黃軍營(yíng)，李文君

（河南廣播電視臺(tái)104 臺(tái)，河南鄭州 450000）

0 引言

某中波廣播發(fā)射臺(tái)高壓配電室的直流屏已運(yùn)行近20 年，是某公司生產(chǎn)的第二代模數(shù)混合控制的軟開(kāi)關(guān)直流電源產(chǎn)品，開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)由兩只額定電流為10 A的高頻整流器并聯(lián)為一組的高頻整流裝置、一臺(tái)微機(jī)直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)裝置和一臺(tái)直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置等組成。2021 年的7月20 日，該廣播發(fā)射基地遭受特大洪水，設(shè)備被洪水浸泡數(shù)天，整流屏內(nèi)多個(gè)裝置模塊、配電單元、蓄電池組失效，金屬零部件銹蝕嚴(yán)重，考慮到高頻開(kāi)關(guān)電源整流模塊存在較大安全隱患，并且是20 年前的模數(shù)混合控制產(chǎn)品，能耗高，整流器匹配功率過(guò)小，因此，需更新改造一套運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、節(jié)能的直流電源系統(tǒng)。

1 電氣改造方案

2021 年8 月開(kāi)始著手準(zhǔn)備開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)的更新改造工作，通過(guò)調(diào)研當(dāng)前直流電源領(lǐng)域的前沿技術(shù)，決定棄用原有的模數(shù)混合控制的直流電源系統(tǒng)，采用全數(shù)字化控制的軟開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)，改造后的開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)在高頻變換、直流監(jiān)控模塊和蓄電池組智能管理等方面有極大的提升。此次高壓配電室開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)技術(shù)改造后與原系統(tǒng)相比，有以下3 個(gè)方面的提升：①由原模擬和數(shù)字混合控制軟開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)升級(jí)為全數(shù)字化控制的軟開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)；②整流裝置部分匹配4 只高頻開(kāi)關(guān)整流器，采用（3+1）冗余接線方式，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠；③增加智能蓄電池檢測(cè)裝置，能夠及時(shí)掌握電池狀態(tài)，避免了由于電源因素從而引發(fā)電力事故。

2 改造后的開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)

改造后的高頻開(kāi)關(guān)直流操作電源系統(tǒng)由交流配電單元、高頻整流裝置、蓄電池組、硅堆降壓裝置、絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、蓄電池組巡檢模塊、兩路市電交流輸入監(jiān)測(cè)單元和后臺(tái)微機(jī)監(jiān)控裝置等功能模塊組成，系統(tǒng)構(gòu)成原理接線如圖1 所示。

圖1 高頻開(kāi)關(guān)直流操作電源系統(tǒng)構(gòu)成原理

交流配電單元電路的交流輸入由低壓室兩路市電輸入，互為備用，自動(dòng)投切。為保證任意時(shí)段接入的電源唯一，輸入部分采用電氣聯(lián)鎖控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩路交流市電進(jìn)線單元的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)切換控制。整流器由4 只額定電流為10 A 的整流模塊并聯(lián)為一組，提供交流變直流輸出，即直流動(dòng)力輸出電壓（合母電壓）。該輸岀電源既要根據(jù)蓄電池組的狀況對(duì)其均充和浮充，又要經(jīng)硅鏈降壓后輸岀控制母線電壓（控母電壓）。

其中，硅鏈內(nèi)部串接多個(gè)大功率硅整流二極管，利用二極管正向?qū)▔航岛愣ǖ奶匦?，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流控母電壓，并與設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果控制硅堆的投入數(shù)量，從而獲得合適的壓降，把電壓穩(wěn)定在合適的范圍，同時(shí)還具有抗電流沖擊能力大、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

絕緣監(jiān)測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制母線和饋電各支路小母線的絕緣情況。通過(guò)RS485 接口與變電站自動(dòng)化監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行通信。

開(kāi)關(guān)直流操作電源系統(tǒng)供電輸岀部分可參考簡(jiǎn)化圖2。當(dāng)兩路交流市電輸入電源正常時(shí)，通過(guò)交流輸入單元給各4 個(gè)整流模塊供電。整流模塊將交流電變換為直流電，經(jīng)保護(hù)裝置（熔斷器或斷路器）輸出。即提供控制輸出（控母電壓）和動(dòng)力輸出（合母電壓）。一旦岀現(xiàn)兩路市電同時(shí)故障時(shí)，蓄電池組能夠自動(dòng)投入、為直流負(fù)荷供電。

圖2 高頻開(kāi)關(guān)直流操作電源系統(tǒng)供電原理

3 改造關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

本次技術(shù)改造涉及有：高頻整流模塊、智能蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置、直流絕緣狀況監(jiān)測(cè)裝置、直流系統(tǒng)監(jiān)控等模塊。各部分的功能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

