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(1.國網(wǎng)廣元供電公司，四川 廣元 628000；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

在電力系統(tǒng)中，被廣泛應(yīng)用的五防程序鎖及電腦鑰匙在倒閘操作中起到檢測判斷，逐鎖打開，每步正確，才能實(shí)施操作的規(guī)范約束，由此提高了安全可靠性[1]。但因電腦鑰匙為移動(dòng)式工作，需蓄電池作為能源支撐，使用后必須補(bǔ)足電能。

現(xiàn)生產(chǎn)廠家對(duì)蓄電池都設(shè)計(jì)為使用缺電后，強(qiáng)制充電、浮充維系的方式。這樣存在以下不利因素：

一是報(bào)廢快。蓄電池長期充電，其中金屬與化學(xué)元素不停運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，在熱飽和狀態(tài)下，老化快，壽命短，給工作造成嚴(yán)重影響。

二是耗能高。充電是必需的，但在充滿后不中斷電源長期浮充，仍有幾瓦至幾十瓦的電能在消耗，計(jì)及全國全省電腦鑰匙，這不是一個(gè)小數(shù)目。

三是費(fèi)用大。一臺(tái)電腦鑰匙8000余元，重購更換將增大經(jīng)濟(jì)損失。

四是影響環(huán)境。所用電池常為鎘、鎳、鉛、鋰等重金屬和氫氧化鉀等電解液制成，這些物質(zhì)在大自然中對(duì)水源和土壤都會(huì)嚴(yán)重污染，甚至對(duì)人體造成危害。

綜上所述，為延長蓄電池使用壽命，減少廢棄污染開展了電腦鑰匙充電控制器的探索研究。

1 結(jié)構(gòu)原理

為解決蓄電池?zé)岣〕?、老化快的問題，經(jīng)分析探索，決定引入智能手段，限制每天充電時(shí)間，讓蓄電池絕大多數(shù)時(shí)間處于冷機(jī)狀態(tài)，由此大幅改變不利因素。充電控制器主體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 充電控制器主體結(jié)構(gòu)

五防電腦鑰匙充電控制器由4個(gè)單元組成，分別是：

1)交直流轉(zhuǎn)換器。將220 V電源通過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，轉(zhuǎn)換為適合于儀器內(nèi)部各功能元件運(yùn)作的直流工作電源。

2)限時(shí)充電控制器。采用時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)、定時(shí)控制器。利用該裝置設(shè)置每天2 h的導(dǎo)通供電，其余時(shí)間截止斷電，以此減少蓄電池?zé)岣〕鋾r(shí)間，延長五防電腦鑰匙使用壽命。

3)快速充電控制器。當(dāng)一個(gè)開鎖程序操作完畢，緊接著需要進(jìn)行下一個(gè)開鎖操作時(shí)必須對(duì)蓄電池進(jìn)行緊急充電的情況，專項(xiàng)增設(shè)了一個(gè)隨時(shí)啟動(dòng)電源快速充電控制，完成快速充電的方式。

4)電腦鑰匙充電器?？紤]到現(xiàn)場相關(guān)儀器型號(hào)、結(jié)構(gòu)、恒壓源、恒流源等充電方式不統(tǒng)一，為此將限時(shí)和快充兩種方式并接到同一個(gè)電源轉(zhuǎn)換器，再將原有充電器接入該電源轉(zhuǎn)換器，既維護(hù)原有結(jié)構(gòu)體系，又置入新的限時(shí)充電控制功能。

2 充電控制器電路設(shè)計(jì)[2]

2.1 交直流轉(zhuǎn)換

充電控制器內(nèi)部功能元件要運(yùn)作，必需具備工作電源，該電源一般采用12 V直流。交直流轉(zhuǎn)換電路見圖2。

在圖2下部，交流220 V電源在開關(guān)K1合上后，經(jīng)變壓器降壓至12 V，再經(jīng)D1-4橋式整流、電容C1濾波、三端穩(wěn)壓器WY1穩(wěn)壓，將直流正負(fù)極分別送往上端時(shí)間控制器。

2.2 時(shí)間控制電路

倒閘操作并非天天有，電腦鑰匙亦不常用，為改變熱浮充老化快的問題，決定采用每天限制充電2 h、其他時(shí)間斷電的處理方式，做了圖2上部的電路設(shè)計(jì)。

圖2 時(shí)鐘控制電路

圖2上部IC1是CY-56型智能時(shí)鐘芯片，它含有晶振、分頻、存儲(chǔ)等硬件電路，并經(jīng)軟件編程，對(duì)分、時(shí)、周等進(jìn)行迭加計(jì)算，通過K6-8功能開關(guān)和K2-5數(shù)字鍵進(jìn)行校時(shí)和定時(shí)設(shè)置，做好控制準(zhǔn)備。

在圖2中，12 V穩(wěn)壓電源正極經(jīng)R2、R3分壓為1.5 V，接往時(shí)鐘芯片IC1的13腳，IC1的14腳連接負(fù)極，作為工作電源。在設(shè)置時(shí)間到達(dá)時(shí)，IC1的3腳輸出高電平，使復(fù)合功放管BG1、BG2導(dǎo)通，繼電器J1啟動(dòng)，常開結(jié)點(diǎn)J1-1閉合，將220 V交流電經(jīng)保險(xiǎn)管BX2接通，向五防鑰匙充電器CDQ供給經(jīng)時(shí)間控制的工作電源。

2 h后，設(shè)置的停電時(shí)間到達(dá)，IC1第3針腳截止輸出，BG1、BG2失電，繼電器J1關(guān)閉，常開結(jié)點(diǎn)J1-1斷開，蓄電池停止充電。

