直流屏原理及用途.docx

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直流屏原理及用途

直流屏原理及作用（2008-9-249:

39:

00）

第一章 概  述

GZDW-220RS智能高频开关电力操作电源系统由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。

主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站，和其他使用直流设备的用户（如石化、矿山、铁路等），适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合。

一、系统特点

高可靠性：

采用开关电源的模块化设计，N+1热备份。

充电模块可以带电热插拔，平均维护时间大幅度减少。

动力母线和控制母线可以由充电模块单独直接供电，可以通过降压装置热备份。

硬件低差自主均流技术，模块间输出电流最大不平衡度优于5%。

可靠的防雷和电气绝缘措施，选配的绝缘监测装置能够实时监测系统绝缘情况，确保系统和人身安全。

系统设计采用IEC（国际电工委员会），UL等国际标准，可靠性与安全性有充分保证。

高智能化：

监控模块采用大屏幕液晶汉字显示，声光告警。

可通过监控模块进行系统各个部分的参数设置。

模块具有平滑调节输出电压和电流的功能，具备电池充电温度补偿功能。

具有多个扩展通讯口，可以接入多种外部智能设备（如电池测试仪、绝缘监测装置等）。

现代电力电子与计算机网络技术相结合，提供对电源系统的“遥测、遥控、遥信、遥调”的支持，实现无人值守。

蓄电池自支管理及保护，实时自动检测蓄电池的端电压、充电放电电流，并对蓄电池的均浮充电进行智能能控制，设有电池过欠压和充电过流声光告警。

二、系统电气参数

输入参数

三相四线制

交流输入电压

380VA±15%

频率

45—55HZ

输出参数

系统类别

220V系统

110V系统

动力分路

可根据需要配置

可根据需要配置

控制分路

可根据需要配置

可根据需要配置

闪光分路

可根据需要配置

直流额定电压

220VDC

110VDC

浮充电压

198—260VDC

99—130VDC

均充电压

220—286VDC

110—143VDC

纹波系数

≤0.5%（典型值0.01%）

稳压精度

≤0.5%（典型值0.01%）

稳流精度

≤±0.5%

均流特点

充电模块间电流不均衡度≤±3%

保护参数

输入过压告警

可设置（默认值437VAC）

输入过压切换点

470±5VAC

输入欠压告警

可设置（默认值323VAC）

输入欠压切换点

324±4VAC

动力母线过压告警

可设置（默认值256V/128V）

动力母线欠压告警

可设置（默认值200V/100V）

控制母线过压告警

可设置（默认值242V/121V）

控制母线欠压告警

可设置（默认值198V/99V）

充电模块输出过压保护

可设置（默认值287V/144VDC）

充电模块输出欠压告警

198V/99VDC

电池组浮充电压

可设置（默认值243V/120V，按108/54节电池）

电池组均充电压

可设置（默认值253V/127V，按108/54节电池）

电池组过充告警值

根据电池数量决定

电池组过压告警点

根据电池数量决定

电池组欠压告警点

根据电池数量决定

绝缘特性

输出对地

2KVAC

漏电流≤30mA

时间1min

无飞弧

输入对地

2KVAC

漏电流≤30mA

时间1min

无飞弧

输入对输出

2KVAC

漏电流

时间1min

无飞弧

环境温度：

—5℃--+40℃

音响噪音:

