交流电源范文

导语：如何才能写好一篇交流电源，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：交流电源，短路，电流，熔断器

 

1、引言

某机交流电源系统由两套独立的交流发电系统组成，它保证向用电设备提供固定频率和电压的三相交流电。正常状态下，两个系统彼此独立工作，分别向各自的负载汇流条供电。在单通道故障情况下，两个系统的负载可以互相转换。每套电源系统都具有发电机接通、断开的控制，电压、频率自动调节，过电压、欠电压、过频、欠频、过频保护及系统转换、相序鉴别等功能。在双通道均故障的情况下，由交流变流器向用电设备提供应急交流电源，保证用电设备的正常工作。地面交流电源通过交流地面电源插座及相序保护器将地面固定频率和电压的三相交流电送至机上左、右交流汇流条。

2、故障现象

某用电设备在接通地面交直流电源后进行正常的通电检查过程中，交流电压表指示为零，交流电源突然断电。

3、故障分析

将用电设备的各开关均恢复，断开地面交流电源向用电设备供电的接头，检查地面交流电源的输出，测量交流电压为117V，地面交流电源工作正常。

由交流地面电源向机上供电原理图（图一所示）分析：

图一

地面交流电不能向用电设备供电原因应是交流接触器盒中的地面电源接触器（以下简称接触器）断电不工作造成。接触器工作电压直流＋27V输入端为左中心汇流条，接触器负端经过相序保护器与用电设备的壳体连接。

因此，初步认为造成接触器不工作的原因主要有以下三种：

其一是工作电压线路短路，即：＋27V（地面直流电源）→左中心汇流条→左交流电源控制供电熔断器（以下简称熔断器）→交流地面电源插座（F、E）→交流接触器盒的P36插头的1号针→接触器的A端线路中有接地现象，造成熔断器熔断，致使接触器无正电输入，而停止工作；另外还有两条可能造成短路的线路，即：＋27V（地面直流电源）→左中心汇流条→左交流电源控制供电熔断器→控制保护器插头1号孔（交流电源检查插销13孔）中如有短路现象也可以造成熔断器熔断，接触器停止工作。

其二是接触器B端地线断路，即：接触器的B→交流接触器盒的P36插头的2号针→相序保护器的5（10）号针→相序保护器的4（9）号针→用电设备的壳体线路中出现断路，也可以造成接触器工作线路不能构成回路，致使接触器不工作。

其三是成品故障，即熔断器、接触器、相序保护器和控制保护器中其一出现故障也会造成交流不供电。

综合上面的分析，首先对机上线路进行短路和断路的检查。测量中发现熔断器已经被熔断，而其它线路导通正常，也没有短路现象。换装一个新的熔断器，接通地面交直流电源，通电检查系统供电正常。然后连续进行两次通电检查工作，也未发现异常。

遂通知相关人员重新进行该项检查工作，当专业人员接通油泵车（一种地面向用电设备输送液压油的装置）时，交流电再次突然断电，交流电压表突然指零，拆下熔断器测量，发现其已被熔断。论文参考网。由于该现象再次出现，于是对用电设备的线路进行全面重新测量，并将相关的成品进行检查。论文参考网。测量发现机上线路并没有出现短路和断路情况，相关成品经有关单位检查均工作正常。然后对各插头进行清理，并重新安装、固定。换装一个新的交流接触器盒和一个熔断器后，通电检查工作正常。

再次通知相关专业进行该项检查工作，同第二次现象一样，当专业人员接通油泵车时，交流电源再一次出现断电现象。检查发现熔断器再次被熔断。连续烧坏三个熔断器，而线路测量又都正常，该如何解释被烧坏的三个熔断器呢？为了能将造成熔断器熔断的真实原因弄清楚，决定在换装另外一个新的熔断器基础上，在中心汇流条至熔断器线路中串联一块电流表，用以观察是线路中电流的变化。测试工作准备好以后，专业人员先进行通电，此时电流指示为0.3A（正常值）。论文参考网。准备工作结束后，通知专业人员接通相关的设备，当各个专业将设备接好后，电流表的电流骤然间增大到18.27A，持续一段时间（3秒左右）后，电流消失。保持座舱各开关及油泵车所在状态，断开座舱总电门，测量熔断器发现其再次被熔断。

为了准确的进行故障定位，决定依次断开所接通的开关及设备，确定造成故障的原因。当依次断开座舱各开关，接通总电门时，观察电流表指示仍然为18.27A。当拔掉油泵车供油管接嘴，接通总电门后，发现电流表的指示为0.3A。然后依次接通座舱内与交联工序相应的开关，发现电流仍为0.3A。当接通油泵车接嘴后，电流又骤变至18.18A，现象很明显，线路的短路是由油泵车造成的，然而油泵车和交流电源系统是两个根本毫无关系的系统，怎么会造成机上线路短路呢？