圖2中經(jīng)電阻R1分壓，發(fā)光二極管Fg1點(diǎn)亮做為工作指示。

基于設(shè)計(jì)所做的時(shí)間控制充電器如圖3所示。

在圖3中，上面是插接被充電腦鑰匙的槽孔，可替換以適用多種類型；中間是功能指示燈和時(shí)鐘數(shù)字顯示屏；下面為校時(shí)、定時(shí)觸摸開關(guān)。

圖3 自制時(shí)控器

圖4 定時(shí)轉(zhuǎn)換器

3 快速充電設(shè)計(jì)

當(dāng)完成某項(xiàng)倒閘操作后，按要求須進(jìn)行緊急充電，以備下次操作使用。但此時(shí)控制器不一定在設(shè)置的限時(shí)充電時(shí)間段內(nèi)，滿足不了充電要求。為此，增設(shè)了快充設(shè)計(jì)。

快充電路有兩大任務(wù)要完成：1)缺電速充；2)充滿斷電。為此，選取了計(jì)時(shí)控制方式進(jìn)行處理。

圖4是PY—08型定時(shí)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)含交直流轉(zhuǎn)換器件及智能時(shí)鐘芯片，已做好硬件連接和軟件編程；外部有“設(shè)置”按鈕，可做1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h的倒計(jì)時(shí)選擇；面板配有萬能插座，被控儀器電源頭插入此處，即可開展工作。

快充定時(shí)轉(zhuǎn)換器插上電源，若未設(shè)置時(shí)間或指示燈全滅時(shí)，可按下“設(shè)置”開關(guān)，每按一次，相關(guān)指示燈對(duì)應(yīng)數(shù)字升高一位，根據(jù)被控器件所需運(yùn)作時(shí)間，進(jìn)行1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h的選擇，取值完成后松開手，儀器即開始工作提供電源。

所設(shè)時(shí)間計(jì)時(shí)完成，時(shí)控器自動(dòng)斷開電源，停止供電。儀器設(shè)置時(shí)間后只運(yùn)行一次，若不重新啟動(dòng)，將不再供給電源。

儀器具有記憶功能，在上次設(shè)置后，若無改變，儀器仍按原定時(shí)間運(yùn)行，由此減少了相同儀器的繁瑣操作。

上述設(shè)計(jì)能滿足五防電腦鑰匙快速充電所需的選時(shí)定時(shí)、充滿斷電、一次供電的要求，結(jié)合每日限充2 h控制功能，共同發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的有效充電控制并消除熱浮充影響。

4 整體設(shè)計(jì)方案

實(shí)際連接使用方法見圖5。

圖5 實(shí)用連接

在圖5中，1為220 V電源插座，2為兩儀器的電源插頭，3為快充定時(shí)儀器，4為限時(shí)充電儀器，5、6為不同形式的五防電腦鑰匙，7、8為五防電腦鑰匙配套的充電器；9為四套儀器的電源插頭，它們都統(tǒng)一插入電源板10的相應(yīng)插座11中，中間的插座為快充儀和限時(shí)器向電源板輸入的控制電源，兩側(cè)的插座是從電源板接收被控電源。

所做的改進(jìn)設(shè)計(jì)，有3項(xiàng)特點(diǎn)：

1)快充供電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電腦鑰匙使用后，補(bǔ)充充電時(shí)間一般有3～4 h即可，所設(shè)計(jì)的定時(shí)轉(zhuǎn)換器可在10 h內(nèi)選擇設(shè)置，充電時(shí)間滿足要求；再者，即便時(shí)鐘放寬一些，蓄電池充滿后，在原充電器中短時(shí)間續(xù)充影響不大，不會(huì)像長期熱浮充老化、損傷嚴(yán)重，故使用環(huán)境更加寬松可靠。

2)雙控制器運(yùn)作。每日限時(shí)充電是設(shè)定的，而快速充電是隨機(jī)的，兩者多數(shù)時(shí)間獨(dú)立工作，也有可能出現(xiàn)時(shí)間重疊，共同向電源板提供220 V交流電源，這只是并聯(lián)運(yùn)行，不產(chǎn)生附加影響。

3)使用原充電器。利用原充電器的有效功能，維護(hù)了各充電器自身的恒壓源、恒流源、充電參數(shù)的工作特點(diǎn)，保證了電腦鑰匙的充電質(zhì)量。

設(shè)計(jì)方案實(shí)質(zhì)采用了倒計(jì)時(shí)與正計(jì)時(shí)兩種控制方式，將快充和限時(shí)充電相結(jié)合，彼此互補(bǔ)，能確保電腦鑰匙在倒閘操作中的電量需求和功能發(fā)揮。

目前所設(shè)計(jì)的方案還存在著快充定時(shí)轉(zhuǎn)換器與限充定時(shí)儀的分體工作問題。為此，今后將進(jìn)一步分析研究其元件配置和電路結(jié)構(gòu)，盡量將兩者合并一起，形成整體儀器，使之用于現(xiàn)場更加方便簡化。

5 結(jié) 語

在對(duì)五防電腦鑰匙損壞報(bào)廢快的問題中，分析查找到了蓄電池?zé)岣〕涫侵饕颍⒅贫烁倪M(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)了缺電快充、待機(jī)限充的雙層功能，既保證電腦鑰匙在使用中有足夠能量，又使其多數(shù)時(shí)間處于冷機(jī)狀態(tài)，這樣可以延長電腦鑰匙使用壽命、降低投資、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染等。