1、PZ61-2000高頻開關直流操作電源系統 技術說明PZ61-2000高頻開關直流操作電源系統技術說明書V2.0-許繼電源有限公司2008年12月1. 直流操作電源的發展歷程發電廠和變電站中，為控制、信號、保護和自動裝置（統稱為控制負荷），以及斷路器電磁合閘、直流電動機、交流不停電電源、事故照明（統稱為動力負荷）等供電的直流電源系統，通稱為直流操作電源。1.1 直流操作電源的歷史根據構成方式的不同，在發電廠和變電站中應用的有以下幾種直流操作電源：電容儲能式直流操作電源：是一種用交流廠（站）用電源經隔離整流后，取得直流電為控制負荷供電的電源系統。正常運行時，它給與保護電源并接的足夠大容量的電容器

2、組充電，使其處于荷電狀態；當電站發生事故時，電容器組繼續向繼電保護裝置和斷路器跳閘回路供電，保證繼電保護裝置可靠動作，斷路器可靠跳閘。這是一種簡易的直流操作電源，一般只是在規模小、不很重要的電站使用。復式整流式直流操作電源：是一種用交流廠（站）用電源、電壓互感器和電流互感器經整流后，取得直流電為控制負荷供電的電源系統，在其設計上，要在各種故障情況下都能保證繼電保護裝置可靠動作、斷路器可靠跳閘。這也是一種簡易的直流操作電源，一般只是在規模小、不很重要的電站使用。蓄電池組直流操作電源：由蓄電池組和充電裝置構成。正常運行時，由充電裝置為控制負荷供電，同時給蓄電池組充電，使其處于滿容量荷電狀態；當電站

3、發生事故時，由蓄電池組繼續向直流控制和動力負荷供電。這是一種在各種正常和事故情況下都能保證可靠供電的電源系統，廣泛應用于各種類型的發電廠和變電站中。以上電容儲能式和復式整流式直流操作電源系統，在六、七十年代有較多的應用，八十年代以后，由于小型鎘鎳堿性蓄電池和閥控式鉛酸蓄電池的應用，這種操作電源在發電廠和變電站中已不再采用。而蓄電池組直流操作電源系統，其應用歷史悠久，而且極為廣泛。現代意義上的直流操作電源系統就是這種由蓄電池組和充電裝置構成的直流不停電電源系統，通常簡稱為直流操作電源系統或直流系統。1.2 直流操作電源的設計技術發展在1955年以前，國內發電廠和變電站的建設規模較小，其直流操作電

4、源系統大多采用110V、單母線和不帶端電池的蓄電池組。1956年以后，發電廠和變電站的建設規模增大。這是引進了當時蘇聯的設計技術，在所有新建和擴建的發電廠和變電站中，都采用了220V、帶端電池的蓄電池組，并根據工程規模的大小，采用單母線或雙母線接線。這個時間的設計，是充分利用了蓄電池的容量和具有較小的電壓波動范圍，但代價是采用了較復雜的接線。1984年以后，隨著歐美設計技術的引進，以及發電廠和變電站建設規模的不斷增大，在直流操作電源系統的設計上，又開始普遍采用單母線接線和不帶端電池的蓄電池組，對于控制負荷則推行采用110V電壓，而動力負荷則采用220V電壓。這一期間設計的主導思想，則是以適當加

5、大蓄電池的容量，允許電壓有較大的波動范圍為代價，達到簡化接線、提高可靠性的目的。六十年代以前，國內設計的發電廠采用主控制室方式。在容量較小的發電廠中，裝設一組蓄電池組構成的直流操作電源系統；在較大容量的發電廠中，則裝設由兩組蓄電池構成的直流操作系統；其接線采用單母線或雙母線，但對于容量較大的發電廠，則廣泛采用雙母線接線。七十年代以后，單元制發電廠隨著機組容量的增大而普及。在單元制發電廠中，直流操作電源系統按單元配置。七十年代到八十年代初期，一般是一個單元配置一套由一組蓄電池組構成的控制、動力混合供電的220V操作電源。從八十年代后期開始，對于200MW以上的大機組電廠，則每一單元配置兩套直流操

6、作電源：一套220V由一組蓄電池構成，專供動力負荷；另一套110V由兩組蓄電池構成，專供控制負荷。同時，在一些輔助車間，如水泵房、輸煤控制樓等處，開始應用由小容量的蓄電池組構成的操作電源系統。對于220KV及以下電壓等級的變電站，一般裝設由一組蓄電池組構成的直流操作電源；對于容量較大和500KV以上的大型變電站，則裝設由兩組蓄電池組構成的直流操作電源；對于220KV的變電站，2002年國家電力公司要求全部裝設兩組蓄電池組。這一發展過程表明，隨著大機組、超高壓工程的發展，人們更加關注的是直流操作電源的可靠性，并為此提高適當提高電池組的容量和增加數量，普遍采用單母線接線方式，提高了工程造價。1.3

7、 直流操作電源的設備技術發展在直流操作電源系統中，主要的設備有蓄電池組、充電裝置、絕緣監測裝置以及控制保護等設備。隨著制造技術的發展，幾十年來也發生了很大的變化。蓄電池組型式，在七十年代以前發電廠和變電站中應用的都是開啟式鉛酸蓄電池，使用的容量逐漸增加，單組額定容量達到了14001600Ah。七十年代以后，開始應用半封閉的固定防酸式鉛酸蓄電池，并逐步得到普遍采用。到八十年代中期以后，鎘鎳堿性蓄電池以其放電倍率高、耐過充和過放的優點，開始在變電站中得到應用，但由于價格較高，一般使用的都是額定容量在100Ah以內的，限制了其應用的范圍。九十年代發展起來的閥控式鉛酸蓄電池，以其全密封、少維護、不污染