从现象上看，造成短路的原因是接通油泵车引起的，而从原理上确找不到合理的解释。短路是要构成回路的，表面上看油泵车是如何也不能构成短路条件的。从油泵车的结构及其工作原理我们知道，油泵车所使用的是厂房内380V的交流电，其地线是保护地与用电设备壳体相连；地面电源也使用厂房内的380V交流电，地线也同样是保护地并与用电设备壳体相连。两者在保护地上是关联的，也就是说两者是导通的。而用电设备的线路是经过地面电源插座的F、E与接触器相连的，如果F、E与电源车的电源车壳体相连，就会形成图二所示这样的回路。

图二

而实际测量发现F、E与电源车壳体确如所分析被焊接在电源车壳体上，因此就形成以下回路：正电＋28.5V→左中心汇流条→左交流电源控制供电熔断器→地面电源检查插座F、E→电源车壳体→保护地→油泵车壳体→油泵车供油管内部钢丝→用电设备壳体地。即在用电设备壳体上构成一个完整的回路，此回路即是造成供电线路短路的真正原因。将F、E与电源车壳体脱离，并进行绝缘处理后，重新接通地面交、直流电源，进行该项通电检查工作，一切正常。

篇2

关键词：福岛；核电厂；移动电源；柴油发电机组

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0044-03

近几十年全球环境变化剧烈，各种特大自然灾害时有发生，公众对核电的安全性越来越关注，当局对核电厂运行的安全性要求也越来越高。为此，核电厂应针对各种大型自然灾害引起的超设计基准事故工况做好充分准备。我国目前有数十座已建和在建核电厂，厂址均在沿海地区，在面临严重自然灾害的情况下，特别是像日本福岛特大地震和特大海啸叠加的自然灾害时，可能存在因失去场内外电源而引发核事故的潜在危险。

本文通过对普通移动式交流电源的选型配置、设计方案、功能配套和运行操作等方面的研究，结合核电厂安全运行和日常管理的特殊要求，提出能够适用于国内核电厂的移动式应急交流电源的方案，可在原有应急电源在超设计基准运行工况下发生共模故障失效后起到短期电源供应，满足应急电源保障的安全性要求，降低严重事故发生的概率，使核电厂原有的安全性得到进一步加强。

1 背景分析

2011年3月11日，日本发生了由特大地震和特大海啸灾害叠加引起的福岛核电厂核事故。地震发生时，福岛第一核电厂1-3号机组运行，4-6号机组换料大修，地震使核电厂同时失去正常厂用电和外部电源，此时，运行中的机组启动自动停堆程序，应急柴油发电机组启动向余热导出系统供电，特大地震使3台柴油发电机组失效，但仍有10台能维持正常运转，满足机组安全停堆要求。

约1h后的海啸侵袭，使得其中9台柴油发电机和配电设备（1-4号机组布置于常规岛或核岛之下）受到海水浸泡，从而导致冷却水泵和电机受到损坏而停止工作，仅剩1台柴油发电机组向5、6号机组供电， 5、6号机组的自动停堆程序得以维持运行，因此，这2台机组未像1-4号机组一样发生氢爆。

虽然福岛电站后来也临时调来了移动式应急电源，但因接口不匹配而无法使用；重新施工从外部引入电源耗时较长，从而错过最佳救援时机而酿成特大事故。鉴于此，“确保紧急情况下的电源”被日本政府列入福岛事故的经验教训之一。

对比国内现有的已建和在建核电厂，核电厂内应急柴油发电机组的固定安装位置的一般在绝对标高9.0～10.0 m的水平上，同样处于海拔高度较低的位置，如面临福岛遭受到的特大地震和特大海啸冲击，仍可能存在较大的失效风险。

核电厂除了可通过设置多类应急电源、采用环境适应性高的配电盘和电池充电用电动机、增加高位应急电源等措施来增加原有应急电源的可靠性外，对于现有已建和在建核电厂，还应考虑配备具备系统独立、分散存放、机动灵活、快速响应、多台快速并联大功率输出等优势突出的移动式应急电源装置。作为核电厂原有应急电源的补充和后备，移动式移动电源可在原有应急电源在超设计基准事故工况下失效后起到短期电源保障的作用，以降低严重事故发生的概率，进一步加强核电厂安全可靠性。

2 常规移动电源现状

目前，国内的移动电源在石化、通信、电力等诸多行业有着广泛和成熟的应用，并有多种配置方式：按电源种类可划分为移动式蓄电池组、移动式汽油发电机组、移动式柴油发电机组、移动式燃气轮机发电机组等；按车辆形式可划分为手推车式、底盘拖车式、挂车式移动电源。

