GZL2型微机监控直流电源柜.docx

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GZL2型微机监控直流电源柜

GZL2型微机监控直流电源柜

1综述

1.1概述

GZL2型直流电源柜，采用先进的高频开关电源模块和微机智能监控系统，适用于电力系统发电厂、变电站、开闭所、配电所及工矿企事业、高层建筑、住宅娱乐场所等供电场合，作为高低压开关设备分合闸、控制、保护、信号电源及事故照明电源，具有如下性能特点：

▲使用高频开关电源模块N＋1热备份并联运行，硬件自主均流，可带电热拔插更换维护。

自带设置键盘和液晶汉字显示器，能够独立运行，可靠性高。

▲配置液晶汉显微机智能监控，具有全自动按曲线智能充电、实时监测系统运行工况和遥测、遥信、遥控、遥调等“四遥”功能，具有高度的智能化，为变电站无人值守创造了条件。

▲配套阀控式铅酸全免维护蓄电池，放电倍率高、防爆安全、寿命长、无需维护等特点，满足无人值守的条件。

▲选用直流专用塑壳断路器，以保证发生短路故障时能够快速可靠分断，防止事故扩大，维护设备及人身安全。

▲柜体设计造型美观，装配合理，便于安装调试、运行观测和日常维护。

该柜满足GB/T19826－2005《电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》的要求。

1.2使用环境条件

海拔1000m及以下。

用于户内，周围空气温度不高于40℃，不低于－5℃。

空气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，无强电磁场干扰，外磁场感应强度不超过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。

使用条件与上述不符时，由用户与制造厂协商解决。

1.3型号说明

见表一。

直流电源柜型号说明表一

GZL2－220／20－M100×2－AEFI－H04J／K05J－10AC3／K2

G：

柜

Z：

直流

L：

电力

2：

设计序号

220：

额定直流电压220V

默认：

220V

20：

额定控制母线电流20A

M：

铅酸全免维护蓄电池

G：

镉镍碱性蓄电池

100：

100Ah

×2：

双电池组

见以下

“功能代号说明”

