CN100367626C - 无损宽调压脉动浮充蓄电池成套直流屏 - Google Patents

Abstract

一种电力系统用的无损宽调压脉动浮充蓄电池成套直流屏，它包括一条直流合闸母线，一条直流控制母线，一条充放电母线，一条共用的(M-)负母线，设置一套输出纯直流，脉动直流两种电压的浮充机和一套输出两种电压的浮充—充电两用机，设置两组蓄电池中间带一个抽头的蓄电池组；浮充机输出的纯直流接入控制母线和合闸母线，脉动直流接入蓄电池组对蓄电池进行脉动浮充；在两直流母线与两组蓄电池、充电机之间配置由七只二极管组成的无损宽调压防环流装置，保证了两组蓄电池在各种情况下无环流并运，实现了无损宽调压，保证了直流母线在各种运行状态下不失压，不欠压，不过压，满足电力系统事故停电时的高可靠性供电。

Description

无损宽调压脉动浮充蓄电池成套直流屏

技术领域：

本申请属于电力系统用的直流屏，适用于铅免、镉镍等各类蓄电池成套直流屏。

背景技术：

与本申请最接近的现有技术是本申请设计人设计的ZL99221860.8实用新型专利“无环流并运铅免蓄电池成套直流屏”。前专利的电路结构如图1所示，它是在直流屏线路中设有一条直流母线M+，一条浮充母线FM和一条充放电母线CFM。1号充电机通过开关接浮充母线，2号充电机通过双向开关分别接于浮充母线和充放电母线，在M+直流母线一端分别接于两组各由50支二极管串联组成的自动调压硅链的阴极端，蓄电池1XDC、2XDC通过双位开关1K和3K分别接于防环流装置二极管D₁、D₃正极和D₂、D₄正极以及充放电母线CFM。该防环流装置设有二组防环流通道，每组有两支二极管组成。其中一组二极管D₁、D₂阴极并接后分别接与两组调压硅链的阳极，其阳极分别接蓄电池1XD和2XDC，这是两组蓄电池事故放电和浮充瞬时放电共用防环流通道。第二组二极管D₃、D₄阳极并接于浮充母线FM，阴极分别接于蓄电池1XDC和2XDC，这是浮充电流专用防环流通道。该专利技术实现了双组蓄电池无环流并联运行，消除了环流的重大隐患，解除了单电流直流屏的可靠性和寿命很低的问题，比两组并用的全容量单电源直流屏的可靠性高，而且成本降低一半。实现了全自动、高容量保持值、高寿命，宽调压技术指标，能满足电力系统交流停电时优质电压，高可靠性的直流电源的需求。但是也有其不足。尤其是在大电厂采用时，浮充时常时直流负荷和事故时事故直流负荷均很大，高达数十安至数百安。而且都要通过调压硅链，加大了调压硅链的容量，增加了调压硅链的电能损耗，也大大增加了直流屏的成本的运行费用，还给安装带来不便。另外，由于电路原理的限制无法实现高效脉动浮充，限制了蓄电池容量保持值和寿命的进一步提高。

发明内容：

为解决上述技术方案的不足，提出一种新的技术方案，实现在双组蓄电池无环流并联运行的条件下，能调压范围宽，降低调压损耗，降低设备成本和运行费用；实现对蓄电池的均容高效脉动浮充，进一步提高蓄电池的容量保持值和使用寿命和可靠性。

本申请的技术方案中，包括二条直流母线，即一条合闸母线HM，一条控制母线KM；合闸母线HM连接合闸负荷、事故照明负荷、直流起动油泵n₂，控制母线KM连接信号负荷、控制负荷n₁；一条充放电母线CFM，一条共用的负母线M-，两组蓄电池组即第一蓄电池组1XDC和第二蓄电池组2XDC，两套充电机即第一充电机1CDJ和第二充电机2CDJ。

其特征是该直流屏中还包括：

1、设置无损自动宽调压防环流装置WTF。该装置有7只二极管D₁～D₇组成4条通道，其中第一二极管D₁、第二二极管D₂组成两组蓄电池事故电防环流通道，第三二极管D₃、第四二极管D₄组成两组蓄电组B段电池在浮充期间的0.1秒至数秒瞬时放电防环流通道。第五二极管D₅、第六二极管D₆组成两组蓄电池常时浮充防环流通道。上述三条通道保证了两组蓄电池在各种工作状态下并联运行且无环流。另外第七二极管D₇是正常工作期间，控制母线KM向合闸母线HM供电的通道。因合闸母线HM常时负荷接近于零，所以两母线的电压接近相等。