从国内发动机制造业水平和各行业使用业绩来看，对于容量不超过2 000 kW的移动电源设备，国内已具备较为成熟的供货和运行经验；但对于容量超过2 000 kW的移动电源设备，一方面是市场需求不足，另一方面，因柴油机一体化程度降低，国内制造和成套水平不足，目前尚无成熟的供货和运行经验。

3 核电厂移动式应急电源配置技术要求

3.1 厂区内布置

为使移动式应急电源能承受地震和洪水的叠加效应，该移动电源日常应存放于抗震和防水的储存厂房内，储存厂房应选择高于设计基准洪水位至少10 m以上的地点，且应设置在离核电厂房直线距离至少1 km以外。

储存厂房应配有通风、照明、消防、起吊等配套设施，同时还应包括电源设备的试验及工具间。

同时厂区内还应考虑设置多条抗震道路以符合专用交通的安全性、可达性和多样性，且专用交通道路应尽量保证减少弯道和过陡区段。

另外，为分散共模失效的风险，保证震后设备使用的有效性，也应考虑该移动电源设备在厂区内进行分散布置。

3.2 日常管理

移动电源应进行日常维护，保证处于热备用状态，以便紧急情况下能够快速投入使用；移动电源应定期进行启动试验和满载试验，在移动电源车库内设移动或固定式试验负载，或设计为可并网模式进行定期试验，以保障机组性能。在定期试验的同时，对于连接电缆应定期检查绝缘等状态参数，以保证连接电缆的可靠性。

同时，核电厂还应定期组织移动电源的应急演习，以保证操作人员的熟练操作。核电厂运行与应急管理规程中应对移动电源的人员配备、应急准备、车辆启动、抵达时间评估、路线选择、运行操作等要求作出规定。

3.3 供电时间

从缓解事故影响的角度来看，移动电源应尽可能具备长时运行能力。结合国内核电厂外部电源恢复的强制时间要求，移动电源应具备至少72 h的长时不间断持续运行能力，并能通过在线燃料补给或在线充电等方式延长供电时间，为恢复外电源、防止LOCA等发挥作用。

3.4 启动和停机

每套移动式电源设备应配备两套独立完整的启动系统，以提高冗余程度来增加设备启动可靠性。

移动电源应通过手动操作启停，且应具有紧急停机装置和满足低温条件下启动的措施。当移动电源发生起动不成功或运行中发生故障而停机时，应能发出故障报警信号，如就地报警或者短信通知等告知运行操作人员当前机组状态。

3.5 抗震和减震

移动电源设备自身及其辅助设备均应考虑采用抗震结构，与外部承载箱体的连接和安装也应采用减震系统，并通过承载箱体与车辆底盘进行二级防震处理，以满足抗震和减震要求。

同时，为进一步保证移动电源设备的抗震或减震能力，应通过设置挡板、拉锁等装置，在储存厂房内设置防溜车、防侧翻等辅助机械设施。

3.6 全天候工作

移动电源整体布局应采用在特殊路况下运输和使用中优先保护电源机组的方式，以减少机组的故障，延长使用寿命，并预留合理的燃料补给箱、电缆绞盘和日常维护作业的操作空间；整车应配置可调节液压或机械支撑系统，通过四点或更多支撑以减轻车辆轮胎在作业中的承重受压；通过调节手摇杆或液压杆的支撑高度，以维持在不平整地面停放车辆时的整体水平度，并在车辆长时间不用时，保护车辆轮胎及悬架系统。

移动电源承载厢体应采用全封闭结构，可充分做到防雨、防尘、隔热、防火、防锈、降噪；电源机组与厢体、控制系统、加热系统、交直流输入输出系统等应配有与车架组成的可靠接地，配有接地线及接地桩，电源车照明和检修用电部分有相应的漏电保护系统；高温部分结构应使用防火、阻燃、隔热材料，如有消声器装置，其结构必须避免聚火的可能性，同时，车厢内可设置智能式消防灭火系统，并必须配备不少于两套灭火器。

车辆的改装、外部升降式灯柱和外部警报装置的增设应符合交通法规的要求。

总体上移动电源应操作简便，坚固耐用，可全天候开展应急工作。

3.7 电力接口

移动电源设备与厂内原有配电系统相连的外部接口应设置在便于移动电源到达的位置，并满足防水和抗震要求，且不应影响原有系统的正常运行。

移动式电源设备也可通过连接电缆直连应急母线的方式实现快速敷设和连接，接头可采用快速插头或铜鼻子方式安装，对于中压移动电源的输出电力电缆接口连接，不宜采用专有插头。

