文档介绍：变电站IT类设备直流供电应用研究
摘要:笔者通过理论、试验及实践情况,得出变电站内的IT类设备可以采用直流供电的结论,从而提出了取消UPS(及逆变电源),以简化变电站内供电网络,精简设备,提升变电站运行可靠性。
中图分类号:TM63 文献标识码:A
0 引言
目前,变电站内二次设备中的继电保护装置、安全自动装置、测控装置均为直流供电,但还有一部分IT类设备,因其电源输入标注为交流220V,如1:变电站自动化系统(或称为变电站计算机监控系统)的当地监控后台机(计算机及显示器)、部分站内网络交换机,仍旧采用交流220V供电,为确保实时信息的采集,必须不间断供电,故该交流220V采用的是UPS输出。如2:变电站内的调度数据网接入层路由器、二次安全防护设备(接入交换机、Ⅱ区防火墙、部分Ⅰ区加密认证装置),也是如此。
变电站内的直流电源系统是非常可靠的,因为它本身有多个充电模块并联运行,且有蓄电池组作为充电模块交流输入失电时的后备,另外,220kV变电站直流电源系统采用了两组蓄电池两套充电装置的二段单母线接线方式,就更加可靠了,见图0-1。上文提及的这些IT类设备,若能采用直流供电,则二次设备就统一是直流供电,这样一来可简化变电站内的供电网络,即可取消UPS供电这个层次,精简变电站内设备,提升变电站运行可靠性。因为电源网络越简单越可靠,设备越少越可靠。
图0-1 直流电源系统示意图
1 开关电源的发展过程分析
在开关电源出现之前,线性稳压电源(以下简称线性电源)已经应用了很长一段时间。而后,开关电源是作为线性电源的一种替代物出现的,开关电源这一称谓也是相对于线性电源而产生的。
线性电源的典型结构结构见图1-1。图中的关键元器件是调整管V。为了使调整管 V可以发挥足够的调节作用,V必须工作在线性放大状态,且保持一定的管压降。因此,这种电源被称为线性电源。它的缺点:一是调整管V工作在线性放大状态,损耗很大,因而使整个电源效率很低;二是需要一个工频变压器T,使得电源体积大、重量重,搬运过早年生产的电子仪器的人都会有这样的体会,电子仪器往往“一头沉”,这较重的一头往往就是电源变压器所在的一头。
图1-1 线性电源结构简图
开关电源就是为了克服线性电源的缺点而出现的,其典型结构见图1-2。首先,该电路中起调节输出的逆变电路中的电力电子器件都工作在开关状态,损耗很小,使得电源的效率可达到90%甚至95%以上。其次,电路中起隔离和电压变换作用的变压器T是高频变压器,其工作频率多为20kHz以上,因为高频变压器体积可以做得很小,从而使整个电源的体积大为缩小,重量也大大减轻。同时由于工作频率高,滤波器的体积也大为减小。
图1-2 开关电源结构框图
按目前的****惯,开关电源专指电力电子器件工作在高频开关状态下的直流电源,因此,开关电源也常被称为高频开关电源,也可以说开关电源是高频开关电源的简称。
由于计算机等电子装置的集成度不断增加,功能越来越强,体积却越来越小,因此迫切需要体积小、重量轻、效率高、性能好的新型电源,这就成了开关电源技术发展的强大动力。
新型电力电子器件的发展给开关电源的发展提供了物质条件。20世纪60年代末,双极型电力晶体管的出现,使得采用高工作频率的开关电源得以问世,那时