直流控制系统技术手册.docx
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直流控制系统技术手册
直流系统技术手册
1.直流系统概述
1.1引言
DF0210A智能型直流操作电源系统采用高频开关电源模块组成充电装置，适用于发电厂、变电站（所）的直流系统，以及其它使用直流电源系统的用户（石化、矿山、铁路等），主要用于断路器分、合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和事故照明等的直流供电。
系统由充电装置、馈电单元、监控单元、绝缘监察、蓄电池组等部分组成。
1.2系统特点
◇采用模块化设计的高频开关电源，充电模块N+1冗余备份；
◇宽电压输入范围，电网适用性强；
◇平均电流型无主从自动均流方式，模块间输出电流的不平衡度小于±3%；
◇充电模块采用功率因数校正技术，功率因数接近1，消除了电源对电网的谐波污染，完全满足IEC1000-3-2标准对谐波电流的限制；
◇采用温控风冷及风道隔离技术，平均无故障时间长达10万小时，并有效防止尘埃在模块内部的沉积，可靠性高；
◇可靠的防雷及高度的电气绝缘防护措施，确保系统和人身安全；
◇监控单元采用大屏幕液晶汉字显示、下拉式菜单，界面友好，操作简便，系统相关参数可通过键盘进行设置；
◇具有“四遥”功能，支持多种通信规约，易于接入远程监控系统，适合于无人值守；
◇具有多个串行口，可接入多种外部智能设备（蓄电池测试仪、微机绝缘监察装置等）；
◇智能化电池管理，提高电池使用寿命，并具有电池温度自动补偿功能。
1.3使用环境
◇海拔不超过2500m；
◇设备运行期间周围空气温度不高于55℃；
◇日平均相对湿度不大于95%，月平均相对湿度不大于90%；
◇安装使用地点无强烈振动和冲击，无强电磁干扰，外磁场感应强度均不得超过0.5mT；
◇安装垂直倾斜度不超过5%；
◇使用地点不得有爆炸危险介质，周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质，不允许有霉菌存在。
1.4技术参数
·输入电压：
380V±20%，频率45～55Hz，三相四线制
·功率因数：
≥0.95
·效率：
≥92％
·输出电压：
198～275V
·输出电流：
0～100%
·稳压精度：
≤±0.5%
·稳流精度：
≤±1.0%
·纹波系数：
≤0.5%
·均流不平衡度：
≤±5%
·音响噪声：
≤40dB
保护参数：
输入过压告警
可设置（默认值456VAC）
输入过压保护
可设置（默认值475VAC）
输入欠压告警
可设置（默认值304VAC）
输入欠压保护
可设置（默认值285VAC）
输出过压保护
可设置（默认值290VDC）
可设置（默认值145VDC）
输出限压保护
可设置（默认值275VDC）
可设置（默认值137VDC）
输出欠压告警
可设置（默认值190VDC）
可设置（默认值95VDC）
模块短路保护
单模块输出电流大于额定值200%
电池过压告警点
根据电池组电压及现场要求设置
电池欠压告警点
根据电池组电压及现场要求设置
绝缘特性：
输出对地
2kVAC
漏电流小于30mA
时间1分钟
无飞弧
输入对地
2kVAC
漏电流小于30mA
时间1分钟
无飞弧
输入对输出
2kVAC
漏电流小于30mA
时间1分钟
无飞弧
1.5充电方式
建立合理的充放电方式，对蓄电池进行智能化管理，有利于延长蓄电池的使用寿命并可提高直流系统的可靠性。
DF0240D监控单元可控制整流器进行恒流、恒压、浮充状态的转接，从而实现蓄电池的优化管理。
在浮充电运行方式下，如果电池组容量降低，则电池充电电流增加，当浮充电流大于恒流值时，系统由监控单元控制自动转换到均衡充电。
均衡充电分三个阶段：