对于日常情况下移动电源本身因热备用所需要的电力供应，应在移动电源设备本身设置对外接口与储存厂房内供电电源的连接

4 核电厂移动应急电源建议方案

4.1 移动电源选择

考虑全厂失电叠加厂内原有应急发电机组全部失效的极端情况下，移动应急电源起到替代厂内原有应急发电机组的全部或部分功能，在规定的不干预时间内，为冷却水泵或维持轴封水泵进行供电，保障事故应急的电源需求，同时也为厂内部分测量、监视、控制等负荷进行供电，起到缓解事故的作用。

然而，由于各个核电厂堆型的区别，电源下游负荷均有不同，因此，各核电厂的负荷需求应根据其所配置的安全设施进行分析，以寻找市场上较合适的电源设备。

目前虽然无法具体计算各类核电厂中不同事故工况下的负荷需求，但可以明确，事故工况下的电源设备应保证容量水平尽量大，从而应对事故情况下出现部分不可预想的负荷需求。

根据现有市场上的成熟设备，以满足总结出可能的移动电源设备如下：

蓄电池组具有维护便利等优点，也适用于部分应用范围，但因其寿命较短，负荷范围和供电时间有限，加之对运行环境要求严格等因素，不宜选作移动式应急电源。

燃气轮机发电机组因在尺寸和重量方面相比同功率水平的柴油发电机组要小，在要求功率较高和空间较狭小的情况下，燃气轮发电机组具备优势，但因其经济性较差，其应用范围相对柴油发电机组要小。因此本文推荐采用成熟的移动式柴油发电机组。

4.2 移动式柴油发电机组

移动式柴油发电机组可选择厢式、箱裝式机组。箱装体可采用牵引重型卡车移动，或直接安装在汽车上。采用牵引拖挂车时，箱装体底部应装有车轮和液压或机械支撑及其他固定装置。

厢式电源机组本体应通过减振器安装在箱装体底座上，如采用内燃机驱动的发电机组，则进气可采用厢体内进气，排气经排气管排至厢体外；冷却水散热器安装在箱装体的前部，以便于散热空气的排出。散热器风扇兼作箱装体通风的排风扇，通风入口尽量设置在发电机侧的前顶部，便于发电机的散热，另外设有补水接口。

为延长供电时间需配备较大容量的燃油箱，但燃油箱过大将使机组整体体积、重量增大，影响其机动性能。根据设备和现场的实际需求情况，车载油箱应急时间可按常规标准设定为4～8 h左右，并考虑利用原有固定式柴油发电机组的油箱或者外部油罐车等为其提供在线补给。

燃油箱设有液位指示、补油接口，液位指示等，补油接口设在箱装体的外侧，补油接口采用快接接口，在必要的情况下可增加手动补油泵。

移动式柴油发电机组的启动系统可设置为双冗余系统，每套系统均包括：起动蓄电池组、起动马达（含启动控制器）或者采用压缩空气系统完成机组的启动。蓄电池组充电备用时，应采用直流配电设备由外部正常电源进行充电，机组运行后由柴油机自带的充电机进行充电；采用压缩空气系统启动时，应考虑空气罐内的气压条件是否能改保证满足启动要求。

电气设备安装在远离散热器的一侧，发电输出由出口开关柜进行分合控制，出口开关柜尽量靠近发电机侧，并尽量采用铜排联接，发电输出与电厂的接线端子设置在箱装体的外侧。

柴油发电机组的控制、保护、监测由发电机控制柜和机组控制柜完成，同时，热工参数监测、指示也应在箱装体外侧设置有机组起动、停机等操作面板。

移动电源整车参考外形如表1所示。

对于电力负荷较高的情况，可采取多车并机的方式以满足要求。并机方式需要增加并机功能控制器、开关，并机模块间可通过总线进行快速连接，避免出错并减少现场应急发电准备时间。

5 其他关注的重要问题

本文仅对核电厂移动电源提出初步方案，具体到一个目标核电厂，需对该核电厂原有应急电源、厂址条件、原设计基准等进行分析论证，综合设计院、业主、运营单位的具体情况等诸多因素确定该核电厂的移动式电源。

核电厂建设需严格遵守法律法规，因此须尽快制定核电厂移动式电源标准规范，对移动式电源的车辆以及电源设备抗震能力的检验方法、工作范围和负荷特性、电源输出接口等方面进行规范。

核电厂运营规范也需增加对移动式电源的日常管理、保养、日常的演练演习、事故情况下的介入时机等相关规定。

6 结 论

①国内现有的已建和在建核电厂增配移动式应急电源，是保障核电厂在面临严重自然灾害所导致的超设计基准事故时应急电源供应的有效方法，可为救援争取先机，从而使核电厂的安全性得到进一步提升。