8、環境、可靠性較高、安裝方便等一系列的優點，在九十年代中期以后等到普遍的采用。回顧蓄電池的變化可知，蓄電池在向維護工作量小、無污染、安裝方便、可靠性提高的方向發展。雖然提高蓄電池的壽命是一重要課題，但在提高壽命方面國內的技術進展不大，一般的閥控式鉛酸蓄電池在510年之間，低的只有35年；目前國外的技術一般可以做到1015年，高的達到1820年。而且，國內市場的惡性競爭環境，使許多蓄電池制造廠不愿在設計壽命上投資，提高制造成本。需要說明是，蓄電池的使用壽命，在很大程度上要依靠正確的運行和維護。對于充電裝置，在七十年代以前，主要是用電動直流發電機組作充電器；七十年代開始應用整流裝置，并逐漸取代了電動

9、發電機組，得到普遍的應用。八十年代以前，考慮到經濟性和運行的穩定性，對充電和浮充電整流裝置采用不同的容量設計。1984年以后，對充電和浮充電整流裝置開始采用相同的容量設計，使之更有利于互為備用，并且這種作法被普遍接受。充電裝置的配置方式是：一組蓄電池的直流操作電源系統配置兩組充電裝置，兩組蓄電池的直流操作電源系統配置三組充電裝置。1995年以后，隨著高頻開關型整流裝置的普及，考慮到整流模塊的N+1(2)冗余配置和較短的修復時間，大量采用一組蓄電池配置一組充電裝置的方式。作為充電器的整流裝置，多年來在不斷的發展改進，七十年代是分立元件控制的晶閘管整流裝置，可靠性和穩定性較差，技術指標偏低。八十年

10、代發展為集成電路控制的晶閘管整流裝置，可靠性和穩定性以及技術指標得到較大的提高，這一時期的晶閘管整流控制技術也日臻成熟，并具備簡單的充電、浮充電和均衡充電自動轉換控制功能。進入九十年代以后，隨著微機控制技術的普及，集成電路控制型晶閘管整流裝置逐漸被微機控制型晶閘管整流裝置取代，使整流裝置的穩流和穩壓調節精度得到較大的提高，并且自動化水平的提高可以實現電源的“四遙”，為實現無人值班創造了條件。1996年以后，隨著高電壓、大功率開關器件和高頻變換控制技術的成熟，高頻開關整流裝置以其模塊化結構、N+1(2)并聯冗余配置、維護簡單快捷、技術指標和自動化程度高的優點，得到迅速的推廣和普及。目前，這種高頻

11、開關型整流裝置已成為市場的主角，未來幾年不會有新的整流裝置替代。絕緣監測裝置是直流操作電源系統不可缺少的組成部分，用于在線監測直流系統的正負極對地的絕緣水平。在八十年代以前，一直是采用蘇聯技術設計的、以電橋切換原理構成的絕緣檢查裝置，用繼電器、電壓表和切換開關構成，具有發現接地故障、測量直流正負極對地絕緣電阻和確定接地極的功能。八十年代，在此原理技術上，國內制造了用集成電路構成的絕緣監測裝置，并把母線電壓監視功能與之合并在一起，提高了裝置的靈敏度和易操作性。上述的絕緣監測裝置，在直流系統發生接地故障時，只能確定哪一極接地，而不能確定哪一條供電支路接地，在運行維護中查找接地點非常麻煩，并且存在監

12、測死區。針對這種情況，國內在九十年代以后，采用微機控制技術，開發制造了具有支路巡檢功能的絕緣監測裝置。其不但能夠準確的測量直流系統正負極的接地電阻，同時還可以確定接地支路的位置。當前這種具有支路巡檢功能絕緣監測裝置得到普遍的應用，技術的發展圍繞支路巡檢功能展開，早期全部采用低頻疊加原理，目前以直流漏電流原理為主，兩種原理各有優缺點。蓄電池組、充電裝置和直流饋電回路，多年來一直用熔斷器作短路保護，用隔離開關作回路操作，直到現在仍在普遍使用。進入九十年代以來，隨著技術的發展，這些老式的保護和操作設備逐漸被具有高分斷能力和防護等級的新型設備替代。到1996年以后，開始用帶熱磁脫扣器的直流自動空氣開關

13、，兼作保護和操作設備，為直流屏的小型化設計創造了條件。目前，這種直流專用空氣開關在直流系統中已普遍的應用，并開發出具有三段式選擇性保護功能的直流空氣開關產品。2. PZ61-2000高頻開關直流操作電源系統的構成原理2.1 直流系統的構成PZ61-2000高頻開關直流操作電源系統是由交流配電單元、高頻整流模塊、蓄電池組、硅堆降壓單元、絕緣監測裝置、電池巡檢裝置、配電監測單元和集中監控裝置等部分組成。系統構成原理接線如圖2-1所示。圖2-1 高頻開關直流操作電源系統構成原理接線圖2.2 直流系統的工作原理2.2.1 交流正常工作狀態：系統的交流輸入正常供電時，通過交流配電單元給各個整流模塊供電。