2、第一蓄电池组1XDC和第二蓄电池组2XDC分为A、B两段即n_a和n_b，A、B两段之间带有一个抽头。两个蓄电组正极的一路分别通过第十一调压接触器11C、防环流装置WTF中的第一二极管D1和第二二极管D2链接合闸母线HM；另一路分别通过第一双刀双位工况开关1K和第三双刀双位工况开关3K的上刀1^#接点接充放电母线CFM。

第一蓄电池组1XDC和第二蓄电池组2XDC的抽头分别通过第一双刀双位工况开关1K和第三双刀双位工况开关3K的下刀4^#接点和防环流装置WTF中二极管第三二极管D3和第四二极管D4连接控制母线KM。

第一充电机1CDJ是高低功率GM、DM组合的高频开关电源式的浮充机，通过高功率模块GM和低功率模块DM同时输出230V纯直流和24V脉动直流电压；230V纯直流电压从高功率模块的第7输出端经过第五开关5K和第八二极管D8连接控制母线KM；24V脉动直流电压与230V电压相加后输出254V的脉动直流，经第五开关5K通过防环流装置WTF第五二极管D₅、第六二极管D₆和第一双刀双位工况第一开关1K、第三双刀双位工况开关3K的上刀2^#接点分别连接两蓄电池组“正”极，单独向电池组进行脉动浮充电。

本方案中，高功率模块按常规n+1设计，n是代表正好满足正常负荷及浮电流要求的模块数，1是代表热备份备用模块数。本例中按7+1设计，共8块高功率模块。

第二充电机2CDJ是浮充充电两用机，输出230V的纯直流和280V的脉动直流限压恒流。230V纯直流作为第一充电机1CDJ故障时的备用电源其第5输出点经第九二极管D9和第四接触器4C接入控制母线KM；另一路经第三接触器3C接入充放电母线CFM，当第一双刀双位工况开关1K或第三双刀双位工况开关3K置1^#接点时，第二接触器2C接点闭合，280V的脉动直流向蓄电池组充电。

4、第一充电机1CDJ、第二充电机2CDJ、第一蓄电池组1XDC、第二蓄电池组2XDC的“负”极分别经各自的开关接共同负母线M-形成回路。

5、在合闸母线HM和控制母线KM之间联接有第十二调压触器12C、事故调压电阻Rt和常时通道第七二极管D7。

6、两组蓄电池的正、负极和抽头分别联接到第一电压均衡器1JYJ和第二电压均衡器2JYJ。第一、第二电压均衡器由三级管G和第一偏置电阻R₁第二偏置电阻R₂及限流电阻R₃组成。R₁、R₂分别接于电池组正负极并和三极管G基极接通，三级管射极接电池组A、B两段间的抽头，限流电阻R₃接于三极管G的集电极和电池组A段正极。

本申请的积极效果：

1、蓄电池组的浮充电压比直流母线运行电压高近11％，具有足够的调压能力。电池组有一个抽头电压与直流母线电压相等，经防环流装置与直流母线相通，使直流母线具有电压相等的后备供电电源。又因浮充机采用两种模块组合的高频开关电源，输出纯直流电压直供控制母线和合闸直流母线，输出脉动直流向蓄电池浮充，这就消除了蓄电池和直流母线间昂贵的调压硅链及其常时负荷在硅链中损耗，减少成本，降低运行费用，实现了无损宽调压和高效脉动浮充；同时还实现了充电机高效率、低噪声、高稳压。

2、由于采用7只二极管组成的防环流装置WTF，具有浮充电、浮充放电、事故放电。三条防环流通道，实现了在无损宽调压的前题下，两组蓄电池在各种运行状态中都能无环流并运，彻底消除环流的危害。

3、正常运行中，两组蓄电池的抽头向直流母线提供可靠的瞬时供电和后备供电，保护了浮充机过载，大大提高了直流母线供电的可靠性。本方案还采用两只JYJ电压均衡器能及时的自动的进行电压容量均衡，解决了多年来带尾电池的直流屏想解决而又无法解决的造成蓄电池寿命很低的要害问题，提高了电池容量保持值和使用寿命，实现了均容无损宽调压。

4、浮充机输出脉动直流的低功率模块按1+1设计，即一块工作，一块热备份备用，每一块都能承担蓄电池全部浮充负荷。因此不仅解决了长期以来无法解决高效脉动浮充，而且还解决了高可靠脉动浮充电源，使蓄电池的容量保持值和寿命进一步提高。

5、正常运行时直流母线供电十分可靠。它有相当4个正常供电电源，正常时由第一充电机1CDJ的7个模块供电，一个模块热备份备用。所以当一个模块故障，另一个模块自动投入，这相当于第一个电源的自动的投入。当第一充电机1CDJ故障，第二充电机2CDJ自动投入，这相当于第二个电源的自动投入。当两个充电机同时故障或交流停电时，两个蓄电池组B段自动投入供电，这相当于第三、第四个电源，所以供电的可靠性高，供电质量好。

