CN107516935A - 便携式直流应急电源设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了便携式直流应急电源设备，本设备在变电站故障时进行应急供电，包括充电装置下方设置有蓄电池组，所述充电装置前端面设置有监控装置，监控装置一侧设置有高频整流开关，所述监控装置下方设置有交流输入空开和直流空开，所述蓄电池组上设置有蓄电池模块和控制模块，所述控制模块上安装有控制直流空开，正常状态时，充电装置向蓄电池组充电，当系统出现故障后，蓄电池组进行供电。充电装置选用高频整流型整流开关，为蓄电池进行充电维护。三相交流电源通过空气开关K1进行投切，空气开关K1不仅是操作电器，同时还是保护电器，当应急系统出现故障时，K1根据故障电流的大小选择不同分闸动作时间，切断交流电源，避免系统内部故障发展。

Description

便携式直流应急电源设备

技术领域

本发明涉及一种应急电源系统，具体涉及便携式直流应急电源设备。

背景技术

变电站的直流电源系统，为变电站设备提供直流及应急电源。在电力系统110kV及以下变电站配置的基本上是单组蓄电池，当蓄电池组容量衰退、个别电池内部故障以及需要进行核容测试时，如没有临时蓄电池组支撑直流系统，一旦交流中断会造成全站直流母线失电的严重后果。

国内目前有两种直流应急电源系统。一种是采用传统铅酸蓄电池作为直流应急电源系统，存在体积大、设备沉重、寿命短、充电时间过长，运输不方便、延误抢修时间等问题；另外一种是质子交换膜燃料电池的变电站应急电源系统，但基于燃料电池的技术成熟性、运行维护等因素，在电力系统开展应用存在难度。除上述两种系统外，其它基本为UPS、EPS电源和照明应急电源，尚不能作为电力系统变电站的直流电源应急系统。

综上，现场迫切需要一套方便运输、利于转场的便携式直流应急电源设备，作为变电站直流电源的应急之用。。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是电力系统110kV及以下变电站按照设计规范一般配置一组蓄电池，当唯一这组蓄电池组故障、或者进行定期全容量放电核容测试时，一旦出现交流电源中断、整流充电装置故障，如没有额外的临时蓄电池组支撑直流系统，必将造成变电站全站直流电源消失，使用直流电源的保护、控制等装置的退出运行停止工作，变压器、断路器等一次设备丧失保护、控制功能，如遇电网故障或事故将造成电网无法恢复供电、甚至造成电网事故扩大的严重后果，本发明目的在于提供便携式直流应急电源设备，根据现场安全和实际工作的迫切需要，我们开展了基于锂电池的便携式直流应急电源设备的课题研究与应用，研究开发了一套方便运输、利于转场的便携式直流电源系统，作为变电站直流电源的应急之用。

本发明通过下述技术方案实现：

便携式直流应急电源设备，本设备在变电站故障时进行应急供电，包括充电装置下方设置有蓄电池组，所述充电装置前端面设置有监控装置，监控装置一侧设置有高频整流开关，所述监控装置下方设置有交流输入空开和直流空开，所述蓄电池组上设置有蓄电池模块和控制模块，所述控制模块上安装有控制直流空开，正常状态时，充电装置向蓄电池组充电，当系统出现故障后，蓄电池组进行供电。充电装置选用高频整流型整流开关，为蓄电池进行充电维护。三相交流电源通过空气开关K1进行投切，空气开关K1不仅是操作电器，同时还是保护电器，当应急系统出现故障时，K1根据故障电流的大小选择不同分闸动作时间，切断交流电源，避免系统内部故障发展。高频整流装置是由多个高频开关电源模块组成，高频开关电源模块将工频的交流电经普通全桥整流滤波或无源PFC或有源PFC整流滤波变为直流电，再经用IGBT或MOSFET作为高频开关器件的高频变换器将直流逆变为20kHz以上的高频交流电，通过自动脉宽调制技术对输出端负载反馈信号进行有效调节，然后经高频变压器隔离，再经高频整流滤波电路过滤成平滑的满足负载需要的优质直流电。由于工作频率高，开关管功耗小，有功率因数校正电路，使得高频开关整流模块具有体积小、重量轻、噪音低、效率和功率因数高、电气参数好、维护方便等优点。

进一步地，所述充电装置选用高频整流开关，为蓄电池组进行充电维护，高频开关电源开关将工频的交流电经普通全桥整流滤波或无源PFC或有源PFC整流滤波变为直流电。通过整流开关将交流电变为直流电，让输出为直流电，便于与变电站的系统进行搭接。

进一步地，蓄电池组选用磷酸铁锂蓄电池，在变电站在原直流电源退出运行后，给直流负荷供电。磷酸铁锂蓄电池能够存储更多的能量，能量比大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和无环境污染。磷酸铁锂蓄电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移，在整个充放电过程中不产生新的物质。

进一步地，所述监控装置对蓄电池组信息进行实时采集，并设定阈值，当采集数据超过阈值时，通过监控装置预警。所述监控装置通过电池管理系统对锂电池组进行监控，并通过CAN通信进行数据实时采集、处理、显示。通过不同容量锂电池放电特性、循环使用寿命进行分析，能够获得每种锂电池不同的阈值参数，将该参数设置在监控单元内，通过所述监控单元采集的铁锂电池组信息有充电、放电、电流、电压、短路、反充电以及温度信息，对比设置在监控单元内的阈值，若超出阈值信息，则通过显示器进行警示，这样能够实现实时监控，让工作人员能够从显示器的显示情况判断出本系统是否出现故障。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明便携式直流应急电源设备，在变电站直流系统出现故障时，将本系统整体安置在变电站直流电源设备旁，接入交流电源，启动应急系统运行，供变电站站用直流负荷，确保站内直流供电安全可靠；