14、高頻整流模塊將交流電變換為直流電，然后經保護電器(熔斷器或斷路器)輸出，一方面給蓄電池組充電，另一方面經直流配電饋電單元給直流負載提供正常工作電源。交流配電單元：將交流輸入電源分配給各個整流模塊，并裝設C級和D級防雷模塊，能有效吸收電網浪涌電壓，將雷電感應和線路操作產生的過電壓危害降至最小，保障整流模塊安全工作。對具備兩路交流輸入電源的系統，可實現兩路電源的自動轉換。高頻整流模塊：將交流輸入電源變換為直流電輸出，正常受監控裝置的控制，實現對蓄電池組的恒壓限流充電和自動均充浮充轉換等操作。當集中監控裝置故障退出時，充電模塊自動進入安全模式，按預設的浮充電壓值繼續運行。硅堆降壓單元：根據蓄電池組輸

15、出電壓的變化自動調節串入降壓硅堆的數量，使直流控制母線的電壓穩定在規定的范圍內。當提高蓄電池的容量，減少整組串聯的個數時，可以取消硅堆降壓單元，達到簡化系統接線、提高可靠性的目的。絕緣監測裝置：實時在線監測直流母線的正負極對地的絕緣水平，當接地電阻下降到設定的告警電阻值時，發出接地告警信號。對于帶支路巡檢功能的絕緣監測裝置，還可以定位接地故障點發生在哪一條饋電支路中。電池巡檢裝置：實時在線監測蓄電池組的單節電壓和內阻，當單體電池出現開路時，發出單體異常告警信號。通過該裝置可以使維護人員隨時了解蓄電池組的運行狀況，提高蓄電池運行管理的自動化水平。配電監測單元：采用數字變送測量儀表實時采集系統中的

16、交流配電回路，充電裝置、蓄電池組和直流配電回路的運行參數（模擬量）；采用開入模塊采集各配電回路設備的狀態和告警觸點信號（開關量）。數據上傳到監控裝置進行顯示、告警等處理。電源監控模塊：采用集散方式對電源系統進行監測和控制。通過RS485串口分別與系統各配電回路的智能設備（高頻整流模塊、絕緣監測裝置、電池巡檢裝置、數字變送儀表和開關量采集模塊）連接，接收處理上傳信息，通過LCD實時顯示系統中各設備的運行狀態、運行參數、告警信息等內容，系統運行的相關參數可通過LCD進行設置和維護。同時監控模塊可通過RS485串口、光纖或以太網接入電站自動化系統，實現對電源系統的遠程監控，滿足“四遙”和無人值守的要

17、求。此外，監控裝置具備完善的智能電池管理功能，它能對電池的端電壓、充放電電流、電池房環境溫度等參數作實時的在線監測，可準確地根據電池的充放電情況估算電池容量的變化，還能在電池放電后按用戶事先設置的條件和運行參數，通過調節整流器的輸出電流和電壓，自動完成電池的限流充電和均浮充轉換，并可以自動完成電池的定時均充維護和均浮充電壓溫度補償工作，實現了全智能化，不需要任何人工干預，保證蓄電池組能正常工作，最大限度地延長電池的使用壽命。2.2.2 交流失電工作狀態：系統交流輸入故障停電時，充電模塊停止工作，由蓄電池組不間斷地給直流負載供電。微機監控裝置時實監測蓄電池組的放電電壓和電流，當電池放電至設定的終

18、止電壓時，監控裝置告警。2.2.3 系統工作能量流向：系統工作時的能量流向如圖2-2所示。圖2-2 系統工作能量流向圖3 PZ61-2000高頻開關直流操作電源系統的配置接線3.1 高頻開關直流操作電源系統的型號規格定義PZ 61 直流系統標稱電壓 充電裝置配置電流 系統配置方案代號 配套電池類型容量 成套產品系列號 直流電源屏（柜）3.1.1 直流系統標稱電壓：220V，110V，48V，24V。3.1.2 充電裝置配置電流：為滿配置并聯整流模塊的額定電流之和。220V整流模塊額定電流：5A、10A、20A、30A、40A；110V整流模塊額定電流：10A、20A、30A、40A、50A。3

19、.1.3 系統配置方案代號用三位數定義如下：111-系統配置方案為1組蓄電池、1組整流器、單母線接線；112-系統配置方案為1組蓄電池、1組整流器、單母線分段接線；121-系統配置方案為1組蓄電池、2組整流器、單母線接線；122-系統配置方案為1組蓄電池、2組整流器、單母線分段接線；222-系統配置方案為2組蓄電池、2組整流器、兩段單母線接線；232-系統配置方案為2組蓄電池、3組整流器、兩段單母線接線。3.1.4 配套電池類型用字母表示，其中K代表閥控式鉛酸蓄電池，F代表防酸式鉛酸蓄電池，Z代表中倍率鎘鎳蓄電池，G代表高倍率鎘鎳蓄電池。3.2 高頻開關直流操作電源系統的典型接線方案3.2.1

20、 直流操作電源系統的各種配置方案可以派生出多個典型的接線方式，分別在配置方案代號后綴字母A、B、C等加以區分。3.2.2 對于220KV及以上的變電站和200MW以上的大機組發電廠，根據用電負荷和設備的布置情況，普遍采用設置直流分電屏的輻射供電網絡。3.2.3 各種典型接線方案的單線圖和特點說明參見附錄。4 PZ61-2000高頻開關直流操作電源系統的技術指標4.1 工作環境條件工作環境是保證直流系統正常運行和產品質量的首要條件。4.1.1 環境溫度：540，24h內平均溫度不高于35。4.1.2 相對濕度：a) 在環境溫度為40時，空氣的平均最大相對濕度不超過50。b) 最濕月空氣的平均最大