6、事故供电可靠性高，电压质量优

交流失电初瞬，有两组蓄电池B段经防环流装置中第三、第四个二极管向控制母线供电，并再经第七个二极管向合闸母线供电，使各种负荷及时得到供电。交流失电约0.5～1秒蓄电池电压下降近5％时，第十一接触器11C闭合，两组蓄电池的全压经防环流装置中第一、第二个二极管向合闸母线供电，又经调压电阻Rt降压5％向控制母线供电，经数分钟，蓄电池电压下降到接近直流母线正常运行电压时第十二触器闭合，控制母线和合闸母线电压相等。由于蓄电池的只数多，浮充电压高，在一小时事故放电的末期，直流母线电压下降到不低于95％，从而保证了两直流母线在一小时交流电事故期间优质可靠供电，实现了均容无损宽调压，当交流电恢复时，第十一接触器和第十二接触器自动断开恢复时原状。

7、当第一双刀双位工况开关1K或第三双刀双位工况开关3K置充电位时，单组蓄电池可进行初充电，均充电，补充电，活化充电或活化放电。由于第一和第三双刀双位工况开关和第十二接触器的作用，直流母线在各种情况下既不产生过压，也不产生失压和欠压，实现了高质量的可靠供电。

附图说明：

图1是现有技术的电路图，图2、图3是本申请技术方案的电路图，其中图2是以220V系统的直流屏为例的线路图，图3是图2中电压均衡器JYJ的电路图。

具体实施方式：

具体实施时如上述发明内容中的技术方案所述。为了充分了解本技术方案，现根据图2、图3对本发明的工作原理描述如下：当第一双刀双位工况开关1K或第三双刀双位工况开关3K置“浮充”位置第2接点时，常时浮充防环流通道的第五二极管D₅、第二六极管D₆开通，对两组蓄电池进行脉动浮充，同时瞬时浮充放电通道第三二极管D₃、第四二极管D₄开通，使两蓄电池组B段与控制母线KM接通，为B段瞬时放电和后备放电提供通路。当第一双刀双位工况开关1K或第三双刀双位工况开关3K置1^#接点时，则该组电池与充放电母线CFM接通，进行各种充电和活化放电。在浮充或充电时，虽然电池组电压高于合闸母线HM和控制用线KM，由于第十一调压接触器11C和工况开关的下刀是断开的，所以不会造成控制母线KM、合闸母线HM过电压。当遇到交流停电事故时第十一调压接触器11C电压自降约5％后加入合闸母线，并经过事故调压电阻Rt、调压按触器12C接点调压后接通了控制母线，保证事故放电期间控制母线KM和合闸母线HM自动宽调压优质供电。

防环流通道WTF中的第七二极管D₇的作用是在正常浮充时保证控制母线KM向合闸线母HM供电。

采用了由高、低功率的模块组合和“高”频开关电源式的浮充机后，由高功率模块GM输出230V纯直流直供控制母线KM，低功率模块DM输出的24V脉动直流再与高功率模块GM输出的230V纯直流相加后的254V脉动直流，经防环流装置WTF中的第五二极管D₅、第六二极管D₆对两组蓄电池进行脉动浮充电。

上述方案彻底消除了调压硅链以及常时负荷在调压硅链中的损耗，实现了无损宽调压和脉动浮充，同时提高了蓄电池浮充和直流母线供电的可靠性。

在方案中第一和第二蓄电池组分A、B两段，两段的功用是：A段为调压段，电池只数是按满足一小时事故放电后，直流母线电压下降到不低于95％选取的。B段为主体段，电池只数是按正常浮充时B段电压等于控制母线工作电压选取的。B段承担瞬时供电任务。因瞬时放电后电压有可能下降，为了使两段电池组在同时浮充时单只电池电压容量的均衡，两组电池各设置了第一电压均衡器1JYJ和第二电压均衡器2JYJ。其电路图如3所示。正常时蓄电池组中各单电池的电压相同，对应三极管G的基极和发射极与控制母线电压相等，三极管G不导通，当B段电压瞬时放电下降后，三极管G不导通，对电池组B段补充充电，电压上升到射极、基极电压相等时，则自动停止对B段电池组的补充充电，保证了整组电池的单只电池电压容量的均衡，该“均容”是本方案中电池的容量保持值和使用寿命提高的至关重要措施。

下面对以220V系统直流屏为例的设计参数说明如下：

1、两组蓄电池组中每组按1000AH设计，A段调压段电池11只，电压2.23×11＝14V，B段主体段电池103只，电压2.23×103＝230V，每组电池114只。