第一阶段为恒流充电，第二阶段为恒压充电，第三阶段为定时返回浮充电，主要用于电池放电后再次恢复时能够快速、准确地补齐放电能量，见电池实际充电曲线，如图1-1所示。
UI
U
Uj
Uf
I
Ih
T
Iw
t
Uf：
电池浮充电压Iw：
电池均充电流下限
Uj：
电池均衡充电电压Ih：
电池恒流充电电流
T：
定时返回浮充时间
图1-1电池实际充电曲线
恒流阶段：
先采用0.1C10（C10：
电池10h率额定容量，Ah）的恒定电流充电，充电电压不断上升，当其达到预设均充电压时，自动转为恒压均充；恒压阶段：
采用高电压充电方式，进一步补充蓄电池放电容量。
均充末期，当充电电流小于0.01C10时启动定时，计时到则转为浮充电。
浮充：
在正常情况下，蓄电池长期处于浮充状态。
浮充电主要用来弥补蓄电池自放电，使蓄电池处于满容状态。
将定时功能与电流判据结合起来，控制均充、浮充的转换，以避免蓄电池的过充或欠充。
在监控单元的控制下，蓄电池各参量的变化见理想充电曲线图1-2。
图1-2理想充电曲线
系统还具有自动周期充电和温度补偿功能，自动均充和周期均充的充电曲线，见图1-3所示。
在较长时间（几个月，可设置）内未对电池进行均充，监控单元可根据参数设置启动一次周期充电。
充电的持续时间可设定，或根据充电电流和母线电压由监控单元控制。
交流断电超过一定时间后，监控单元也可自动启动充电程序对蓄电池进行补充充电。
图1-3周期均充示意图
监控单元可根据环境温度对蓄电池的浮充电压进行温度补偿，使蓄电池在各种温度环境下保持合理的充电电压，维持蓄电池满容状态，补偿曲线如图1-4所示。
图1-4温度补偿曲线
2.整流模块
DF0210A直流操作电源系统所用高频开关电源模块，是应用新技术开发研制的新一代高频开关电源模块，模块采用功率因数校正技术、PWM控制技术和可靠的快速IGBT开关管，技术指标先进，运行稳定可靠。
我公司使用的与DF0210A系统配套的高频开关整流模块为DF0233-220/30----额定输出220V/30A
2.1高频整流模块基本工作原理
后台机
整流模块内部原理框图如图2-1所示。
图2-1高频开关整流模块原理框图
高频开关整流模块照片
交流输入电压首先经过EMI电源滤波电路，滤除交流输入的尖峰电压，消除电网和电源模块之间的相互干扰。
交流电经过桥式整流，变换为100Hz的脉动直流。
PFC功率因数校正部分采用UC3854专用控制芯片，使电源模块的输入电流与输入交流电压保持同相，使功率因数高达0.95以上。
DC/DC变换部分将PFC部分的直流输出变为高频脉动输出，然后经高频整流及LC滤波后，变为稳定的直流输出。
2.3主要性能指标
输入电压：
单相220V±30%，三相380V±20%
电网频率：
50Hz±10%
效率：
≥92%
功率因数：
单相≥0.99，三相≥0.95
输出电压：
单相198～286V（99～143V），三相198～275V（99～138V），
输出额定电流：
5A、10A、30A（10A、20A、40A）
均流不平衡度：
≤±5%
稳压精度：
≤±0.5%
稳流精度：
单相≤±0.5%，三相≤±1.0%
纹波系数：
单相≤0.1%，三相≤0.5%
3.功能单元组件
3.1绝缘监测装置
微机型直流接地绝缘监测仪用来监视直流电源系统母线的绝缘监测和接地检测；装置利用“电桥平衡”或“差流检测”原理。
监测仪自动巡回检测直流系统的母线电压、正母线对地电压、负母线对地电压、正母线对地电阻、负母线对地电阻，当检测发现直流母线对地绝缘电阻降低时，装置会自动报警，此时装置注入由母线对地的超低频信号源，通过检测各支路上的同频信号，来判断故障支路号，并计算出接地电阻值；或者是不注入小信号，直接巡回检测支路对地漏电流。