21、相對濕度不超過90（20±5）。4.1.3 海拔高度：設備安裝地點的海拔高度應在2000米以下。4.1.4 大氣壓力：80kPa110kPa。4.1.5 安裝位置：垂直安裝，任一方向不超過5°。4.1.6 使用場所：設備安裝地點應無強烈振動和沖擊，無腐蝕金屬和破壞絕緣的有害氣體，無導電塵埃和引發火災及爆炸的危險介質，無強電磁場和高頻電磁干擾。4.2 基本技術參數4.2.1 交流輸入電源：a) 工作電壓：380/220V±20。b) 工作頻率：50Hz±5。4.2.2 直流輸出電壓：a) 系統標稱電壓：220V；110V。b) 專供控制負荷的直流母線電壓為

22、系統標稱電壓值的85110。c) 專供動力負荷的直流母線電壓為系統標稱電壓值的87.5112.5。d) 控制與動力合并供電的直流母線電壓為系統標稱電壓值的87.5110。e) 設置硅堆降壓裝置，控制負荷與動力負荷混合供電的直流系統： 控制負荷直流母線電壓為系統標稱電壓值的87.5110； 動力負荷直流母線電壓為系統標稱電壓值的87.5115。4.2.3 直流輸出電流： a) 充電裝置額定電流：10A、20A、30A、40A、50A、60A、80A、100A、120A、160A、200A、250A、300A、400A、500A、600A、800A。b) 硅降壓裝置額定電流：20A、40A、60A

23、、100A、200A、400A、600A。c) 直流主母線額定電流：400A、500A、630A、800A、1250A、1600A。4.3 技術性能指標4.3.1 絕緣電阻用開路電壓為表4-1規定電壓的絕緣測試儀器測量電源系統有關部位的絕緣電阻，應符合以下要求：a) 各獨立帶電電路（交流輸入端子、直流配電母線）與地（金屬框架）之間的絕緣電阻應不小于10M。b) 無電氣聯系的各帶電電路（交流輸入與直流輸出）之間的絕緣電阻應不小于10M。4.3.2 介質強度用耐壓儀在下列部位施加頻率為50±5Hz、表4-1規定的正弦波試驗電壓（采用直流電時，試驗電壓為交流電壓有效值的1.4倍），歷時1m

24、in不應出現絕緣擊穿或閃烙的現象。a) 各獨立帶電電路（交流輸入端子、直流配電母線）與地（金屬框架）之間。b) 無電氣聯系的各帶電電路（交流輸入與直流輸出）之間。表4-1：絕緣試驗的電壓等級 （V）額定絕緣電壓Un絕緣電阻測試儀電壓等級耐壓測試儀試驗電壓Un60250100060Un3005002000300Un500100025004.3.3 整流器輸出電壓調節范圍高頻開關整流器在充電（恒流）狀態下的電壓調節范圍和在浮充電及均衡充電（穩壓）狀態的電壓調節范圍應滿足表4-2的規定。 表4-2：整流器輸出電壓調節范圍運行狀態電壓調節范圍（220V或110V系統）防酸式鉛酸蓄電池閥控式鉛酸蓄電池充

25、電(恒流)0.85Ue1.35Ue0.85Ue1.25Ue浮充電(穩壓)0.90Ue1.20Ue0.90Ue1.20Ue均衡充電(穩壓)1.00Ue1.35Ue1.00Ue1.25Ue注：Ue：直流系統標稱電壓，Ie：整流器（N個工作模塊）額定輸出電流。4.3.4 恒流充電運行時，整流器的充電電流調節范圍為：20100額定值。4.3.5 穩壓均浮充運行時，整流器的負荷電流調節范圍為：0100額定值。4.3.6 恒流充電運行狀態下，交流輸入電壓在額定值的±20范圍內變化，充電電壓在表4-2規定的電壓調節范圍內變化，整流器輸出電流整定在20100額定值范圍內的任一點，分別測量其輸出電流值

26、，其穩流精度應不超過±0.5。穩流精度計算公式：I(IMIZ)IZ*100式中：I-穩流精度；IM-輸出電流波動極限值；IZ-交流輸入電壓為額定值，充電電壓在調節范圍內的中間值時，輸出電流的測量值。4.3.7 穩壓均浮充運行狀態下，交流輸入電壓在額定值的±20范圍內變化，負荷電流在0100額定值范圍內變化，整流器輸出電壓整定在表4-2規定的穩壓調節范圍內的任一點，分別測量其輸出電壓值，其穩壓精度應不超過±0.5。穩壓精度計算公式：U(UMUZ)UZ*100式中：U-穩壓精度；UM-輸出電壓波動極限值；UZ-交流輸入電壓為額定值，負荷電流為50的額定值時，直流輸出電

27、壓的測量值。4.3.8 穩壓均浮充運行狀態下，交流輸入電壓在額定值的±20范圍內變化，負荷電流在0100額定值范圍內變化，整流器輸出電壓整定在表4-2規定的穩壓調節范圍內的任一點，分別測量其輸出電壓值和對應的交流分量峰峰值或有效值，其紋波峰值系數應不超過0.5，紋波有效值系數應不超過0.1。紋波峰值系數計算公式：XPPUPPUdc*100紋波有效值系數計算公式：XrmsUrmsUdc*100式中：XPP-紋波峰值系數； Xrms-紋波有效值系數UPP-輸出直流電壓中的交流分量峰峰值；Urms-輸出直流電壓中的交流分量有效值；Udc-輸出直流電壓的測量值。4.3.9 多個整流模塊以N個