H04：

合闸回路4路

K05：

控制回路5路

（含信号回路）

J：

带报警接点

默认：

4路合闸回路

5路控制回路。

10A：

10A电源模块

C3：

充电模块3只

K2：

控制母线电源模块2只

功能代号说明：

（功能代号及以后各项，仅供无图纸订货时合同中书写用，图纸标注时略）

X：

基本配置X：

含LSCK一体化电源系统、过电压避雷吸收装置

A：

基本配置A：

含LSK4主监控单元、直流监控单元、过电压避雷吸收装置

B：

基本配置B：

含LSK6主监控单元、直流监控单元、交流监控单元、开关量监控单元、过电压避雷吸收装置

C：

基本配置C：

含LSK7触摸屏主监控单元、直流监控单元、交流监控单元、开关量监控单元、过电压避雷吸收装置

D：

交流单电源进线E：

交流双电源进线F：

放电回路G：

闪光信号

H：

支路绝缘检测I：

硅链自动调压J：

硅链手动调压K：

电池电压巡检

L：

应急电源回路M：

硅链备用通道N：

控制母线分段O：

合闸母线分段

P：

斩波器控母无级调压Q：

交流逆变应急电源（UPS）

注：

1.默认AEFI，订货未标注项为默认，无默认为非选项。

2.无ABC为内置监控，无IJ为控合母合一，无NO为母线不分段。

1.4主要技术参数

交流输入电压：

380V±10％

直流输出电压：

控制母线：

220V（110V）±10％

合闸母线：

220V系统：

198V－255V（276V镉镍电池）

合闸母线：

110V系统：

99V－128V（138V镉镍电池）

直流输出电流：

控制母线：

20A，40A，60A

合闸母线：

100A，200A，400A，600A，800A，1000A

高频开关电源模块：

交流输入电压：

380V±15％

直流输出电压：

180V－315V（90V－108V）

直流输出电流：

6A，8A，10A，20A（9A，12A，15A，30A）

稳压精度：

≤±0.5％

稳流精度：

≤±1％

纹波系数：

≤0.5％

均流不平衡度：

≤±5％

满载效率：

＞90％

功率因数：

＞0.90

噪声：

≤55dB（风冷）≤50dB（自冷）

1.5接线方案

直流系统原理方框图见图一，详细接线方案见随柜图纸。

1.6充电曲线

见图二。

1.7结构

本柜设计采用特殊型钢骨架，大玻璃门结构，柜间连线极少，造型美观，安装使用方便，见图三。

柜体尺寸：

宽800mm深600mm高2260mm，应用户要求，可提供其它规格。

2功能单元介绍

2.1高频开关直流电源模块

高频开关直流电源模块，采用高频逆变技术，使得要求输入输出隔离的整流电源的变压器、滤波电容、滤波电感，成百十倍地缩小，纹波系数下降，稳压精度提高；边缘谐振软开关技术，将电源变换效率提高到90％以上；自主均流和输出隔离技术，使整流电源实现模块化设计，系统容量扩展机动灵活，功能单元完全相同的N＋1热备份系统取而代之1＋1不完全冷备份系统，备份成本由二分之一降低为（N＋1）分之一，完全热备份无切换运行，消除了故障状态下的切换间隙，提高了系统运行的可靠性；模块支持带负荷热插拔，使得系统扩容、维护方便，故障处理安全、快捷。

作为十分成熟的技术，高频开关直流电源模块已广泛地应用于电力控制保护系统和其它直流系统中，大面积取代磁饱和式主浮充机和可控硅相控充电机。

我公司使用的LSC1型高频开关直流电源模块，内部自带CPU，液晶汉字显示，键盘调整设置，输出控制和测量由12位D／A软件校准，完全摒弃电位器，避免了由器件温度系数和机械特性所引起的参数漂移，调节一个位，模块的输出电压只有10mV的改变，具有极高的控制精度。

内置EEPROM，保证模块的运行参数掉电不丢失，可以脱离监控独立工作，避免了因监控故障引起的系统崩溃。

LSC1－K型产品中实时时钟芯片的应用，使得模块内置智能充电监控功能，除浮充电压的温度补偿需要人工干预外，在控制母线负荷相对稳定的系统中，自主完成均浮充转换、转换点电流和计时时间设置、均充总限时后备保护、定期均充等，很适宜要求设备投入成本相对较经济的用户选用。

2.2直流电源监控：

直流电源监控系统，整体包括主监控单元、交流监控单元、直流监控单元、开关量监控单元、电池巡检单元和支路绝缘巡检单元，以及硅链自动调压控制和闪光信号输出。

主监控单元主要包括中文液晶显示、键盘、上位机通讯接口等，可在线修改整定参数，控制工作状态，显示运行情况。

与电源模块配合，按图二的充电曲线完成蓄电池的全自动充电功能，与其它各单元间用两根RS－485通讯线相连接，完成对各功能单元的控制、设置、信号采集及数据处理，并向上位机进行数据传输，是监控系统的核心。

LCD长寿命单色液晶显示器寿命长，可长期处于点亮状态，观察方便；LED背光触摸屏监控显示器的显示与键盘合二为一，造型美观，供高档用户选用。

交流监控单元采集交流电源电压数据，并可依据电源质量，选择切换较高质量的交流电源向直流系统供电。

直流监控单元采集电池电压、合母电压、控母电压、电池电流、控母电流、环境温度等，这些数据作为主监控单元控制电源模块，完成蓄电池智能充电的判断依据和上位机对充电过程的原始记录，并对控制母线的过电压、欠电压进行监测报警。

开关量监控单元，包括开入量和开出量，开出量包括报警和硅链调压自动控制。

根据系统设计搭配可靠性、合理性和经济性的需要，各功能的实际设计位置在不同情况下有所差异，开入量检测以独立为主，单盒可测48个接点，报警开出量以与主监控单元一体为多，硅链调压控制根据需要可以去留。

具体情况参见LSK4、LSK6、LSK7系统的安装使用说明书。

电池巡检单元，用于对单只电池电压的监测，可以及时发现运行中的单体电池过压、欠压及单体最高电压和最低电压之差（差压）超标等异常情况的发生，尽快消除对系统运行的不良影响。

LSK6和LSK7型直流监控系统可以同时挂接两个电池巡检单元和直流监控单元，同时控制完成对两组蓄电池的智能充电和单只电池电压的监测。

支路绝缘巡检，可以在线检测各直流馈出回路的绝缘状况。

对于不能以断开支路的方式排查支路绝缘故障的用户十分必要。

2.3过电压避雷吸收装置

由于高频开关电源模块内部的电力电子器件，与交流电源处于不隔离状态联接，因此，电网上瞬间出现的雷电过电压、操作过电压和谐振过电压，会直接加在这些器件两端，导致器件永久性的损坏。

