CN1525618A - 无损宽调压脉动浮充蓄电池成套直流屏 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统用的均容无损宽调压高防脉浮蓄电池成套直流屏，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－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；由于每组蓄电池设置了电压均衡器，实现了均容无损宽调压、高效脉动浮充，使蓄电池的容量保持值和使用寿命提高。
Description
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。
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两条直流母线1M+、2M+，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1M+、2M+两条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，双组蓄电池通过双位开关分别接于防环流装置②④端和充放电母线。该防环流装置设有三组防环流通道，每组有两支二极管组成。其中一组阴极并接后分别接于两组调压硅连的阳极，其阳极分别接两组蓄电池，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。二组阳极并接于浮充母线，阴极分别接于两组蓄电池，这是浮充电流专用防环流通道。三组两阴极分别接蓄电池，两阳极并联经开关接充放电母线，这是在个别情况下采用的均充电防环流通道。浮充母线还有一路经二极管接于两调压硅链的阳极端，这是常时直流负荷通道。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，解决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连，加大了调压硅连的容量，增加了调压硅连的电能损耗，也大大增加了直流屏的成本和运行费用，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。
本申请的目的：
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：
技术方案如图2、图3所示，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。图2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1XDC和2XDC，两套充电机1CDJ和2CDJ。
方案还包括：
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D1、D2组成两组蓄电池事故放电防环流通道，D3、D4组成两组蓄电组B段主电池在浮充期间0.1秒至数秒瞬时放电防环流通道，D5、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、两组蓄电池1XDC和2XDC分别为A、B两段na、nb，A、B两段之间带有一个抽头。蓄电池组1XDC和2XDC的正极一路分别通过调压接触器11C、防环流装置WTF中的二极管D1和D2接合闸母线HM；另一路分别通过双刀双位工况开关1K和3K的上刀“充电活放”电位1接充放电母线CFM。
蓄电池组1XDC和2XDC的抽头分别通过双刀双位工况开关1K和3K的下刀“浮充放电”位4和WTF中二极管D3和D4连接控制母线KM。
3、1CDJ和2CDJ的特点是分别输出两种电压。
充电机1CDJ是高功率和低功率模块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纯直流电压输出端7经过开关5K和二极管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，输出端5经开关5K通过WTF浮充防环流通道二极管D5、D6和工况开关1K、3K的上刀“浮充”位2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充电流要求的模块数，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。低功率模块按1+1设计，即一个模块工作，一个模块热备份备用，当一个模块故障，另一个模块投入正常运行。当两个高功率模块同时发生故障时，浮充一充电两用机2CDJ自动投入使用。
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1CDJ故障时的备用电源其输出点5经二极管D9和接触器4C接入控制母线KM；另一路经接触器3C接入充放电母线CFM，当工况开关1K或3K置“充电活放”位1时，接触器2C接点闭合，280V的脉动直流向蓄电池组充电。
4、1CDJ、2CDJ、1XDC、2XDC的“负”极分别经各自的开关接共同负母线M-形成回路。
5、在合闸线母HM和控制母线KM之间联接有HM向KM供电的调压接触器12C、事故调压电阻Rt和KM向HM供电的常时通道二极管D7。
6、两组蓄电池组的正、负极和抽头分别联接到电压均衡器1JYJ和2JYJ。电压均衡器电路如图3所示，它由三级管G和偏置电阻R1、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，三极管射极接电池组A、B两段间的抽头，R3接于三极管G的集电极和电池组A段正极。
为了充分了解本技术方案，其工作原理描述如下：当工况开关1K或3K置“浮充”位置2时，则常时浮充防环流通道的D5、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D3、D4开通，使两蓄电池组B段nb与控制母线KM接通，为B段瞬时放电和后备放电提供通路。当工况开关1K或3K置“充电活放”位置1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母线HM和KM，由于调压接触器11C和工况开关的下刀是断开的，所以不会造成KM、HM过电压。当遇到交流停电事故时11C电压自降约5％后加入HM母线，并经过Rt、12C接点调压后接通了KM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。
WTF中的二级管D7的作用是在正常浮充时保证控制母线KM向闸母线HM供电。