如果发现某条支路或某几条支路绝缘超越限定值，装置会自动定位报警，并显示越限的支路数、支路号和相应的支路对地漏电流（或接地电阻及接地极性）。
测量支路漏电流和（或）母线电压换算得到支路接地电阻；具有母线电压监测异常报警及系统绝缘监察等常规监测功能。
具体使用和操作详见相应的直流接地绝缘监测仪使用说明。
3.2信号采集板
信号采集板采集系统的遥信和遥测信号，通过电缆传输给DF0240D监控单元，同时也将监控单元的遥控和遥调信号下发至下一级控制板。
该板为双面装焊，该板固定后，从机柜前方看为A面，如图3-1a所示，反之为B面，如图3-1b所示。
该板固定在DF0240D监控单元的后部，直接面对监控单元各功能插件的输出。
由于信号采集板的对应监控插件板的电缆插座位置固定，在与该板配套使用时，监控单元各功能插件应按相应顺序插入监控导槽，便于电缆对应连接。
3.3充电机控制板
充电机控制板采集整流器的故障遥信和各个整流器输出电流信号，向上一级信号板传输，同时接受上一级信号板传送的DF0240D监控单元下达的遥控和遥调信号，经过变换后再对整流器进行相应的控制，实现监控单元对整流器的四遥管理。
3.4电源变换板
以下分别为电源变换板的两种版本，其引线端各点定义如图3-3所示。
该板提供4种电源输出：
两组±15V、5V和24V。
输入电源为DF0240D监控单元的602电源输出24V，经相应的DC/DC变换器输出其它3种电源电压。
新版增加了1个24V/15V的变换器，扩充了±15V的输出能力，为DF0233系统多点电压的隔离采样提供电源所需。
3.5温度遥测板
为了准确的测量环境温度，DF0210A系统提供温度遥测板，该器件采用V/I变换技术，抗干扰能力强，可实现远距离测量温度。
3.6电压采样板
为了实现监控单元与整流器的完全电气隔离，测量母线电压，采用单独的电压互感器实现电气隔离，可实现多点电压隔离取样。
取样输出为电流信号，抗干扰能力强。
按该板端子漏字进行接线即可，由于该板为电流输出，只有与信号采集板上的对地电阻相配合才能真实反映温度测量值。
3.7遥控空接板
考虑到变电站及发电厂的运行实际要求，本直流操作电源系统装设遥控空接板，可提供空接报警装输出，共7组独立继电器触点输出，触点容量为AC220V/4A。
3.9热插拔后面板
整流器采用火力插拔技术，用热插拔后面板可将整流器的输入、输出、均流、四遥信号进行集中采集。
每台模块插箱背面配置一块热插拔后面板，每块热插拔后面板可配置3台整流模块。
而系统最多可配置12台整流模块。
4.监控单元
4.1概述
DF0240D监控单元是为实现直流操作电源系统监控而设计的，可实现直流操作电源的智能化管理，并可实现电源系统的远方监测和控制。
4.1.1主要特点
◇配置灵活
◇“四遥”功能
◇通信扩展
◇显示及语音报警
◇电池管理
◇安全性和可靠性
4.1.2技术参数
◇监控电源
交直流两用DC90V～370V或AC100V～264V
◇环境温度-10℃～55℃
◇通信接口
串行口类型：
串行口一和串行口二为RS232接口、串行口三可通过跳线设置为RS232或RS485接口。
波特率、数据位、停止位、校验码可通过键盘设定。
规约：
新部颁CDT（DL451-91）、FDK
◇充电程序
进入充电程序后，监控单元控制整流模块进入恒流均充充电方式。
当电池端电压达到设定的恒压均充电压值后，监控单元控制整流模块转入恒压均充充电方式。
当充电电流小于等于0.01C10后，延时一定时间后转为恒压浮充方式。
◇故障报警
声光报警：
当监控单元检测到故障时，点亮前面板上的故障指示灯并显示出相应汉字信息、发出相应告警语音。
远方报警：
可接拨号Modem呼叫自动台的BP机告警或通过串行口将告警信息传至当地后台机或远方监控系统。
4.1.3监控单元的配置和构成
4.1.3.1机箱