选择过电压吸收装置，可以有效地扼制这种危害的发生。

2.4交流电源进线

直流系统是电力配电设备控制保护的能源设备，可靠性要求较高，一般使用交流双电源供电，互为备用，自动切换。

在不具备双电源条件，或单路供电能够保证且属于非重要场合，可以使用单电源供电。

2.5控母调压单元

电力开关分合闸及控制、保护系统，一般分为可以瞬间短时大电流输出的“合闸母线”和长期稳定工作的“控制母线”，且控制母线的供电电压必须保证在±10％范围内。

由于蓄电池内阻的存在和化学反应的特殊性，在整个使用过程中，蓄电池端电压的变化很大，极限电压远远超出额定电压±10％的范围。

为保证控制母线电压合格，必须进行控母调压。

控母调压有三种方式：

手动硅链调压、自动硅链调压和斩波器控母无级调压。

手动硅链调压需要人工根据控制母线电压高低，通过转换开关进行调节；自动硅链调压由硅链调压自动控制电路自动调节，并能在硅链开路的情况下，自动闭锁短接开路段，不致控母失电；斩波器控母无级调压，采用电子开关低功耗稳压电路，输入电池电压范围宽，控母电压稳定，且可根据系统需要进行无级调节，特别适用于要求控母高稳定场合和镉镍电池充电电压高、硅链降压不能满足的场合。

2.6直流综合继电器

用于使用内置监控式电源模块的直流系统中，对控制母线的电压、过压、欠压、绝缘进行监测，并具有正负母线对地绝缘检测、闪光信号源输出和试验、报警接点输出等功能。

接线简单，使用方便。

2.7硅链调压自动控制器

用于使用内置监控式电源模块的直流系统中，根据控制母线电压的高低，对降压硅链进行自动调节。

2.8蓄电池

蓄电池是直流系统必不可少的储能器件，当交流电源失去时维持系统保护、控制、监测功能的连续，向系统提供瞬间短时合闸大冲击电流，以及事故照明电源。

目前经常选用的有阀控式铅酸全免维护蓄电池和镉镍碱性蓄电池。

由于铅酸全免维护蓄电池同价格容量大，使用过程中无需维护，近年来被广泛采用。

镉镍碱性蓄电池，放电倍率高，在合理维护的前提下，使用寿命可达20年之久。

2.9直流系统常用参数及设置说明

●均充电压：

蓄电池均衡充电状态下的最高限制电压。

均充初始，以恒流方式充电，充电电压不断上升，至均充电压时，充电电压被限制而不再上升，进入恒压充电状态，充电电流不再恒定，而呈下降趋势。

阀控式铅酸全免维护蓄电池（以下简称铅免电池）的单体均充电压值为2.35V－2.40V，对于每只12V（6节单体组成）的18只蓄电池组，均充电压典型设置值为255V。

不同的电池特性和系统组成，设置值也不相同，用户应根据蓄电池的说明书和系统实际情况进行设置。

镉镍电池活化时，可将均充电压设置为活化电压，但活化完成后，一定要及时将均充电压设置值恢复为常规运行状态时的实际值，否则，将影响电池寿命和系统正常运行。

●充电限流：

均充充电的恒流值和浮充充电的限流值，是蓄电池的安全充电电流。

铅免电池一般为标称容量值的0.1倍，高倍率镉镍电池一般为标称容量的0.25倍，中倍率镉镍电池一般为标称容量的0.2倍。

●浮充电压：

蓄电池的长期恒压充电电压，对于蓄电池容量的亏损，给予及时地补充。

单体铅免电池的浮充电压为2.23V－2.25V。

●温度补偿：

铅免电池的容量与浮充电压的关系，受温度的影响较大，要求温度补偿，相对于25℃基准温度，温度每升高1℃，单体电池（2V）的浮电电压应降低0.003V。

对于每只12V（6节单体组成）的18只蓄电池组，其温度补偿系数是6节／只×18只×0.003V／节℃＝0.324V／℃。

●转换电流：

均充状态进入恒压段后，电流呈指数形式下降，当下降到较小的电流值后，电流的变化将变得较为平缓，电池即将充满容量。

监控系统将某个较小的电流值（一般设定为0.2倍的充电限流），作为由均充转为浮充的转换条件，当均充电流下降到这一设定值后，再继续均充一定时间，便认为电池已经充满，随即自动转向浮充。