②增配移动式应急电源，可大大降低现有已建和在建核电厂为应对严重自然灾害引起的超设计基准事故而必须进行的对原有应急电源的改进或改造升级费用，保证核电厂在很短时间内完成升级改造，满足当局对核安全的要求。

③国内移动式电源种类繁多，市场供应成熟，只需很短的时间按核电厂要求进行改进、改装，即可作为现有核电厂应急电源投入使用。

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【关键词】试验变压器；串联谐振设备；电力变压器；特点

【中图分类号】TM832【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2015）23-0181-02

前言

对于特高压输电技术和绝缘的研究需要使用特定的特高压交流试验电源，而随着特高压输电技术的进步，对于特高压交流试验电源的要求也越来越高，一般来说，特高压交流试验电源需要更大的工作电压和充电容量，能为试验提供更多的输入电压和电源容量，同时能在标准工作电压下长期稳定运行，符合相应的绝缘水平的标准要求。在试验频率上要高于工作频率，能适应电压调整并且能冲击合闸。因此对于特高压交流试验电源不同类型电源进线特点研究和比较显得极为重要。

1特高压交流试验电源特点探讨

1.1试验变压器

1.1.1电压和电源容量

试验变压器一般来说包括单级式试验变压器和串级式试验变压器，串级式试验变压器能满足三相组的电流和电压需求。从电压的角度来看，试验变压器的输出电流较小，输入容量受到严格的控制，因此电源容量较小，而利用串级式试验变压器提高电源容量在理论层面可行，但是从经济性和操作可行性的角度来看并不现实，经济效率较低，而且实际意义不大。

1.1.2运行方式和绝缘效果

试验变压器是运行效果并不算优异，由于其自身的散热性能的影响，并不能长期的运行，而且绝缘系数较小，绝缘效果不理想，并不能满足绝缘要求，在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.1.3输入频率

试验变压器的输入频率采用工频源输入，利用调压器来调节电压。试验变压器经济效益好，适用于容量较小的短时间试验。

1.2串联谐振设备

1.2.1电压和电源容量

串联谐振设备主要适用于单相高电压的试验，在三相电压试验中并不能应用，而且在一定程度上根据具体的调节情况，数据分析可以选择其中一相来进行分析，在每一相都对称的情况下，选择哪一相对整体结果影响都不大，而三相电压试验中三相负荷并不对称，选择其中一相很难准确。从具体的特高压交流试验中可以看出，对负荷特性的要求较高，尤其是不能影响品质因素，而串联谐振设备对三相串联谐振回路的调节很困难。串联谐振设备主要的原理就是谐振原理，利用电感补偿容性来调节无功功率，利用较小的输入电源来达到较好的试验效果，但是串联谐振设备主要还是适合容性容量较小的试验。

1.2.2运行方式和绝缘效果

串联谐振设备本身具有散热装置，能长时间稳定运行，但是绝缘系数较小，绝缘效果不理想，并不能满足绝缘要求，在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.2.3输入频率

串联谐振设备的回路主要有工频串联谐振回路和变频串联谐振回路，两种不同的回路的输入频率不同。工频串联谐振回路一般来说，需要选择工频源，然后通过对电感量和电压的调节来达到谐振效果，而变频串联谐振回路利用调节变频装置源来调节如初频率，然后调节变频范围和电压达到预期目的。串联谐振设备适用于单相高电压试验，并且容量较大。

1.3电力变压器

1.3.1电压和电源容量

电力变压器本身的容量较大，尤其是和其他类型的特高压交流试验电源来说容量更大，而且在实际的电力系统中应用更为普遍。电力变压器本身就是一种较为常见的交流试验电源，可以通过升压变压器将试验电压进行调整，同时也能满足三相组的要求，容量更大。对于电压来说，由于输入电流较大，因此输出容量受到一定的限制，在具体的特高压交流试验中可以降低电压的空载损耗，选择最小的限制容量，这样能保证其长期稳定运行。

1.3.2运行方式和绝缘效果

电力变压器和试验变压器的结构有很大的差异，其中有较大的设计亮点，散热能力和绝缘水平较好。电力变压器能长期稳定的运行，保证试验长时间的工作，但是需要注意的是，如果电力变压器的容量长期比试验用的容量大会在一定程度上影响机械设备的运行成本，因此需要增加试验容量。在电力变压器的绝缘效果上考虑，根据标准的设计要求，能承受较大电压的侵袭，绝缘效果较好，因此不需要进一步的电压限制措施。

1.3.3输入频率

电力变压器的工频源能满足工频频率的要求，并且能满足不同试验频率的要求，也能将电源电压进行调整，产生变频源，使其符合试验电压的要求。电力变压器能通过调压器和调压机组来进行电压调节。电力变压器经济效益较差，但是适应能力强，适合大多数的特高压交流试验。