DF0240D监控单元采用19英寸标准机箱，总线结构。
各功能插件从机箱后面插入母线板。
机箱内共有10个插槽。
图4-1监控单元前视图
4.1.3.2功能插件
DF0240D监控单元与DF0210A操作电源系统配套时，含六种插件，插件的类型和数量如下：
语音插件一块
主处理器插件一块
串行口扩展插件一块
遥测I型插件一块（可扩充）
遥信插件一块（可扩充）
遥控遥调插件一块（可扩充）
上述六种插件中，语音插件和主处理器插件的位置是固定的，语音插件必须插在机箱后视左起第一个插槽内，主处理器插件必须插在机箱后视左起第二个插槽内。
在监控单元运行之前，必须保证这两种插件的安装位置正确，否则会导致监控单元运行异常甚至硬件损害！
除以上两种插件外，其它插件的安装位置可插在剩余的任意插槽内，监控单元在上电时进行自动识别。
4.2键盘及显示
4.2.1键盘说明
DF0240D监控单元的键盘包含：
+1、-1、、、、、ESC和ENTER键。
其中：
+1、-1键：
修改系统数据（只有在有光标显示的状态下）
、键：
上下移动光标的位置，或翻屏、移动光标条
、键：
左右移动光标的位置
ESC键：
放弃当前操作或返回上一级菜单
ENTER键：
确认当前操作或进入下一级菜单
同时按下ESC键和ENTER键并保持5秒，可将监控单元复位。
4.2.2LED显示说明
监控单元的面板上有五个发光二极管，分别定义为电源、运行、均充、浮充和故障指示。
在正常运行的情况下，液晶屏幕有文字或数据显示。
电源指示：
常亮，表示电源正常
运行指示：
每秒钟闪烁一次，表示程序运行正常
均充指示：
常亮，表示系统处于恒流状态；闪烁，表示系统处于恒压状态
浮充指示：
电源系统处于浮充状态
故障指示：
系统出现故障告警时点亮（告警未被屏蔽时）
4.2.3液晶显示及操作说明
监控单元的菜单采用弹出式的方式，用户可以通过按动ENTER和键来移动光标和选择需要修改或查询的项目，同样也可以按动ESC键返回上级菜单。
遥控遥调等功能及修改系统运行参数必须先输入密码进入“维护状态”后才能进行操作。
进入“维护状态”后，系统告警功能将被临时禁止，退出“维护状态”则恢复正常。
DF0210A智能型直流操作电源的整流器由高频开关电源模块DF0230或DF0231组成，根据整流器的不同，DF0240D监控单元的监控软件略有差异，为避免重复，下面介绍的操作方法以与DF0231配套的DF0240D监控软件为例。
打开监控单元电源，液晶显示开机首画面，首画面上显示该软件的版本号和整流模块类型（若为DF0230，则会在画面下部显示“DF0210A-DF0230系统”字样）。
电源灯常亮，运行灯周期闪烁，液晶背光打开，此时显示为蓝底白字。
如4分钟内无按键操作，液晶背光将自动关闭，以延长液晶寿命。
按任一键，液晶背光自动打开。
本画面显示系统示意图和一些重要的模拟量。
为满足现场不同的运行方式，DF0210A直流电源系统提供三种系统工作方式（如左边三图所示），分别为：
a）整流模块单组上合闸母线
b）整流模块分组上合闸母线和控制母线
c）单母线工作方式，不设降压装置
监控提供相应画面，该画面的切换方法见“设置-系统参数-参数3”中。
监控系统运行时在画面的相应位置显示测得的模拟量数值及蓄电池的状态。
按ENTER键弹出主菜单，可根据菜单提示进行下一步操作。
可以根据系统提示在本菜单完成“模块开关”、“电池管理”、“调整电压”这几种功能。
“模块开关”用来对整流模块进行遥控开关机；
“电池管理”用来切换整流器对电池充电状态；
“调整电压”用来遥调整流器的输出电压。
建议用户在系统投入运行之后，如无特殊情况不必对这些功能进行操作，监控单元可以根据实际情况对系统进行自动管理！
以上功能只能在进入“维护状态”后才能操作。
进入维护状态必须输入正确密码，具体操作方法见设置菜单一节。