≤45Db

三、机械参数

机柜外形尺寸：

（高×宽×深）2260×800×600mm

四、系统工作原理

系统工作原理如下：

1、交流输入正常时

系统交流输入正常时，两路交流常时，两路交流输入经过交流切换控制板选取择其中一路输入，并通过交流配电单元给各个充电模块供电。

充电模块输入三相交流电转换为220V或110V的直流，经隔离二极管隔离后、一方面给电池充电，另一方面给合闸负载供电。

此外，合闸母线还通过路压硅链装置与控制模块构成备份系统，提供控制母线电原。

系统中的监控部分对系统进行管理和控制，信号通过配电监控分散采集处理后，再由监控模块统一管理，在显示屏上提供人机操作界面，还可以接入到远程监控系统。

系统还可以配置绝缘检测仪或绝缘检测继电器，监测母线绝缘情况。

2、交流输入停电或异常时

交流停电或异常时，充电模块停止工作，由电池供电。

监控模块监测电池电压、放电时间，当电池放电到一定程度时，监控模块告警。

交流输入恢复正常以后，充电模块对电池进行充电。

第二章充电柜

充电柜的主要功能是实现输入交流的自动切换、交流电的分配、AC/DC变换、电池接入、硅降压和系统监控管理等。

1、交流的自动切换

系统可以输入两路交流电源，有自切换电路实两路交流输入的主备方式自动切换，即以第一路交流输入为主回路，第二路交流输入为从回路，当主回路发生中断或者异常时，自动切换到第二路，保证系统的交流没有长时间的中断；当主回路供电正常时，自动切换回到第一路。

2、交流电的分配

交流接入后，配电线路将交流电源分配到每一个充电模块，实现每个充电模块交流电源的单独控制。

3、AC/DC变换

AC/DC变换，即充电模块交输入交流变换为直流输出。

供给电池充电或者直接供给负载。

4、硅降压单元

硅降压单元串接于合闸母线和控制母线。

分为自动和手动两种方式，自动方式是由其内部自动控制电路来执行自动硅降压功能。

手动方式由手动旋钮来控制，并可由旋钮的不同档位（5档）来控制执行继电器闭合的数目，手动调节电压。

5、系统监控管理

监控模块放置在充电柜中，对电源系统进行全面控制和检测。

监控模块不但对充电柜内部件进行监控，而且还对绝缘监测仪、电池检测仪等下级设备进行监控。

监控模块对电池实现全面的智能化管理。

监控模块提供遥测、遥调、遥信和遥控，为实现远端监控提供了先决条件。

第三章充电模块

一、主要功能和性能

1、主要功能

充电模块的主要功能是实现AC/DC变换，还有系统控制、告警等功能。

自动/手动控制

充电模块具有自动/手动控制功能，在自动工作方式下，充电模块接收来自监控模块的指令。

通常情况下，所有合闸模块应工作于自动状态下，以实现监控模块对电池的智能管理。

手动状态下，有模块面板上的电位器来调节模块的输出电压。

电压调节

充电模块接受监控模块的指令，调节输出电压到设定值。

电压调整范围可以在输出电压下限（一般为198V/99V）和上限（一般为286V/143V）之间。

限流

指将充电模块的最大输出电流限制在一定的范围内，以控制电池充电电流，防止电池过流充电。

充电模块采用无级限流技术，即在输出额定范围内，可限流在任意点，分辩率为1%。

地址设置

为了使监控模块能够识别各充电模块，各个充电模块都应该有一个地址，地址范围为0—31。

信息反指示

在充电模块的面板上有电源指示灯，保护指示灯，故障指示灯和电压/电流显示表头。

电源指示灯：

指示充电模块内部工作电源是否正常。

保护指示灯：

指示充电模块处于保护状态，包括交流输入过/欠压，输入缺相，输出欠压等。

故障指示灯：

指充电模块因故停止输出，且故障因素消除后，模块仍不能恢复工作，如输出过压等。

电压/电流显示表头：

指示充电模块输出的电压和电流，有切换开关来切换显示。

2．主要性能

软开关技术

采用软开关技术，可以大幅减小功率开关器件的开关损耗，提高转换效率；同时，由于电压变化率（dv/dt）或电流变化率（di/dt）相对减小很多，功率开关器件承电源产生的电磁干扰也有很大的改善。