采用了由高、低压模块组合的“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D5、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连以及常时负荷在调压硅连中的损耗，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，两组电池都设置了电压均衡器1JYJ和2JYJ。其电路如图3所示。正常时蓄电池组中各单电池的电压相同，对应G的基极和发射极与KM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导通，对B段补充充电，电压上升到射级、基极电压相等时，则自动停止对B段的补充充电，保证了整组电池中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。
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WTF防环流装置，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、在正常运行中，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，正常时是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投入。当1CDJ故障，2CDJ自动投入，这相当于第二个电源的自动投入，当1CDJ、2CDJ同时故障或交流停电，两蓄电池组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WTF中D3、D4向KM母线供电，并再经D7向HM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，接触器11C闭合，两组蓄电池的全压经WTF中D1、D2向HM供电，又经调压电阻Rt降压5％向KM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12C闭合，KM、HM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失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11C、12C自动断开恢复原状。
7、当工况开关1K或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。由于工况开关1K、3K和接触器11C、12C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。
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、浮充机1CDJ的高功率模块选用10A-DC230V/380V，共8块，7块工作，1块热备份。
3、电压均衡器JYJ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，R1＝12KΩ/0.25W，R2＝115KΩ/1W，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段na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-”；两组蓄电池组1XDC和2XDC；两套充电机1CDJ和2CDJ；
其特征是方案中还包括：
1.1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D1、D2组成两组蓄电池事故放电防环流通道，D3、D4组成两组蓄电组B段主电池在浮充期间瞬时放电防环流通道，D5、D6组成两组蓄电池常时浮充防环流通道；另外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；
1.2两组蓄电池组1XDC和2XDC分别为A、B两段，A、B两段之间各带有一个抽头；蓄电池组的正极一路分别通过调压接触器11C、二极管D1和D2连接合闸母线HM；另一路分别通过双刀双位工况开关1K和3K的上刀“充电活放”位连接充放电母线CFM；
蓄电池组1XDC和2XDC的抽头分别通过双刀双位工况开关1K和3K的下刀“浮充放电”位、二极管D3和D4连接控制母线KM；
1.3充电机1CDJ是高、低压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，其输出端7经过开关5K和二极管D8连接控制母线KM；高功率模块与低功率模块相加后输出满足向蓄电池组充电的脉动直流，其输出端5通过二极管D5、D6和工况开关1K、3K的上刀“浮充”位分别连接两蓄电池组“正”极；
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，其输出点5经二极管D9和接触器4C接入控制母线KM；二是输出满足充电电压值的脉动直流经接触器3C接入充放电母线CFM，当工况开关1K或3K置“充电”位时，接触器2C接点闭合，向蓄电池组充电；
1.4 1CDJ、2CDJ、1XDC、2XDC的“负”极分别经各自的开关接入共同负母线M-形成回路：
1.5在合闸线母HM和控制母线KM之间联接有HM向KM供电的调压接确器12C、事故调压电阴Rt；
1.6两组蓄电池组的正、负极和抽头分别联接到电压均衡器1JYJ和2JYJ；电压均衡器由三级管G和偏置电阻R1、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，三极管射极接电池组A、B两段间的抽头，R3接于三极管G集电极和电池组A段正极；电压均衡器或者用一只电阻接入电池组A段na两端替代。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANDONG TECHNOLOGY UNIVERSITY Free format text: FORMER OWNER: SUN HAIYU Effective date: 20080606 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20080606 Address after: Shandong province Qingdao economic and Technological Development Zone front Bay Road 579 Patentee after: Shandong Univ. of Science & Technology Address before: Shandong province Tai'an city Daizong street Shandong University of Science and Technology No. 223 song Laiyin turn Patentee before: Sun Haiyu |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080206 |