28、并機工作時，各模塊應能按比例均分負荷電流，在平均單機輸出電流在50100額定值范圍內的任一點，分別測量各工作模塊的輸出電流值，其模塊間負荷電流的差異即均流不平衡度應不超過±3。均流不平衡度計算公式：(IMIP)IN*100式中：-均流不平衡度；IM-單個模塊輸出電流的極限值；IP-N個工作模塊輸出電流的平均值；IN-單個整流模塊的額定輸出電流值。4.3.10 對采用數字方式進行電流整定調節的整流器，在恒流充電運行狀態下，交流輸入電壓在額定值，充電電壓在表4-2規定的電壓調節范圍內的中間值，輸出電流整定在20100額定值范圍內的任一點，分別測量其輸出電流值，其充電電流的整定誤差應不超過

29、±1（充電電流30 A時）或±0.3 A（充電電流30 A時）。電流整定誤差計算公式：I(IzIg)Ig*100式中：I-電流整定誤差；Ig-輸出電流的數字給定值；Iz-輸出電流的測量值。4.3.11 對采用數字方式進行電壓整定調節的整流器，在穩壓均浮充運行狀態下，交流輸入電壓在額定值，負荷電流在50額定值，輸出電壓整定在表4-2規定的穩壓調節范圍內的任一點，分別測量其輸出電壓值，其輸出電壓的整定誤差應不超過±0.5。電壓整定誤差計算公式：u(UzUg)Ug*100式中：u-電壓整定誤差；Ug-輸出電壓的數字給定值；Uz-輸出電壓的測量值。4.3.12 穩壓均充運

30、行狀態下，交流輸入電壓在額定值，負荷電流為100額定值（電阻性負載），輸出電壓為表4-2規定的穩壓調節范圍上限值，分別測量交流輸入與直流輸出的電壓和電流，以及交流輸入的有功功率，整流器的滿載效率應不小于92。功率因數應不小于0.94。滿載效率計算公式：PdP*100(Ud*Id)P*100功率因數計算公式：PSP(1.732*Ul*Il)式中：-滿載效率；-功率因數；Pd-直流輸出功率；S-交流輸入視在功率；P-交流輸入有功功率；Ul-交流輸入電壓；Il-交流輸入電流；Ud-直流輸出電壓；Id-直流輸出電流。4.3.13 在額定負載電流和周圍環境噪音不大于40dB的條件下，距離直流電源設備內噪

31、音源水平位置1m，離地面高度1m1.5m處，測得的噪聲最大值對于配套ZZG21、22系列整流模塊應不超過55dB，對于配套ZZG23系列整流模塊應不超過60dB。4.3.14 電磁兼容要求a) 抗擾度要求 l 振蕩波抗擾度：直流電源設備應能承受GB/T 17626.12-1998中第5章規定的試驗等級為3級的1 MHz和100 kHz振蕩波抗擾度試驗。l 靜電放電抗擾度：直流電源設備應能承受GB/T 17626.2-1998中第5章規定的試驗等級為3級的靜電放電抗擾度試驗。l 射頻電磁場輻射抗擾度：直流電源設備應能承受GB/T 17626.3-1998中第5章規定的試驗等級為3級的射頻電磁場輻

32、射抗擾度試驗。l 電快速瞬變脈沖群抗擾度：直流電源設備應能承受GB/T 17626.4-1998中第5章規定的試驗等級為3級的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗。l 浪涌（沖擊）抗擾度：直流電源設備應能承受GB/T 17626.5-1999中第5章規定的試驗等級為3級的浪涌（沖擊）抗擾度試驗。l 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度：直流電源設備應能承受GB/T 17626.6-1998中第5章規定的試驗等級為3級的射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗。l 工頻磁場抗擾度：直流電源設備應能承受GB/T 17626.8-1998中第5章規定的試驗等級為4級的工頻磁場抗擾度試驗。l 阻尼振蕩磁場抗擾度：直流電源設備應能承

33、受GB/T 17626.10-1998中第5章規定的試驗等級為4級的阻尼振蕩磁場抗擾度試驗。b) 電磁發射限值要求l 傳導發射限值和輻射發射限值：直流電源設備應符合表4-3和表4-4規定的傳導發射限值和輻射發射限值。表4-3：傳導發射限值頻率范圍（MHz）發射限值 dB(V)準峰值平均值0.150.5 79660.530 7360表4-4：輻射發射限值頻率范圍（MHz）在10 m測量距離處輻射發射限值 dB(V/m)準峰值30230 402301000 47l 諧波電流限值：直流電源設備返回交流電源側的各次諧波電流含有率應不大于30%。5 PZ61-2000高頻開關直流操作電源系統的單元功能5

34、.1 交流配電單元交流配電單元實現由交流輸入到整流模塊的電源分配和保護，PZ61-2000系列高頻開關直流操作電源系統，根據不同工程的要求，提供以下四個類型的配電解決方案。5.1.1 單路輸入交流配電單元a) 交流配電的原理單路輸入交流配電單元的電路原理接線如圖5-1所示，適用于每組充電裝置由一路獨立的交流電源供電的系統。圖5-1 單路輸入交流配電單元電路原理圖QF1為交流電源輸入保護斷路器，其作為充電裝置的電源開關。FV1為C級防雷器，安裝在交流電源進線側，作為第一級防雷保護措施，能絕大部分泄放雷擊感應或開關操作產生的浪涌電流。FV2為D級防雷器，安裝在交流分配母線側，其作為第二級防雷保護措