2特高压交流试验电源特点比较

特高压交流试验电源中试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源的具体特点，从电压和电源容量、运行方式和绝缘效果、输入频率、适用范围四个方面对这三种特高压交流试验电源进行比较，能直观的看出每种交流电源的具体特点。通过对特高压交流试验电源不同类型的比较，可以分析出每种交流电源的特点和适用范围，同时也能根据具体的试验选择不同类型的电源。在特高压交流试验电源想选择上可以从经济性、时间范围和容量以及相数等方面选择，通过不同指标的综合衡量选择最佳的特高压交流试验电源类型，能更好的保证试验效果，为特高压输电技术试验提供更为标准、稳定的电源。

3结语

综上所述，特高压交流试验电源主要包括试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源，通过对每种交流电源的特点分析，明确了每一种交流电源的特点和适用范围，具体来说，试验变压器经济效益好，适用于容量较小的短时间试验，串联谐振设备适用于单相高电压试验，并且容量较大，电力变压器经济效益较差，但是适应能力强，适合大多数的特高压交流试验。根据三种特高压交流试验电源的特点探讨和比较能在之后的工作中根据实际情况选择不同的电源，满足试验的要求。

参考文献

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[2]方璐，徐先勇，罗安，方厚辉，李琪，吴敬兵.调频式谐振特高压试验电源最优PWM波形分析与实现[J].电网技术，2012，03：15~21.

篇4

关键词：直流系统 交流不间断电源系统 充电器 逆变器

中图分类号：TG457.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0107-02

核电厂的直流系统作为断路器的分闸、合闸回路，继电保护装置的操作、控制、信号和保护回路的工作电源，是核电厂厂用电系统最重要组成部分。220 V交流不间断电源（UPS）系统是核电厂计算机、通信系统以及安全保护设备必需的一种不间断、高可靠的电源。直流系统和UPS系统对保证核反应堆的安全运行有着至关重要的作用，为了满足单一故障准则，核安全级的直流和交流不间断电源系统需要冗余配置。并且电气上隔离，实体上分隔。

1 直流和UPS系统的运行

1.1 直流系统的运行方式

在核电厂中，直流系统按电压可以分为24 V、48 V、110 V和220 V四种等级，其中某些系统为核安全级，必须按照RCC-E标准进行设计制造和试验。

核电工程的直流系统接线通常采用单母线分段形式，包括两台充电器和一组蓄电池，母联开关将母线分为A和B两段，A段母线上连接有一台充电器、一组蓄电池和蓄电池试验回路；B段母线连接有另一台充电器、微机绝缘监测仪以及馈线回路。正常运行时，由B段母线上的充电器向直流负荷供电，同时向蓄电池组浮充电，该充电器能提供最大持续负荷电流，同时维持蓄电池组端电压不变。当运行的该台充电器发生故障时，就地手动切换到A段母线上的充电器，切换期间由蓄电池组为负荷进行供电，为了提高供电的可靠性，两台充电器允许并联运行，中间不设机械闭锁。直流系统进线电源取自不同的380 V母线段。

蓄电池组工作在浮充电状态时，它仅需提供瞬时尖峰负荷。一旦充电器或其交流电源故障，蓄电池组能够向本系统全部直流负荷供电至少1 h。如果1 h后还未恢复充电器供电，则系统有可能失电。

蓄电池试验回路系统与直流系统相配套，用于检验安装在厂区内的铅酸蓄电池是否处于良好的工作状态。当直流系统停用时，即可进行蓄电池10 h容量放电试验以及1 h核对性放电试验。放电电流可以在放电试验小车上进行调节。

1.2 交流不间断电源（UPS）系统的运行方式

220 V交流不间断电源（UPS）系统结构图如右图所示，其主要有以下几种工作模式：正常工作模式，电池工作模式，旁路工作模式和充电器工作模式。（如图1）

正常工作模式下，由交流线路通过AC-DC整流电路、逆变器，向负载供电。交流线路欠压或失电时，由蓄电池通过逆变器向负载供电。如果逆变器过载或者失效，静态开关断开逆变器通路，同时将负载与旁路回路接通。当负载恢复正常，或者系统恢复供电条件时，系统会自动从旁路工作模式切换回正常工作模式。逆变器自动跟踪旁路电源的频率并与旁路电源同步，当旁路电源超出正常范围50Hz±6%时，逆变器放弃跟踪，转为自动调整输出频率为50 Hz。以上的相互切换，是靠控制静态开关EA&EN来实现的。静态开关切换时间不大于1 ms。以上的工作模式切换是调试的重要内容，是保证对重要负荷不间断电源供给的重要一环。