2、本发明便携式直流应急电源设备，作为配置单组蓄电池变电站放电核容。能在配置单组蓄电池的变电站使原蓄电池组安全地脱离母线，进行10小时制的全容量核对性放电测试，测试期间即使电网事故造成交流电源中断，也能保证使用直流电源的保护、控制等装置正常工作，完成对电网事故的处理和快速恢复供电。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明电路接线图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-充电装置，11-监控装置，12-高频整流开关，13-交流输入空开，14-直流空开，2-蓄电池组，21-蓄电池模块，22-控制模块，23-控制直流开关。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1～2所示，本发明便携式直流应急电源设备，本设备在变电站故障时进行应急供电，包括充电装置1下方设置有蓄电池组2，所述充电装置1前端面设置有监控装置11，监控装置11一侧设置有高频整流开关12，所述监控装置11下方设置有交流输入空开13和直流空开14，所述蓄电池组2上设置有蓄电池模块21和控制模块22，所述控制模块上安装有控制直流空开23，正常状态时，充电装置1向蓄电池组2充电，当系统出现故障后，蓄电池组2进行供电。三相交流电源通过空气开关K1进行投切，空气开关K1不仅是操作电器，同时还是保护电器，当应急系统出现故障时，K1根据故障电流的大小选择不同分闸动作时间，切断交流电源，避免系统内部故障发展。高频整流装置是由多个高频开关电源模块组成，高频开关电源模块将工频的交流电经普通全桥整流滤波或无源PFC或有源PFC整流滤波变为直流电，再经用IGBT或MOSFET作为高频开关器件的高频变换器将直流逆变为20kHz以上的高频交流电，通过自动脉宽调制技术对输出端负载反馈信号进行有效调节，然后经高频变压器隔离，再经高频整流滤波电路过滤成平滑的满足负载需要的优质直流电。由于工作频率高，开关管功耗小，有功率因数校正电路，使得高频开关整流模块具有体积小、重量轻、噪音低、效率和功率因数高、电气参数好、维护方便等优点。在图2中，给出了本系统的电路图为，K1为交流输入空开的主触点，当交流电导通至交流输入空开的主触点K1后，交流输入空开的主触点K1关断，电流导通测量装置，测量装置检测电流电压信号，并将电流导通至直流空开14的主触点K2上，并引导电路进行分流，测量装置同时检测流入蓄电池组(2)的电流、电压数据，并发送至监控装置与电池管理系统，控制直流开关23的主触点K3设置在输入变电站前的电路内，通过外部的控制直流空开23进行关断。本装置内的测量装置内由电流互感器组成。

所述充电装置1选用高频整流开关12，为蓄电池组2进行充电维护，高频开关电源开关12将工频的交流电经普通全桥整流滤波或无源PFC或有源PFC整流滤波变为直流电。

蓄电池组2选用磷酸铁锂蓄电池，在变电站在原直流电源退出运行后，给直流负荷供电。磷酸铁锂蓄电池能够存储更多的能量，能量比大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和无环境污染。磷酸铁锂蓄电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移，在整个充放电过程中不产生新的物质。

所述监控装置11对蓄电池组2信息进行实时采集，并设定阈值，当采集数据超过阈值时，通过监控装置11预警。所述监控装置11通过电池管理系统对锂电池组2进行监控，并通过CAN通信进行数据实时采集、处理、显示。所述监控装置通过电池管理系统对锂电池组进行监控，并通过CAN通信进行数据实时采集、处理、显示。通过不同容量锂电池放电特性、循环使用寿命进行分析，能够获得每种锂电池不同的阈值参数，将该参数设置在监控单元内，通过所述监控单元采集的铁锂电池组信息有充电、放电、电流、电压、短路、反充电以及温度信息，对比设置在监控单元内的阈值，若超出阈值信息，则通过显示器进行警示，这样能够实现实时监控，让工作人员能够从显示器的显示情况判断出本系统是否出现故障。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.便携式直流应急电源设备，本设备在变电站故障时进行应急供电，其特征在于，包括充电装置(1)下方设置有蓄电池组(2)，所述充电装置(1)前端面设置有监控装置(11)，监控装置(11)一侧设置有高频整流开关(12)，所述监控装置(11)下方设置有交流输入空开(13)和直流空开(14)，所述蓄电池组(2)上设置有蓄电池模块(21)和控制模块(22)，所述控制模块上安装有控制直流空开(23)，正常状态时，充电装置(1)向蓄电池组(2)充电，当系统出现故障后，蓄电池组(2)进行供电。

2.根据权利要求1所述的便携式直流应急电源设备，其特征在于，所述充电装置(1)选用高频整流开关(12)，为蓄电池组(2)进行充电维护，高频开关电源开关(12)将工频的交流电经普通全桥整流滤波或无源PFC或有源PFC整流滤波变为直流电。

3.根据权利要求1所述的便携式直流应急电源设备，其特征在于，蓄电池组(2)选用磷酸铁锂蓄电池，在变电站在原直流电源退出运行后，给直流负荷供电。

4.根据权利要求1所述的便携式直流应急电源设备，其特征在于，所述监控装置(11)对蓄电池组(2)信息进行实时采集，并设定阈值，当采集数据超过阈值时，通过监控装置(11)预警。

5.根据权利要求1所述的便携式直流应急电源设备，其特征在于，所述监控装置(11)通过电池管理系统对锂电池组(2)进行监控，并通过CAN通信进行数据实时采集、处理、显示。