2、第一浮充机1CDJ的高功率模块选用10A-SDC230V/380V，共8块，7块工作，1块热备份。

3、电压均衡器中三极管G选用100mA/60V复合硅三极管，直流放大倍数β＝2000，按均容电流50-80mA设计，第一偏置电阻R₁＝12KΩ0.25W，第二偏置电阻R₂＝115Ω/1W，第三偏置电阻R₃＝270Ω/3W。

本电压均衡器也可用一只470Ω/3W的电阻代替，接入电池组A的两端即可。

Claims (1)

1.一种无损宽调压脉动浮充蓄电池直流屏，它包括一条合闸母线(HM)，合闸母线(HM)连接合闸负荷、事故照明负荷、直流起动油泵；一条控制母线(KM)，控制母线(KM)连接信号负荷，控制负荷；一条充放电母线(CFM)，一条共用的负母线(M-)；第一蓄电池组(1XDC)和第二蓄电池组(2XDC)；第一充电机(1CDJ)和第二充电机(2CDJ)，其中第一蓄电池组(1XDC)和第二蓄电池组(2XDC)各分为A、B两段，A、B两段之间带有一个抽头；其特征是该直流屏还包括：

设置无损自动宽调压防环流装置(WTF)，该装置有7只二极管(D₁-D₇)组成4条通道；其中第一个二极管(D₁)和第二个二极管(D₂)组成两组蓄电池组事故放电防环流通道，第三个二极管(D₃)和第四个二极管(D₄)组成两组蓄电池组B段电池在浮充期间瞬时放电防环流通道，第五个二极管(D₅)和第六个二极管(D₆)组成两组蓄电池组常时浮充防环流通道；另外第七个二极管(D₇)组成正常工作期间控制母线(KM)向合闸母线(HM)供电的通道；

第一蓄电池组和第二蓄电池组的正极的一路经由第十一调压接触器(11C)且然后分别通过第一个二极管(D₁)和第二个二极管(D₂)连接合闸母线(HM)；另一路分别通过第一双刀双位工况开关(1K)和第三双刀双位工况开关(3K)的上刀1号接点连接充放电母线(CFM)；

第一蓄电池组(1XDC)的抽头通过第一双刀双位工况开关(1K)的4号接点和第三个二极管(D₃)连接控制母线(KM)，以及第二蓄电池组(2XDC)的抽头通过第三双刀双位工况开关(3K)的4号接点和第四个二极管(D₄)连接至控制母线(KM)；

第一充电机(1CDJ)是高、低功率模块组合的高频开关电源式的浮充机，高功率模块输出满足控制母线的纯直流电压，并通过第一充电机的第7输出端以及第五开关(5K)和第八个二极管(D₈)连接控制母线(KM)；高功率模块与低功率模块的输出电压相加后从而输出满足向蓄电池充电的脉动直流，并经第一充电机的第5输出端通过第五个二极管(D₅)和第一双刀双位工况开关(1K)的2号接点连接第一蓄电池组的正极，以及经第一充电机的第5输出端通过第六个二极管(D₆)和第三双刀双位工况开关(3K)的2号接点连接第二蓄电池组的正极；

第二充电机(2CDJ)是浮充充电两用机，一是输出满足控制母线电压的纯直流，其第5输出端经第九个二极管(D₉)和第四接触器(4C)接入控制母线(KM)；二是输出满足充电电压值的脉动直流，该脉动直流经第三接触器(3C)接入充放电母线(CFM)，当第一双刀双位工况开关(1K)或第三双刀双位工况开关(3K)置于1号接点，且与第二充电机的第一端子、第二端子和第三端子连接的第二接触器(2C)的接点闭合时，向蓄电池组充电；

第一充电机(1CDJ)、第二充电机(2CDJ)、第一蓄电池组(1XDC)、第二蓄电池组(2XDC)的负极分别经各自的开关接入共同负母线(M-)形成回路：

在合闸母线(HM)和控制母线(KM)之间并联连接有合闸母线(HM)向控制母线(KM)供电的第十二调压接触器(12C)和事故调压电阻(Rt)；

第一、第二蓄电池组的正、负极和抽头分别联接到第一电压均衡器(1JYJ)和第二电压均衡器(2JYJ)；第一、第二电压均衡器的构造均由三极管(G)和第一偏置电阻(R₁)、第二偏置电阻(R₂)及限流电阻(R₃)组成；第一偏置电阻(R₁)、第二偏置电阻(R₂)一端分别接于蓄电池组正负极，第一偏置电阻(R₁)和第二偏置电阻(R₂)的另一端彼此连接且和三极管(G)基极接通，三极管射极接电池组A、B两段之间的抽头，限流电阻(R₃)接于三极管(G)集电极和电池组A段正极；第一、第二电压均衡器也可用一只电阻接入电池组A段(n_a)两端替代。

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