2 直流系统的组成结构和功能

直流系统设备主要包括蓄电池、充电器、直流配电柜以及接地故障探测仪等。

2.1 蓄电池

目前，核电厂直流系统广泛使用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池由二氧化铅（PbO2）的正极板、铅（Pb）的负极板和密度为1.2～ 1.4 g/cm3的稀硫酸（H2SO4）电解液构成。单个蓄电池的均衡充电电压为2.30 V，浮充电电压为2.23 V，事故放电终止电压为 1.87 V。

蓄电池初次使用前必须进行初充电。初充电可恒流充电或恒压充电。蓄电池10 h容量放电试验和1 h核对性放电试验结束后，必须进行补充电。此外为了使全列蓄电池的电解液密度、电压均衡一致，还需进行均衡充电。

对蓄电池的充放电试验和容量测试试验，应根据厂家提供的操作说明书和相应的规范来进行。

2.2 充电器

直流系统充电器的整流模块为三相桥式全控整流电路，包含电力二极管和可控硅。功率半导体用快速动作高分断能力的熔断器保护。充电器装有限流保护，防止充电器过热及部件损坏。为满足对蓄电池的充电要求，充电器还应具有稳压、均流、限流以及输出电压可调等特性。

2.3 直流配电柜

核电厂直流配电柜常采用抽屉柜。共有三路进线，其中两路由充电器供电，一路由蓄电池组供电，正常运行时只有一台充电器向配电柜供电，同时经直流母线向蓄电池组浮充电。当充电器或其380 V交流电源故障时，则由蓄电池组向配电柜供电。

蓄电池进线、充电器进出线断路器均配有延时动作的电磁脱扣器，以使短路保护具有选择性。

2.4 接地故障探测仪

直流系统接地故障探测器可连续地监测系统绝缘完整性，它能够测出母线电压，各分支回路的正极、负极对地的电压值和绝缘电阻值，发生故障时，可以指示故障极性及报警。

调试试验时，应分别在母线和各分支回路出线端中接一滑线电阻器（35～80 kΩ），调节滑线电阻器，当其电阻值低于设定电阻值时，探测器上的红灯亮并发出报警，同时液晶显示屏上显示发生接地故障的支路数和接地电阻值，同时通过DCS向主控室发出报警信号。

3 交流不间断电源（UPS）系统的组成结构和功能

UPS系统包括逆变器、整流器、静态开关、手动旁路开关、隔离变、调压变和交流配电屏等。

3.1 逆变器

UPS系统使用的逆变器单元主要由以下元件组成：逆变器、静态开关EA&EN、三位手动旁路开关和旁路变压器。其中的逆变功能模块由IGBT组成的电压型单相全桥逆变电路完成，使用SPWM控制技术使输出得到品质优良的正弦波。逆变器调试时，需要测量输出波形并计算谐波总畸变（THD）以判断是否达到性能要求。

3.2 整流器

380 V三相交流电通过隔离变和LC滤波后，输入整流器转化为直流电，再输送给逆变器，由于在蓄电池回路加装逆止二极管，整流器正常工作时，不对蓄电池进行充电，这样能保证对逆变器负荷的能量供给。对于直接由直流系统供电的逆变系统，则没有整流器设备。

3.3 静态开关

静态开关是实现逆变器输出和旁路回路切换的装置，当UPS的输出故障或负载异常时，逆变器的输出可自动的切换到旁路市电，切换也可以是手动完成，手动切换同样无中断供电。

4 结语

核电厂直流和UPS电源系统包含子系统很多，供电负荷也多。由于部分系统涉及到核安全，因此结构复杂，运行方式灵活。在这些系统试验调试前，要做好充分的准备，熟练掌握系统的设备、组成结构、功能和运行特性以及相关试验内容和方法，才能确保调试工作顺利进行。

参考文献

[1] GFD（OPzS）系列固定型防酸式铅酸蓄电池使用说明书[S].

[2] DL/T 5044-2004发电厂直流系统设计技术规范[S].

[3] 陈天翔，王寅仲，海世杰.电气试验[M]，中国电力出版社，2008.

