址
6
闪烁
输入电压异常
7
闪烁
限流工作状态
8
闪烁
通信异常
表2-2
2.7.3后面板
整流模块的后面板布置有JMD18T航空插件，及接地安装螺钉。
其布置图如下：
图2-5整流模块后面板图
图2-6JMD18T航空插件引脚图
JMD18T航空插件引脚的说明：
Ø交流输入：
1、2、3脚分别接A、B、C三相电源；
Ø直流输出：
11、12脚并联输出直流正极，13、14脚并联输出直流负极；
Ø均流：
6、9脚并联为均流（－），7、10脚并联为均流（+）。
第三章监控系统
3.1CL6880V2直流电源系统监控装置
3.1.1概述
直流电源监控装置（CL6880V2）采用串行总线结构、分散控制集中管理模式，其监控系统组织结构见图3-1-1。
直流系统中各功能模块均为具有CPU的智能化单元，均具有自诊断能力；模块与监控器之间全部是串口通讯；任一模块故障时，不会影响其他单元的正常运行，集中监控器能及时通过告警反应当前的故障模块。
先进的控制逻辑和通讯校验算法，可确保在任何干扰环境下，都不会使系统产生误动。
图3-1-1监控系统组织结构图
3.1.2性能和特点
●资源丰富的软硬件平台。
采用嵌入式ARM处理器，工作频率可以高达200MHz；采用轻型Linux操作系统，64M字节的DRAM,64M字节的flash，支持7个RS232/RS485串口，2个USBHOST端口可支持USB键盘和鼠标，10M网络接口。
丰富的软硬件资源为系统不断升级和完善提供保障。
●10.4寸大屏幕TFT真彩色液晶汉字显示，采用触摸屏操作，内置软件键盘可直接进行全部操作，很好的解决了按键失效问题，Windows界面风格，操作简捷方便，并提供操作提示信息。
●智能化程度高，能非常准确地定位系统的故障信息并告警；包括交流异常、直流异常、模块故障、通讯中断、蓄电池工况异常、电器故障、充电机工作异常、开关跳闸、绝缘异常等。
●具有蓄电池浮充电压自动温度补偿功能,温度补偿系数可以根据电池类型不同而设定，典型值0.001V/℃。
蓄电池智能化管理,具有常规的稳压、稳流、均浮充转换等功能；支持两组蓄电池并联工作。
●与充电模块采用串口通讯方式，输入、输出电气隔离设计。
●提供与绝缘监测仪通讯的独立接口，支持多种绝缘监测仪，可有效防止远离主屏的绝缘监测仪对主系统的干扰。
对外接口全部采用数据通讯口，提供与直流系统电气完全隔离的RS232/RS485接口供远程监控使用，支持的规约包括CDT92、101、103、MODBUS等。
通讯数据可按照用户要求配置。
●数据资源丰富，多种数据查询手段，包括表格、图形以及分析数据等。
●所有告警有汉字记录并显示以及光字牌显示；最大支持512条带时标的历史告警记录，滚动显示，不需要人工删除。
●系统可以任意组屏，灵活的系统配置手段，灵活的参数设置，方便系统改造升级。
具体可设置的主要参数包括：
蓄电池容量、交直流告警门限、温度补偿系数、电池节数量（最大248节）、单电池过欠压值、均浮充转换条件设置、屏保时间、电池环境温度告警门限等。
3.1.3机械外形
3.1.3.1外形尺寸
CL6880V2直流电源系统监控监控装置的外形尺寸如下图所示：
图3-1-2CL6880V2监控装置外形尺寸图
3.1.3.2显示面板
图3-1-3CL6880V2监控装置显示面板
CL6880V2直流电源系统监控装置采用10.4寸TFT彩色液晶汉字显示，触摸屏操作。
面板上的9个发光二极管分别指示复位状态、装置运行状态、RS232/RS485串口（1～7）的运行状态；提供2个USBHOST端口可支持USB键盘和鼠标。
3.1.3.3后面板
图3-1-4CL6880V2后面板
CL6880V2直流电源系统监控装置的后面板如图3-1-4，各部件作用见下：
Ø网口：
数据输入口，只作内部用；
Ø接线端子：
P1、P2对外接线口
Ø开关：
装置的电源开关；
Ø电源插座：
用于AC220V/DC220V/DC110V的电源输入口。
后面板上P1，P2对外接线口的定义如下：
P1口的定义：
序号
标识
含义
备注
1
485B2
通讯口2的485方式B端
2
485A2
通讯口2的485方式A端
3
GND1
通讯口1，2的通讯地
4
232RX2
通讯口2的232方式接收端
5
232TX2
通讯口2的232方式发送端
6
232RX1
通讯口1的232方式接收端
7
232TX1
通讯口1的232方式发送端
8
空
9
YK4’
对外输出接口4，反应设备是否上电
10
YK4
11
YK3’
对外输出接口3，程序控制
12
YK3
13
YK2’
对外输出接口2，程序控制
14
YK2
15
YK1’
对外输出接口1，程序控制
16
YK1
表3-1-1
P2口的定义：
序号
标识
含义
备注
1
GGG
接大地
2
232RX7
通讯口7的232方式接收端
3
232TX7
通讯口7的232方式发送端
4
GND2
通讯口3—7的通讯地
5
232RX6
通讯口6的232方式接收端
6
232TX6
通讯口6的232方式发送端
7
485B5
通讯口5的485方式B端
8
485A5
通讯口5的485方式A端
9
485B4
通讯口4的485方式B端
10
485A4
通讯口4的485方式A端
11
485B3
通讯口3的485方式B端
12
485A3
通讯口3的485方式A端
13
232RX3
通讯口3的232方式接收端
14
232TX3
通讯口3的232方式发送端
15
485B1
通讯口1的485方式B端
16
485A1
通讯口1的485方式
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