3.1 高頻開(kāi)關(guān)整流器模塊

高頻整流器模塊實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)變換和數(shù)字控制。系統(tǒng)匹配4 只高頻整流模塊，采用（3+1）冗余接線方式。各模塊供電方式相互獨(dú)立，當(dāng)某一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，其他模塊可以正常供電，即可以在不停電的情況下進(jìn)行故障零件的更換。當(dāng)蓄電池事故放電后，能對(duì)蓄電池自動(dòng)進(jìn)行充電。而且能夠根據(jù)蓄電池組的狀態(tài)轉(zhuǎn)換充電模式。

對(duì)比原舊系統(tǒng)模數(shù)混合控制并聯(lián)輸?shù)? 只整流模塊，新系統(tǒng)電流電壓更穩(wěn)定，可靠性更高，可大幅減少功率器件的開(kāi)關(guān)損耗，提高轉(zhuǎn)換率，且多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國(guó)標(biāo)值，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)有在于：

開(kāi)關(guān)變換全面采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，電壓變化率dv/dt 和電流變化率di/dt 減小很多，具有自動(dòng)穩(wěn)壓、穩(wěn)流調(diào)節(jié)功能。高頻整流模塊并聯(lián)均流電路原理如圖3 所示。

圖3 高頻整流模塊并聯(lián)均流電路原理

3.2 智能蓄電池組巡檢模塊

變電站直流屏中蓄電池組是非常重要的組成部分，如果變電站中一旦兩路交流市電同時(shí)岀現(xiàn)電源故障，就會(huì)導(dǎo)致電源不能正常供電，并且直流屏中的充電裝置也會(huì)馬上停止工作，這時(shí)候蓄電池就成為整個(gè)供電系統(tǒng)的電源[1]。

智能蓄電池組巡檢模塊有以下功能特點(diǎn)：

單節(jié)電池采用差分電路輸入和多級(jí)電子開(kāi)關(guān)切換，無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)，測(cè)量速度快，精度高。實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，無(wú)需外接瞬時(shí)大電流放電負(fù)載，對(duì)直流系統(tǒng)無(wú)任何影響。采用分布式安裝，在靠近蓄電池組安裝巡檢模塊，以減少蓄電池采樣接線的長(zhǎng)度，提高測(cè)量精度。具備溫度探頭接口，可對(duì)蓄電池環(huán)境溫度或單體電池的表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并據(jù)此對(duì)蓄電池組進(jìn)行溫度補(bǔ)償控制。具備RS485 通信接口，通過(guò)數(shù)據(jù)總線與監(jiān)控裝置連接，提供單節(jié)蓄電池電壓和內(nèi)阻數(shù)據(jù)的顯示，便于分析和判斷。蓄電池組巡檢原理如圖4 所示。

圖4 蓄電池組巡檢原理

3.3 直流絕緣狀況監(jiān)測(cè)裝置和直流監(jiān)控裝置

運(yùn)行實(shí)踐證明，直流系統(tǒng)接地的危害不僅使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)，甚至?xí)斐芍绷骺刂频囊淮卧O(shè)備誤動(dòng)、拒動(dòng)，嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用彩色液晶觸摸屏顯示，方便人機(jī)對(duì)話，具有交流竄入檢測(cè)，直流互竄檢測(cè)，母線絕緣檢測(cè)以及支路巡檢功能。

直流監(jiān)控裝置是直流系統(tǒng)電源的控制和管理核心，具有“四遙”功能和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，采用分散測(cè)量和控制、集中管理的集散模式?？蓪?duì)硅堆降壓裝置、整流器、蓄電池組、母線電壓及母線對(duì)地絕緣情況，實(shí)施全方位監(jiān)視、測(cè)量和智能化控制。直流監(jiān)控裝置的開(kāi)關(guān)量由開(kāi)關(guān)量采集模塊采集，模擬量由數(shù)字變送儀表檢測(cè)。功能特點(diǎn)如下：

具有“四遙”功能，分別是遙測(cè)（充電機(jī)電壓、母線電壓、輸出電流、電池電壓、充電電源等）、遙信（交流電源失電、直流電壓過(guò)高以及過(guò)低，絕緣不良、整流器模塊故障、電池電壓異常等）、遙控（模塊的啟/停，均浮充切換）、遙調(diào)（連續(xù)調(diào)節(jié)充電電壓、輸出限流、電池充電限流、蓄電池欠壓報(bào)警值、整流器過(guò)欠壓報(bào)警值等）[2]，并根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理和數(shù)據(jù)管理功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

在高壓配電室直流屏系統(tǒng)的災(zāi)后技術(shù)改造過(guò)程中，通過(guò)對(duì)比和分析國(guó)際、國(guó)內(nèi)高頻開(kāi)關(guān)直流電源方面的前沿技術(shù)，將原模數(shù)混合控制的直流電源系統(tǒng)升級(jí)為全數(shù)字化控制的軟開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)，既安全，又環(huán)保，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的“綠色化”。技術(shù)改造后的高頻開(kāi)關(guān)直流電源系統(tǒng)的整體性能得到了大的提升。系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，既安全又環(huán)保，大大提升了廣播信號(hào)安全播出的保障能力。