充电模块采用FBZVS-PWM软开关先进技术，开关频率恒定，易于控制，整机满载效率接近95%，传导干扰符合欧洲票准EN55011。

均流技术

充电模块采用了先进的低差自主均流技术，工作原理如图所示。

各模块的均流单元通过同一放大系数采样各自的输出电流，建立采样电压，各采样电压通过比较，以最大值作为均流总线上的基准电压Ubus。

基准电压对应的模块自动成为“主模块”，它的输出电流相对最大，其余模块自动成为“从模块”。

基准电压通过均流总线进入到各模块均流单元，同其采样电压进行误差比较放大后控制模块开关脉冲宽度，微调各模块的输出电压而让输出电流趋于一致。

均流调整达到平衡后，“从模块”的输出电流都接近于“主模块”的输出电流，模块间输出电流差值趋于零。

这种均流方案的优点表现在两面方面：

1、均分负载不平衡小于5%（通常在3%左右）。

2、作为“主模块”的充电模块是通过比较任意产生的，当“主模块”因某种原因退出工作（电气上完全隔离）后，系统将自动再产生出一个输出电流最大的模块出现故障进造成系统崩溃。

短路回缩

充电模块外部输出发生短路时，充电模块自动降低输出电压和电流。

有效防止外部事故对充电模块的损坏和事故的进一步扩大。

输出过压自锁

充电模块输出电压一旦超守内部设置的过压保护点，便自动关机，停止输出，只有重新开机才能启动输出。

防止充电模块输出过压损坏外部设备。

保护自动恢复

充电模块内部了具有完善的保护功能，一旦引起保护的条件消失，保护自动解除，模块恢复工作。

保护点和恢复点之间有“回差”，防止电路在保护点附近频繁启动保护动作。

内部智能化

充电模块内部的监控可以检测其工作状态和各种参数，并将这些数据综合处理。

或者通过通讯口与系统监控模块之间进行数据接收或发送。

3、主要指标：

输入指标

项目

指标

备注

输入电压

323V—475V三相三线

输入电流

≤8A，（满载，HD2210，HD11020）

≤4A，（满载，HD22005，HD11010）

交流输入频率

50HZ±10%

功率因数

≥0.92

效率

≥92%

输出指标

项目

指示

备注

浮充电压

198—260V（220V系列）

99—130V（110V系列

均充电压

220—284V（220V系列）

110—142V（110V系列）

输出电流

10A（GD22010）、5A（HD22005）、

20A（HD11020）、10A（HD11010）

最大输出可达额定输出电流的105%—110%

负载调整率

≤±0.5%

电网调整率

≤±0.1%

电压上升时间

3—8秒

输出恒流范围

10%—100%

稳流精度

≤±1%负载电流

纹波系数

≤0.05%

稳压精度

≤±0.5%

温度系数（1/℃）

≤±0.2‰

保护特性

项目

指示

备注

输出短路回缩

回缩电流≤40%额定电流,可恢复

输出过压保护

291±4VDC（220V系列）,可由监控设置

110V系列：

146±2V

输出欠压告警

194±4VDC（220V系列）

110V系列：

97±2V

输入过压告警点（保护点）

480±5VAC,可恢复,回差5—15V

输入欠压告警点（保护点）

318±5VAC，可恢复，回差10—20V

缺相保护

可恢复

过温保护

过温保护点：

90℃，降温后恢复

精度：

±5℃

监控接口

项目

指示

备注

遥信

