高频开关电源系统原理及维护 - 全文

　　我厂350MW超临界供热机组的直流电源由高频开关电源模块、蓄电池等设备组成，智能高频开关电源系统具有体积小、重量轻、效率高、纹波系数小、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N+1冗余等特点，而在发电厂、变电站逐步取代了传统的硅整流型直流操作电源得到了广泛的使用。但调试期间，我厂#2机组的直流电源模块两次发生了充电电流波动的缺陷，原因为#2机组高频开关电源模块近邻热风口，温度高引起调节特性变化。直流系统设备维护的好坏，不仅关系到智能高频开关电源系统的可靠性和寿命，而且直接涉及到机组的控制和保护系统能否正常运行。可见，维护和使用好智能高频开关电源系统是非常重要的。

　　2 高频开关电源的结构和工作原理：

　　2.1高频开关电源的结构

　　2.1.1主电路

　　2.1.1.1输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

　　2.1.1.2整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

　　2.1.1.3逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

　　2.1.1.4输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

　　

　　2.1.2控制电路

　　控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

　　2.1.3检测电路

　　除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。

　　2.1.4辅助电源

　　提供所有单一电路的不同要求电源。

　　2.2开关控制稳压原理

　　开关控制电路如图2，开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量;当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开

　　

　　关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：

　　EAB=TON/T*E

　　式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

　　由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（Time Ratio Control，缩写为TRC）。

　　我厂采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，缩写为PWM）的方式即开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

　　我厂350MW机组高频电源共有11个模块，设有9个工作模块，2个备用模块。并联运行的高频电源模块具有均流功能及均流接口，在并机应用时使用，并联工作的整流模块采用硬件低差自主均流技术，使整流模块的输出实现负荷均担，具有很高的均流精度。完全支持热插拔的结构设计，使整流模块在不需要切断电源的情况下，可以自由插拔更换，维护更换特别方便。而且采用统一的高频开关整流模块，具有良好的可互换性。

　　3 高频开关直流设备的基本要求及注意事项

　　由高频开关电源的控制原理可知，智能高频开关电源系统设备，其智能化程度高，电池采用免维护蓄电池，虽然给我们带来了许多便利，但在使用过程中要注意以下几个方面，以确保使用安全。

　　高频开关电源系统在环境温度-5～+40℃能正常工作，温度超过规定值，电子元件的特性将发生变化，因此冬季不得开启空调运行。局部温度升高，将导致调节特性变化。表现为充电电流晃动。

　　高频开关要求室内清洁、少尘，否则，灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。因此应做好直流开关室的封堵工作，保持室内清洁。

　　蓄电池对温度要求较高，标准使用温度为25℃，建议温度范围+15～+30℃。若温度太低，会使蓄电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1%;蓄电池放电容量会随温度升高而增加，使用寿命降低，如果在高温下长期使用，温度每增高10℃，电池寿命约降低一半。

　　高频开关电源系统中设置的参数必须控制在规定指标内，在使用中不能随意改变。

　　蓄电池不论是在浮充工作状态还是在放电测试状态，应保证电压、电流符合规定要求。电压或电流过高可能会造成电池的热失控或失水，电压或电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，尤其是前者的影响更大。

　　在任何情况下都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中，通常放电达到容量的30%～50%就可以了。

　　蓄电池应避免大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大并且温度升高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。

　　4 维护管理

　　当智能高频开关电源系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载部分还是电源系统，是主机还是电池组。虽说开关电源系统主机有故障自检功能，但它对面而不对点，更换配件很方便，但要维修故障点，仍须做大量的分析、检测工作。如果自检部分发生故障，显示的故障内容也可能有误。

　　4.1高频开关电源部分

　　高频开关电源在正常使用情况下，主机的维护工作量很少，主要是防尘和定期除尘。我厂直流小室近邻磨煤机附近，空气中的灰粒较多，灰尘将在机内（主要在整流模块内）沉积，当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，另外大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度都应彻底清洁一次，同时在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。

　　定期核实智能高频开关电源系统的参数有无变化，防止人为或无意中改变所设置的参数。

　　每半年应对智能高频开关电源系统的运行方式进行实验检查，以防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。

　　检查主机设备是否正常，保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量;

　　对主机出现击穿、熔断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会造成更严重的故障。

　　4.2免维护蓄电池部分

　　因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电池除有存储直流电能的功能外，其等效容量的大小与蓄电池容量大小成正比。因此，维护检修蓄电池的工作是非常重要的，虽说蓄电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。

　　蓄电池工作在浮充状态，至少每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达到整组蓄电池性能的均衡。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电须先排除落后电池后再放。

　　核对性放电不是追求放出容量的多少，目的是发现和处理落后电池，通过对落后电池的处理再作核对性放电试验，这样可防止出现反极性蓄电池。

　　蓄电池日常维护还需经常检查的项目有：清洁并检测端电压、温度;连接处有无松动腐蚀现象，检测连接条压降;外观是否完好，有无鼓肚变形和渗漏现象;极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出;当发现电压反极性、压降大、压差大和酸雾泄漏的电池时，应及时处理，对不能恢复的蓄电池要及时更换;不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组蓄电池带来不利影响。对寿命已到的电池组要及时更换，以免影响到电源系统和设备主机。

　　5 结束语

　　再好的设备都有寿命期，也会出现各类故障，但维护工作做得好可以延长寿命并减少故障的发生，不能因为高智能、免维护而忽略了本应进行的正常维护工作，预防在任何时候都是安全运行的重要保障。