35、施，與第一級保護配合，能有效泄放殘余的浪涌電流，進一步限制模塊側的殘余浪涌電壓，結合整流模塊內的EMI吸收，能將電涌沖擊對整流模塊的危害降至最小。QF為防雷器保護斷路器，避免防雷器因過載而損壞線路。PV為交流電壓測量變送器，用于監測交流工作電源的電壓，當交流電源過壓、欠壓或缺相時，由電源系統的監控裝置發出相應的告警信號。b) 交流配電的監控l 測量：包括“交流電源電壓”（1、2、3號整流器交流電壓）。三相交流電壓采用1個數字變送器檢測，循環顯示AB/BC/CA線電壓值，電壓測量數據通過RS485通信接口上傳到電源監控裝置。l 信號：告警信號包括“交流輸入斷路”（1、2、3號整流器交流輸入斷路）

36、和“交流防雷器失效”（1、2、3號整流器交流防雷器失效）；狀態信號包括“交流電源投入”（1、2、3號整流器交流電源投入）。這些信號均為無源開關觸點，通過開關量采集單元上傳到電源監控裝置。5.1.2 雙路交流電源供一組充電裝置的交流配電方案a) 交流配電的原理雙路交流電源供一組充電裝置的交流配電原理接線如圖5-2所示。一般適用于變電站中的直流操作電源系統，個別的發電廠工程也有采用。圖5-2 雙路交流電源供一組充電裝置的交流配電原理圖QF1、QF2分別為1號和2號交流電源輸入保護斷路器，其作為充電裝置的電源開關。對斷路器的轉換控制由控制器及其操作機構完成。智能控制器實時檢測兩路電源電壓，在一路電源

37、發生異常時，能自動控制轉換到另一路電源，實現雙路電源之間的切換。FV1為C級防雷器，安裝在交流電源進線側，作為第一級防雷保護措施，能絕大部分泄放雷擊感應或開關操作產生的浪涌電流。FV2為D級防雷器，安裝在交流分配母線側，其作為第二級防雷保護措施，與第一級保護配合，能有效泄放殘余的浪涌電流，進一步限制模塊側的殘余浪涌電壓，結合整流模塊內的EMI吸收，能將電涌沖擊對整流模塊的危害降至最小。QF為防雷器保護斷路器，避免防雷器因過載而損壞線路。PV為交流電壓測量變送器，用于監測交流工作電源的電壓，當交流電源過壓、欠壓或缺相時，由電源監控裝置發出相應的告警信號。b) 交流配電的監控l 測量：包括“交流電

38、源電壓”（1、2、3號整流器交流電壓）。三相交流電壓采用1個數字變送器檢測，循環顯示AB/BC/CA線電壓值，電壓測量數據通過RS485通信接口上傳到電源監控裝置。l 信號：告警信號包括“交流輸入斷路”（1、2、3號整流器交流輸入斷路）和“交流防雷器失效”（1、2、3號整流器交流防雷器失效）；狀態信號包括“交流電源投入”（1、2、3號整流器交流電源投入）。這些信號均為無源開關觸點，通過開關量采集單元上傳到電源監控裝置。5.1.3 雙路交流電源供兩組充電裝置的交流配電方案a) 交流配電的原理雙路交流電源供兩組充電裝置的交流配電原理接線如圖5-3所示。一般適用于變電站中一個機柜裝設兩組整流模塊的直

39、流操作電源系統。圖5-3 雙路交流電源供兩組充電裝置的交流配電原理圖QF1、QF2分別為1號和2號交流電源輸入保護斷路器，QF3、QF4分別為1號和2號充電裝置的電源開關。對輸入保護斷路器的轉換控制由控制器及其操作機構完成。智能控制器實時檢測兩路電源電壓，在一路電源發生異常時，能自動控制轉換到另一路電源，實現雙路電源之間的切換。FV1為C級防雷器，安裝在交流電源進線側，作為第一級防雷保護措施，能絕大部分泄放雷擊感應或開關操作產生的浪涌電流。FV2為D級防雷器，安裝在交流分配母線側，其作為第二級防雷保護措施，與第一級保護配合，能有效泄放殘余的浪涌電流，進一步限制模塊側的殘余浪涌電壓，結合整流模塊

40、內的EMI吸收，能將電涌沖擊對整流模塊的危害降至最小。QF為防雷器保護斷路器，避免防雷器因過載而損壞線路。PV為交流電壓測量變送器，用于監測交流工作電源的電壓，當交流電源過壓、欠壓或缺相時，由電源監控裝置發出相應的告警信號。b) 交流配電的監控l 測量：包括“交流電源電壓”。三相交流電壓采用1個數字變送器檢測，循環顯示AB/BC/CA線電壓值，電壓測量數據通過RS485通信接口上傳到電源監控裝置。l 信號：告警信號包括“交流輸入斷路”和“交流防雷器失效”；狀態信號包括“1號整流器交流電源投入”和“2號整流器交流電源投入”。這些信號均為無源開關觸點，通過開關量采集單元上傳到電源監控裝置。5.1.