将模块的保护信号（交流过/欠压,缺相,输出过/欠压,模块过温等信号）和故障信号传送给监控模块。

遥测

测量充电模块的输出电压、电流，送模块表头显示并上报监控模块。

遥控

根据监控模块的命令，控制充电模块的开/关机，均/浮充转换。

遥调

根据监控模块的命令，调节模块的输出电压

根据监控模块的命令，在10%—100%范围内调节充电模块的电流限流点。

显示

充电模块监控板控制充电模块的LED表头显示模块的输出电流，电压。

其他指标

项目

指标

环境温度

-5℃--40℃

相对湿度

≤90%（25℃）

音响噪音

≤25dB

重量

体积

二、模块的结构

充电模块前面板上的高亮度LED数码管指示模块的输出电压或电流，由显示转换开关进行切换。

面板中部的三个发光二极管分别指示模块输入电源正常（绿色）；模块保护（黄色），括交流过/欠压，缺相，输出欠压，模块过温等；模块故障（红色），包括输出过压等。

发光二极管相邻的精密电位器用来整定模块输出电压值，只有在手动方式下，该电位器才起作用。

充电模块地址用手动拔码开关用来设置模块通讯地址和选择手动功能。

在模块的前面板上，地址选择开关用来设置充电模块的监控地址，拔码向上拔为0，向下拔为1；控制选择开关决定充电模块是否受监控摸块的控制，拔到自动状态时，充电模块的输出的电压、均/浮充状态、限流点、开/关机等均由监控模块统一控制，前面板上的电位器不起作用；拔到手动状态时，前面板上的电位器可调节充电模块的输出电压，限流点固定在105%-110%。

手动状态主要用于调试、检修及异常状态的紧急处理。

充电模块的后面板上有一个一体化连接器，模块与外部的所有连线，包括三相交流输入线、直流输出线、接地线、均流线、通信线等，均通过这个一体化连接器。

该连接器可带电插拔，安全方便。

三、使用说明

充电模块的外表装有散热器，在使用时应置于通风良好的环境中，严禁模块外表有覆盖物。

当充电模块安装在机架内时，可以带电热插拔，使用只须将模块沿导槽插入到位，紧固面板上的螺丝即可。

多个充电模块并机使用时，只有在输出电压相同的模块间才能实现均流（即合闸模块之间，控制模块之间）。

模块投入运行前，要设置好模块的工作方式和监控地址，可以在手动状态下通过微调电位器对输出电压和均流情况作细微调整，一旦充电模块工作于自动状态，则电压调节和均流微调全部由系统和电模块自身电路控制，外界不可干预。

第四章监控摸块

一、主要功能和性能

1、主要工能

监控模块主要功能有显示、设置、控制、告警、通讯、电池管理、远程下载等。

显示功能

监控模块对下级设备上报的各种信息进行处理后产时显示，这些信息包括采集数据、设置参数等，如系统的母线电压、电池的充电电流和模块的电压、电流等。

通过监控模块的键盘和LCD显示屏，可以随时查阅系统运行信息和历史信息、当前告警信息等。

同时，在设置系统参数的过程中，显示各种设置情况和实时帮助信息。

设置功能

通过键盘输入和LCD实时显示进行交互式操作，设置系统参数。

一旦这些参数输入到监控模块将保存这些设置，在以后的运行中作用于系统。

这些参数包括监控摸块自身的参数和各个下级设备的参数，下级设备参数设置通过串口传给下级设备。

系统设置有维护级和用户级两种不同权限的设置。

维护级设置涉及系统底层与硬件有关的参数，如系统配置、充电模块所连接的串口号码等，这些参数对系统的运行有重要作用，一旦设定，除非系统设置更改，否则不能轻易更改，维护设置一般需要监控模块掉电或复位后才能生效。