对模块开关机控制的选择，可以是选择单个模块的开关机控制，也可所有模块的开关机控制。
选择好模块号，按ENTER键进入对模块开机或关机的选择。
对蓄电池充电分为“恒压浮充”、“恒流均充”和“恒压均充”3种状态，在此界面中可人为设置蓄电池充电状态。
DF0240D监控单元可同时遥调两组整流器的输出电压，标准配置时只遥调一组整流器，遥调2#机输出电压用于扩展。
遥调电压是以合闸母线电压为基准调整的。
进行电压调节时，注意不要超出设备的承受范围！
（该系统合母电压默认范围为210V～286V）
通过此界面可查询遥信量、遥测量、充电程序执行情况及历史告警信息，若DF0210A系统配备微机接地巡检仪并且该装置与DF0240D监控单元通讯，通过此界面的“接地信息”可查询系统接地信息。
“信息”中的“开关量”包括“总览”和“列表”两种显示方式。
“总览”可以直观地显示出相邻32路遥信量的状态。
如有多块遥信板可用、键翻屏观察其他遥信量。
“列表”详细地列出系统所有遥信量的名称和状态。
可用、键滚屏观察其他遥信量。
“0”-状态信息的正常状态或开关的分位
“1”-状态信息的故障状态或开关的合位
“信息”中的“遥测量”直观地列出系统所有遥测量的名称、数值及单位。
可用、键滚屏观察其它遥测量。
本菜单显示蓄电池上次均充的时间、触发原因和距下次周期均充的时间。
周期触发：
均充周期到
手动触发：
键盘操作
停电触发：
交流停电超过一定时间，监控单元自动均充
通信触发：
通过串行口接收上位机命令
其它触发：
充电电流大于恒流值或母线电压低于设定值
通过此界面可查询直流系统接地信息，若系统未配备微机接地巡检仪或参数设置不对时，将显示此画面；否则显示接地信息。
此界面显示的是微机接地巡检仪的上传信息，适用于母线分段方式。
在单母线不分段工作方式，Π段母线信息无意义；若接地支路数为0，则表示没有支路接地。
系统可提供最近的128个历史报警记录查询，掉电不丢失。
此界面显示告警记录号、告警号、告警时间（可通过按↑↓键查询所有的告警记录）。
此界面解释告警内容。
告警次数统计为从告警次数清零起，每种告警类型到目前为止所发生的次数。
“事项记录”包括“最新”和“列表”两种显示方式。
本菜单显示遥信变位记录及告警的产生和消除。
“最新”以实时刷新的方式显示最近发生的九个事项记录。
“列表”可显示事项缓冲区内的所有事项记录，最多可记录128条。
用、键滚动显示。
前有箭头标记的为最近产生的事项；后面标记的①、②、③分别为串行口一、二、三的发送指针。
在监控单元与上位机通讯时，告警信息也作为遥信量上传。
具体细节见通讯规约。
在事项记录中，遥信量动作用“分”“合”来表示；告警量用“警”“复”来表示“告警”与“恢复”。
本菜单显示有关电池组的信息。
本菜单所显示的信息均来自蓄电池测试仪（系统只测一组电池时，只显示一组信息），包括DF0250和JDMF_03/04BW两种类型的电池测试仪，其显示格式略有不同。
若无蓄电池测试仪或设置错误，本菜单信息无效！
此画面显示的是DF0250电池仪所测的单体电池的信息。
此画面显示的是DF0250电池仪所测的整组电池的信息。
系统正常运行的前提是正确设置好系统所需要的各种参数，因此正确设置参数相当重要。
设置参数也必须在“维护状态”下才能完成，否则只能查阅，不能修改。
进入“维护状态”后，如不进行操作，大约3分钟后系统将自动退出维护状态，防止误操作。
监控单元的设置以及一些控制功能都有密码保护，只有输入了正确的密码才能进入“维护状态”。
DF0240D监控单元的密码是“1234”。
密码输入正确后，屏幕右下角有“维护状态”字样。
注意：
进入维护状态后，部分告警功能将被暂时禁止！
本菜单用于对遥测量进行手动整定，修改遥测序号可整定不同的遥测量。
在实际模拟量与监控单元测量值不符时，可通过修改遥测系数校准。