41、4 雙路交流電源供一組充電裝置的一體化交流配電方案a) 交流配電的原理雙路交流電源供一組充電裝置的一體化交流配電原理接線如圖5-4所示。一般適用于變電站中所用電交流與直流混合配電的一體化電源系統。圖5-4 交流配電單元原理圖QF1、QF2分別為1號和2號交流電源輸入保護斷路器，QF4為充電裝置的電源開關，QA1QA8為站用電交流饋電開關。對輸入保護斷路器的轉換控制由控制器及其操作機構完成。智能控制器實時檢測兩路電源電壓，在一路電源發生異常時，能自動控制轉換到另一路電源，實現雙路電源之間的切換。FV1為C級防雷器，安裝在交流電源進線側，作為第一級防雷保護措施，能絕大部分泄放雷擊感應或開關操作產生

42、的浪涌電流。FV2為D級防雷器，安裝在交流分配母線側，其作為第二級防雷保護措施，與第一級保護配合，能有效泄放殘余的浪涌電流，進一步限制模塊側的殘余浪涌電壓，結合整流模塊內的EMI吸收，能將電涌沖擊對整流模塊的危害降至最小。QF為防雷器保護斷路器，避免防雷器因過載而損壞線路。PV為交流電壓測量變送器，用于監測交流工作電源的電壓，當交流電源過壓、欠壓或缺相時，由電源監控裝置發出相應的告警信號。PJ為交流電度表，用于測量交流所用電負荷的電度量。b) 交流配電的監控l 測量：包括“交流電源電壓”。三相交流電壓采用1個數字變送器檢測，循環顯示Ua/Ub/Uc相電壓值，電壓測量數據通過RS485通信接口上

43、傳到電源監控裝置。l 信號：告警信號包括“交流輸入斷路”和“交流防雷器失效”；狀態信號包括“交流電源投入”。這些信號均為無源開關觸點，通過開關量采集單元上傳到電源監控裝置。5.2 直流配電單元直流配電單元是采用保護電器（熔斷器或斷路器）和隔離開關實現由整流器、蓄電池、直流母線和饋電輸出的電氣連接。5.2.1 直流配電的原理根據實際工程的具體要求，不同的系統配置可以派生出多種方式的原理接線方案。PZ61-2000系列高頻開關直流操作電源系統各種典型接線方案的原理單線圖及其技術特點說明參見附錄。5.2.2 直流配電的監控a) 測量：整流器輸出回路包括“整流器電壓”（1、2、3號整流器電壓）和“整流

44、器電流”（1、2、3號整流器電流）；蓄電池回路包括“電池組電壓”（1、2號電池組電壓）和“電池組電流”（1、2號電池組電流）；直流母線回路包括“直流母線電壓”（1、2段直流母線電壓）。這些模擬量全部采用數字變送器檢測，測量數據通過RS485通信接口上傳到電源監控裝置。b) 信號：告警信號包括“整流器出口斷路器跳閘熔斷器熔斷”（1、2、3號整流器出口斷路器跳閘熔斷器熔斷）、“電池組出口斷路器跳閘熔斷器熔斷”（1、2號電池組出口斷路器跳閘熔斷器熔斷）、“直流母聯斷路器跳閘熔斷器熔斷” （1、2段直流母聯斷路器跳閘熔斷器熔斷）、“直流饋電支路斷路”（1、2段直流饋電支路斷路）和“116號分屏直流饋電

45、支路斷路”。狀態信號包括“1480路開關合閘”；對于1組蓄電池和2組整流器的系統組態，狀態信號應接入“1、2號整流器接入電池組”或者“2、3號整流器接入電池組”，這些信號均為無源開關觸點，通過開關量采集單元上傳到電源監控裝置。5.3 高頻整流模塊5.3.1 整流模塊的工作原理圖5-5 高頻整流模塊原理框圖如圖5-5所示高頻開關整流模塊的主回路電路包括EMI濾波、全橋整流、PFC校正、高頻逆變、高頻變壓器、高頻整流和LC濾波，各部分的功能如下：EMI濾波：抑制交流輸入側的尖峰電壓干擾，將過電壓沖擊對整流模塊的危害降至最小；阻斷整流模塊產生的高頻干擾反向傳輸污染電網。全橋整流：采用整流橋直接將交流

46、輸入電壓變換為脈動直流電。PFC校正：單相模塊采用有源器件，三相模塊采用無源器件，將整流所得的脈動直流電轉換成平滑的直流電，對交流輸入電路的功率因數進行校正。高頻變換：采用MOSFET或IGBT開關功率器件，將輸入直流電變換為脈沖寬度可調的高頻交流脈沖波。高頻變壓器：將高頻交流脈沖波隔離、耦合輸出，實現交流輸入與直流輸出的電氣隔離和功率傳輸。高頻整流：采用快恢復二極管，將高頻交流脈沖波變換為高頻脈動直流電。LC濾波：采用無源LC器件，將整流所得的高頻脈動直流電轉換成平滑的直流電。5.3.2 整流模塊的軟開關技術采用軟開關技術，可以大幅減小功率器件的開關損耗，提高轉換效率；同時，由于電壓變化率（

47、dv/dt）或電流變化率（di/dt）相對減小很多，功率開關器件承受的電應力較小，可靠性得到了提高；另外，由于dv/dt或di/dt的減小，高頻開關電源產生的電磁干擾也有很大的改善，被稱為“綠色電源”。整流模塊采用全橋 ZCS和ZVS軟開關先進技術，具有頻率恒定，易于控制，可靠性高的特點；通過軟開關技術的使用，可實現整機滿載效率接近93%。5.3.3 整流模塊的均流技術整流模塊采用先進的平均值自動均流技術，工作原理如圖5-6所示。在每個并聯模塊的輸出電流反饋放大信號輸出端分別通過一個電阻R接到一條公用母線上，這條母線稱為均流母線。均流母線工作時的電壓等于各模塊電流反饋放大信號的電壓平均值，它與