用户级设置与用户使用有关的参数，如交流过压告警点，均/浮充电压等。

这此参数应根据实际使用情况合理设置，如电池的均/浮充电压必须按电池的说明书来严格设定。

一般情况下，用户能设置也不要轻易修改，特别是电池和电池管理的有关参数。

用户级设置一旦显示操作成功，即可生效。

密码保护功能

只有持有合法密码的用户才能对系统旱灾行设置或控制操作，增辑系统运行的安全性。

用户级密码初始化为“123456”，用户在系统正常投运后应更改密码。

维护级密码不可更改。

控制功能

监控模块根据采集到的数据，参考监控模块的设置，进行综合处理和判断控制下级设备执行相应的动作。

让要的动作有：

充电模块均/浮充转换、充电模块输出限流、充电模块天/关机等。

同时可以通过监控模块告警干接点输出无源信号，对外部设图示旱灾行控制。

此外，还可以通过键盘来执行相应的控制动作。

执行动作前要输入相应的校验密码才能进入控制状态。

控制命令由监控模块通过串口下达到下级设备，下级   设备接受命令后执行相应的动作。

告警功能

部分告警信息由下级设备产生，下级设备将故障信息通过串口发送到监控模块，监控模块接受此告警信息并作相应的处理，在LCD屏上实是动态弹出告警信息。

另一部分告警信息是监控模块根据采集到的数据和系统设置产生，告警信息的处理方式同上。

告警等可以通过键盘设置，分为一般告警、紧急告警和不告警。

对于一些不重要的告警或无关的告警，可以设置为不告警来屏蔽。

同时，监控模块输出7组干接点信号，这些干接点输出与告警设备相应，多个告警信息可以对应一个干接点输出，这样可以产现与无能信功能远动系统的告警连接。

通讯功能

监控模块通讯包括与下级设备和后台的通讯。

与下级设备通讯采用RS485/422方式，实现在一条总线上挂多个设备的目的，使每个串口可以处理多达32个下级设备：

与后台通讯可以采用直接通过串口近端链接后台，或串接协议转换设备来实现远程连接。

监控模块的后台协议完全遵从电力部CDT协议。

电池管理

电池管理是监控模块的核心内容，采用二级监控模式，对电池的端电压、充放电电流、电池房温度及其它参娄作实时在线监测。

可准确地根据电池的充放电情况估算电池容量的变化，还能按用户事先设置的条件自动转入限流均充状态，通过控制母线电压来过错成电池的正常均充过程。

并可自动完成电池的定时均充维护，均/浮充电压温度补偿等工作，实现了全智能化，不需人工干预。

远程下载功能（需远程系统支持）籽实现对电源系统的远程维护，监探模块支持配置数据远程下载功能。

当系统配置了远程监控后，通过后台控制软件将升级或更新的配置数据下载到监控模块中，实现监控的远程维护，同时具备这种远程维护的安全机制，确保系统不会因为远程下载失败而造成系统崩溃。

2、性能特点

显示

监控模块采用大屏幕点阵式液晶显示器，全中文菜单界面，动态信息显示，易于学习和操作。

最多可显示15*4个汉字。

显示的亮度和对比度8档可调。

通信口

  智能设备接口的通信速率通常为9600Bps，通信方式为RS422和RS485兼容。

远程通信口的速率在1200，2400，4800，9600Bps这间可设，通信方式有RS232，RS485和RS422可选。

数据格式：

一位起始位，8位数据位，一位停止位，没有校验位。

干接点

干接点的触点容量为：

250VD-C/3A。

每组干接点有常开和常闭两个输出，常开触点和常闭触点共用公共端。

软件调电压

系统的输出电压可通过监控模块在系统指标内任意设置。

屏幕保护

为防止显示器背光指示灯长时间工作面缩短寿命，特别设计了屏幕保护功能，屏幕保护的时间可以在1—30分钟之间任意设置。

输入电压范围：

40—60VDC

输入最大功耗：

≤26W

四遥功能：

遥测、遥调、遥信、遥控

四遥功能

内　　　　　容

遥测

系统母线电压、负载总电流、电池电压、输入交流电网电压；充电模块的输出电压、输出电流、母线对地绝缘情况。

遥信

各直流输出支路空气开关通断状态；电池组熔断器通断状态；电池充电电流过大，电池过/欠压；市电电网停电、缺相，电网过/欠压；充电模块工作温度过高，充电模块输出过/欠压。