●计时均充：

均充过程的最后阶段。

均充电流下降到“转换电流”设定值后，经过“计时均充”的设定时间，均充完成，系统自动转入浮充。

铅免电池的“计时均充”一般设定为3h，镉镍电池一般设定为0.5h。

●均充限时：

为防止各种意外情况，导致系统长期处于均充状态，影响蓄电池的使用寿命，而采取的后备保护措施。

当系统进入均充状态，经“均充限时”的时间后，系统仍处于均充状态，则自动强制转入浮充。

该值保守设置18h，设置其稍大于正常均充所需时间更佳。

●启动电流：

在浮充状态下，由于各种原因引起蓄电池出现较严重的容量亏损时，浮充电流将明显增大，为快速补充电池容量，系统在浮充电流大于“启动电流”时，自动转入均充。

为避免不必要的误转均充，一般将启动电流设置为充电限流值的一半。

●电池容量：

蓄电池的标称容量，具有特定的测试条件要求。

在不满足测试条件的情况下测试，其结果仅供参考。

例：

铅免电池标称容量为C10，表示该电池10h放电率的电池容量，即在环境温度25℃，电池充满时，以1／10电池标称容量值的电流进行放电考核，放电10h时，单体电池电压不低于1.8V。

蓄电池的容量考核依据详见其有关资料中的放电曲线或说明。

实测铅酸蓄电池容量C与蓄电池标称容量C10、测试时的环境温度t、温度系数K有如下关系：

C＝C10[1＋K（t－25）]

K的通常取值为0.008/℃，放电率以及生产厂家的不同，K值有所不同。

3安装使用说明

3.1按图四所示，将直流柜固定于槽钢基础之上，并将柜体可靠接地。

3.2将柜上所有输入及馈出开关置于断开位置。

3.3按随柜所带图纸装配连接蓄电池。

注意正负极性及连接牢固，极性错误将会严重损坏电源模块。

蓄电池荷电出厂，注意防止短路。

3.4将电源模块插入托架。

3.5连接柜间连线。

3.6按电源模块输出总功率加20％其它因素，选择合适的电缆或导线，按随柜接线图正确接入双电源交流进线和合闸、控制等馈出回路引线。

3.7出厂产品已经过全面调试，现场可作核实。

3.7.1加电前请首先详细阅读电源模块、监控系统及蓄电池的说明书，并参考蓄电池的充电曲线（见图二），核实均充电压、充电电流、浮充电压、转折电流、转折计时、启动电流、均充限时、定期均充时间及浮充电压温度补偿系数等必要参数，并初步弄清基本操作方法。

3.7.2认真熟悉随柜原理图、接线图及平面布置图，合上交流电源开关，电源模块及监控系统工作，观察柜上仪表、模块显示、监控显示各测量值是否准确（在允许误差范围内），各设置参数是否正确，并进行必要的校准和调整。

各操作功能均应正常。

3.7.3在确认各合闸、控制馈出回路远端处于安全状态后，逐一合上开关，各回路指示正常。

3.7.4用直流电压表或万用表直流电压档，核实电池开关两端极性一致，而后合上电池开关，开始对蓄电池充电。

3.7.5闪光试验：

按压闪光试验按钮，闪光指示灯闪烁。

3.7.6母线绝缘：

用万用表直流电压档分别测量正负控制母线对地（柜壳）电压，不同型号的测量仪表所测得的结果不同，但均应不高于70％控制母线电压。

用一只20kΩ／10W（控母电压为110V时用10kΩ／10W）电阻分别对地，系统的绝缘报警和指示应正常。

如果系统采用不平衡电桥原理测量对地电阻值，则万用表测量结果一般为母线电压10％－90％之间的波动电压。

3.7.7配置有电池巡检和支路绝缘巡检时，按其说明书详细验证。

3.7.8使用双绞屏蔽线通过RS－232或RS－485通讯口，与上位机联结。

4订货须知

4.1按表一的型号说明，提供完整清晰的订货产品型号，或提供详细图纸资料及技术要求。

4.2订货数量。

4.3柜体结构的尺寸及表面涂色要求。

4.4配套蓄电池的型号、容量和数量。

4.5直流馈出开关的容量和数量。

4.6使用通讯接口时，本公司提供通讯协议。

本公司提供各种非标准设计和制造服务，以满足用户不同场合的特殊要求。

图一直流系统原理方框图

图二电力智能高频开关电源模块及监控系统对蓄电池充电浮充电程序图

图三直流电源柜板面布置图

图四柜架固定基础图