遥测整定系数保存在遥测I型插件里，在更换遥测I型插件后，需重新进行遥测整定。
系统在出厂之前都进行了严格的参数整定。
建议：
不要轻易对遥测量进行重新整定，否则，不正确的遥测会导致系统报警误动和系统运行异常。
本菜单涉及电源系统的管理，对系统的正常运行具有重要意义。
系统参数的设置应由专业人员来完成，每个参数均有其有效范围，设置的无效参数无法保存。
DF0210A直流操作电源系统分为110V和220V两个电压等级，在“系统参数1”中对“系统电压级别”进行设置，在“设置”菜单中“保存参数”，将监控单元复位，监控单元即可正常工作。
必须根据系统情况正确设置“模块额定电流”和“整流模块数量”，这两个参数涉及到“整流器故障”（该故障包括模块故障、模块离线、均流不好等多种情况）的告警判据；由DF0230组成的系统模块额定电流为5A，由DF0231组成的系统模块额定电流为10A，由DF0233组成的系统模块额定电流为30A。
“均充电压”、“浮充电压”指系统均充或浮充时的合闸母线电压。
当系统电压等级为220V时，“均充电压”的有效范围为210V～286V，“浮充电压”的有效范围为210V～（均充电压-1）V；系统电压等级为110V时，上述两个参数有效值自动减半。
“转均充电压”指合闸母线电压低于该值时，系统将启动充电程序。
该参数的有效范围为（下限电压+1）V～（浮充电压-1）V。
一般设为210V（220V系统）/105V（110V系统）。
“恒流均充电流”指充电机对蓄电池充电的恒流均充状态时的恒定电流值。
监控单元的恒流值通过恒流电路来实现，此界面输入的数值不会影响实际恒流值。
但监控会实时检测充电电流，在恒压浮充状态时，若充电电流超过“恒流均充电流”数值，或者在恒压均充状态，若充电电流超过“恒流均充电流”数值的1.5倍，监控单元会自动启动充电程序，进入恒流均充状态。
因此该数值应与实际恒流值相符。
“均充电流下限”指恒压均充过程中，当充电电流小于该值时，监控单元开始计时，时间到，系统转浮充，该数值一般设为电池容量的0.01C10。
“自动均充周期”指周期均充的时间间隔。
其有效范围为1天～180天。
一般设为90天。
“周期均充允许”指是否需要对蓄电池进行定期均充充电；若该数值为1，在“自动均充周期”时间到时，监控系统会自动进入均充状态。
“温度补偿系数”、“补偿中心温度”和“温度补偿范围”为温度补偿参数，具体计算公式：
补偿电压=（补偿中心温度-实际温度）*温度补偿系数；当补偿中心温度与实际温度相差超过“温度补偿范围”时，按“温度补偿范围”计算，补偿方向与温度高低相反。
“温度补偿系数”的有效范围为0～800,若设为0，则不进行温度补偿。
“补偿中心温度”的有效范围为10～30。
“温度补偿范围”的有效范围为0～25。
系统只有处于浮充状态时，才做温度补偿。
“补偿温度来源”指的是用来作温度补偿的环境温度的测量来源。
考虑到电池摆放位置与监控单元实际距离，采样电池环境温度的遥测量会有变化，可通过设置（YC1-YC24）选择对应的温度补偿来源。
对于DF0210A-DF0230系统，该参数通常为4；对于DF0210A-DF0231和DF0210A-DF0233系统，该参数通常为22。
（25：
DF0250）指的是在系统配备DF0250蓄电池测试仪的情况下，由于该设备也采集环境温度，并且上传到监控单元，为避免重复，利用DF0250采集的环境温度作为补偿温度来源即可，可省去监控单元采集环境温度的装置（此时“信息-模拟量”中的“环境温度”数值将为0）。
交流停电超过“交流断电时间”，来电后将启动一次充电程序。
其有效范围为1～600。
“恒压充
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