遥控

充电模块开启、关停控制；充电模块均/浮充转换控制。

遥调

充电模块输出电流无级限流控制（根据监控模块的命令，在10%--100%范围内调节充电模块输出电流限流点）

充电模块输出电流无能限流控制（根据监控模块的命令，调节充电模块输出电压的大小）。

二、外形结构

监控模块的外形如图所示。

前面板

前面板上有键盘、指示灯及液晶显示屏等。

显示屏

功能　键

数字键盘

把手

故障指示灯

复位键

电源指示灯

液晶显示屏

彩用240*64液晶点阵模块，能显示15*4个汉字，带有背光照明等，以保证在黑夜环境下能清楚显示。

超过设定的保护时间后，背光照明灯将自熄灭，以延长其使用寿命，按任意键将“唤醒“背光照明灯重新点亮。

在显示屏的右边显示菜单提示项。

指示灯

监控模块上设有电源指示灯和故障指示灯。

当监控模块输入电源正常时，开启监控模块的电源开关后，绿色电源指示灯常亮。

当监控模块发生告警时，将点亮面板上的红色指示灯，同时蜂鸣器长鸣，按下消音开关后，告警音消失，但告警指示灯直到期告警消失后才熄灭。

键盘

键盘有四种类型：

功能键、数字键、方向键和复位键

功能键：

功能键根据菜单提示动态定义。

常规情况下，F1键对应菜单项中的“向上翻页”。

F2对应菜单中“返回”，F3对应“帮助”，F4对应菜单中的“向上翻页”。

数字键：

数字键有两个功能，一个直接输入参数，一个是选择对应的菜单选项。

数字键还包括小数点和确认键。

小数点在输入参数时使用。

确认键在输入参数后确认输入数据的有效性。

方向键：

有上下左右四个键。

上下键实现光标在一屏内的上下项目之间的转移；左右键可以选择给定的参数项。

复位键：

复位监控模块。

在对充电模块进行维护级设置后，应按复位键对监控模块进行复位，系统重机关报初始化旱灾入程序。

注意：

告警时不必按“复位键”。

把手

把手正常情况下折叠到面板的里面，使用时，轻按下端，把手翻出。

三、监控使用说明

1、启动

监控模块的启动过程较长，一般25秒，在启动过程中，键盘暂时不工作。

启运过程中首先出现系统正在设置下级设备……界面，监控模块开始设置下级设备。

在设置过程中，监控模块存储的参数传送到下级设备中，如设置成功，则进入正常工作状态。

若不成功，则提示“设置下级设备失败”。

这时应检查监控模块与下级设备的通讯是否正常。

如果配置数据错误，系统回加载缺省配置数据。

2、主界面                    

监控模块的主界面：

系统信息    2005-01-04                         11:

17:

47

合母电压：

230.2V        控母电压：

220V            菜单

电池电流:

0.1A　　　　　　负载电流：

0.1A            帮助

状态:

自动/浮充                                     关于

主界面显示系统信息。

在其它显示屏，如果超过一定时间没有按键操作时，监控模块将自动回到主界面。

系统信息包括：

当前时间：

显示系统内的实钟，时间可设置。

系统电压：

是合闸母线和控制母线电压。

系统状态：

表示系统当前的工作状况，如果没有故障信息，系统显示正常时的状态。

当系统存在故障告警信息时，将显示诸如“充电屏故障”等信息。

电池状态：

显示电池此时的状态，有“自动/手动”“均充”、“浮充”。

在主界面，按F4显示系统信息的其它内容（系统型号、系统的开发版本号和产品出厂序号等），根据此屏信息可判断系统的类型是否正确。

3、主菜单

在主界面按F2可进入系统的主菜单。

如下：

1、交流数据       5、绝缘仪数据

2、直流数据       6、电池仪数据      　　　返回

3、模块数据       7、参数设置      　　　 帮助

4、告警数据

按对应的数字键进入相应的设备菜单。

交流数据：

充电屏的交流参数显示。

直流数据：

母线电压、负载总电流，电池电压电流及容量，电池房温度。

模块数据：

每个模块的参数显示。

告警数据：

系统的当前告警信息、历史告警信息、历史告警信息清除和告警信号设置等。

绝缘仪数据：

设备绝缘仪情况相关数据显示。

电池仪数据：

配备电池仪后显示每个电池电压及总电压。

参数设置：

与系统相关数据的设置。

4、设置操作

进入设置菜单需入对应的密码。

输入用户级密码“123456”进入用户参数设