48、負載有關，表征總負載電流的平均值。將每個模塊的電流反饋信號電壓與均流母線電壓比較，得到誤差放大信號去修正模塊的輸出電壓給定信號，從而對PWM控制器的占空比進行微調，達到自動均流和穩壓的目的。平均值均流技術的本質是調整模塊的外特性，即通過模塊的輸出電流反饋信號來適當調整模塊輸出電壓，從而調整其輸出電流，使各并聯模塊輸出電流等于總負載電流的平均值，可以非常精確地實現自動均流。平均值法的均流母線斷開或開路都不會影響電源模塊獨立工作，但某一模塊失效會使均流母線電壓下降，因此對連接均流母線的電流反饋信號輸出采用電壓繼電器保護。圖5-6 整流模塊并聯均流電路原理圖5.3.4 整流模塊的型號規格定義PZ61

49、-2000系列高頻開關直流操作電源系統配置以下三個系列的高頻開關整流模塊。a) ZZG21系列整流模塊：單相輸入，MOSFET開關功率器件變換。ZZG21-05220-標稱直流輸出電壓220V，額定輸出電流5A；ZZG21-10220-標稱直流輸出電壓220V，額定輸出電流10A；ZZG21-10110-標稱直流輸出電壓110V，額定輸出電流10A；ZZG21-20110-標稱直流輸出電壓110V，額定輸出電流20A。b) ZZG22系列整流模塊：三相輸入，MOSFET開關功率器件變換。ZZG22-05220-標稱直流輸出電壓220V，額定輸出電流5A；ZZG22-10220-標稱直流輸出電壓

50、220V，額定輸出電流10A；ZZG22-10110-標稱直流輸出電壓110V，額定輸出電流10A；ZZG22-20110-標稱直流輸出電壓110V，額定輸出電流20A；ZZG22-3048-標稱直流輸出電壓48V，額定輸出電流30A；ZZG22-5048-標稱直流輸出電壓48V，額定輸出電流50A；ZZG22-3024-標稱直流輸出電壓24V，額定輸出電流30A；ZZG22-5024-標稱直流輸出電壓24V，額定輸出電流50A。c) ZZG23系列整流模塊：三相輸入，IGBT開關功率器件變換。ZZG23-20220-標稱直流輸出電壓220V，額定輸出電流20A；ZZG23-30220-標稱直

51、流輸出電壓220V，額定輸出電流30A；ZZG23-40220-標稱直流輸出電壓220V，額定輸出電流40A；ZZG23-30110-標稱直流輸出電壓110V，額定輸出電流30A；ZZG23-40110-標稱直流輸出電壓110V，額定輸出電流40A；ZZG23-50110-標稱直流輸出電壓110V，額定輸出電流50A。5.3.5 整流模塊的技術指標a) ZZG21系列整流模塊的技術指標如表5-1所示：表5-1 ZZG21整流模塊技術指標項目技術指標ZZG21-05220ZZG21-10220ZZG21-10110ZZG21-20110輸入特性輸入電壓154V275V（單相二線，滿足鐵路要求）交

52、流頻率50Hz±10功率因數0.99滿載效率92最大輸入功率1.65kW3.3kW1.7kW3.4kW輸出特性電壓調節范圍176V286V88V143V額定輸出電流5A10A10A20A最大輸出電流6A11A11A22A限流調節范圍1A100%額定值軟啟動時間48秒負載調整率±0.5電網調整率±0.1穩壓精度±0.5穩流精度±0.5紋波系數0.5（峰峰值）溫度系數0.2（1/）保護特性輸入過壓保護281±3V關機，可自恢復，回差電壓39V輸入欠壓保護148±3V關機，可自恢復，回差電壓612V輸入缺相保護關機，可自恢復輸出過

53、壓保護295±5V關機，5min內3次不可恢復 148±3V關機，5min內3次不可恢復輸出欠壓保護170±4V告警，回差電壓4V85±2V告警，回差電壓2V輸出過流保護關機，可自恢復輸出短路保護電壓170±4V，回縮電流40額定值，可自恢復過溫保護75±5關機，溫度降低后可自恢復人機界面LED數碼管指示輸出電壓和電流，電壓誤差1V，電流誤差0.2A綠色LED“運行”指示黃色LED“保護”指示紅色LED“故障”指示按鍵設置模塊運行參數，顯示與給定校正撥碼開關6位：設置模塊運行方式和通信地址其它冷卻方式風冷（防塵）音響噪聲55dB外形尺寸2U高19英寸機箱b) ZZG22系列整流模塊的技術指標如表5-2所示：表5-2 ZZG22整流模塊技術指標項目技術指標ZZG22-05220*ZZG22-10220ZZG22-10110*ZZG22-20110輸入特性輸入電壓304V456V（三相三線）交流頻率50Hz±10功率因數0.94滿載效率92最大輸入功率1.65kW3.3kW1.7kW3.4kW輸出特性電壓調節范圍176V286V88V143V額定輸出電流5A10A10A20A最大輸出電流6A11A11A22A限流調節范圍1A100%額定值軟啟動時間48秒負載調整率