篇5

（中国船舶重工集团公司第七四研究所，上海200031）

摘要：为满足船上不同特性单相交流负载，特别是不控整流桥非线性负载的供电需求，使220 V单相交流供电具有强的抗电流冲击的能力，运用先进的电力电子控制技术，研制了一种船用高性能单相交流不间断电源装置，讨论其工作原理，并研究了关键技术。最后，通过原理样机，验证了船用高性能单相交流不间断电源装置的优越性能。

关键词 ：船用电源装置；单相交流；电流冲击；不间断电源

中图分类号：TN86?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）16?0149?03

收稿日期：2015?03?25

20世纪80年代以来，越来越多的计算机自动化监控设备运用到船舶动力、电力及通信等系统里，大大提升了船舶自动化水平，同时，这对供电电源品质及可靠性要求也越来越高[1?2]。当主电网不正常或发生中断故障时，输出需不间断供电以保证重要系统稳定工作，即要求给负载提供不间断的高质量电源，其中包括220 V单相交流电源。单相交流不间断电源装置[3?5]，扮演着给船舶动力、电力、通信等系统重要负载，不间断提供稳定的高质量220 V单相交流电源的角色，但随着自动化程度的提高，各种特性负载不断增多，也包括不控整流桥非线性负载[6?7]，其突加可带来20 倍于额定值的冲击电流，极易造成系统误保护，因此，一般的单相交流不间断电源装置已不能满足目前实船舶发展的需要。为了适应船上220 V单相非线性负载的实际特性，保证负载顺利启动及挂网负载正常工作，本文研制了一种船用高性能单相交流不间断电源装置，采用十二脉波整流、基于单极倍频SPWM调制的电压电流双环数/模混合逆变控制及电源切换动态跟踪锁相等先进技术，实现了优良的输出性能，具有较好地抗负载冲击能力。

1 工作原理

船用高性能单相交流不间断电源装置原理框图，如图1所示，主要由十二脉波不控整流电路、逆变电路、充电电路、放电电路、电源切换控制电路、辅助电源电路和监控系统等组成。主电路中，三相电网电压经EMI 滤波，通过Δ?Y/Δ型变压器隔离降压，经由两组不控整流桥十二脉波整流获得逆变电路所需的250 V 直流母线电压，再通过基于电压电流双环控制SPWM倍频调制的单相全桥逆变电路，由输出升压变压器和LC低通滤波输出负载所需的220 V/50 Hz 单相正弦电压。充电电路，输入由母线电压直接提供，采用一个具有恒压恒流充电功能的Buck型充电电路，对蓄电池进行充电；放电电路，采用Boost型升压电路，输出直接连接直流母线，提供逆变电路所需的直流母线电压。电源切换控制电路，采用动态跟踪锁相技术，实时采集跟踪备电网电源相位，执行机构由双向可控硅与功率继电器组成，根据逆变控制单元DSP的控制信号动作，保证负载突变致使冲击电流过大等情况时，由逆变电路供电自动切换到备电供电，切换过程中无相位差引起的电流过冲。

辅助电源电路，输入由三相Δ/Y降压变压器及三相不控整流电路得到的80 V直流电压，或者72 V蓄电池电压不间断提供，经高频化DC?DC变换后，输出整个交流不间断电源装置控制所需的±15 V，+24 V，+15 V，-9 V与+5 V电源。

监控系统，采用基于DSP TMS320LF2407A 的数字式监控模式，对整个交流不间断电源装置进行监视与控制，人机界面则采用基于MCU ATmega128 的集成化液晶显示方式，方便用户操作。

2 关键技术

2.1 逆变电路设计

逆变电路设计，是船用高性能单相交流不间断电源装置具有强负载冲击承受能力的技术保证。本文逆变电路主电路拓扑采用IGBT 模块组成的单相全桥式结构，控制方式采用先进的单极性倍频SPWM 调制的电压、电流双闭环数/模混合控制模式，功率器件工作频率设定在20 kHz，以提升装置承受负载冲击的能力，降低高频噪声，电路原理示意图如图2所示。

图2中，逆变电路以滤波电感电流iL (s) 作为内环，输出电压uo (s) 作为外环，发挥了电流内环给装置带来的快速动态响应性，电压外环又保证了装置高质量输出波形。单极性倍频SPWM调制的电压、电流双闭环控制方式及功率器件20 kHz的工作频率，使逆变电路对负载的扰动和突加突卸具有快速的动态响应，当负载突加致使输出端形成强冲击电流时，输出电压跌落，此时电压、电流双闭环控制系统迅速反应，使跌落的输出电压迅速恢复正常。同时，当负载突加过大致使输出电压跌落至零时，电流环控制电路将对流过IGBT模块冲击电流进行限流，以保护功率器件。电压、电流双闭环控制方式与优化PI参数，使得交流不间断电源装置具有强承受负载冲击电流的能力。另外，IGBT模块20 kHz的固定开关频率也使输出滤波变得简单，1.2 mH输出滤波电感10 μF的输出滤波电容组成的LC滤波电路，不仅使输出电压波形畸变率减小，而且使输出高频噪声降低；全桥式主电路拓扑能够适应先进的逆变控制技术，其固有的中大容量工作特性，也为交流不间断电源装置容量的拓展提供了便利。

2.2 电源切换控制电路设计

电源切换控制电路设计，是船用高性能单相交流不间断电源装置在非线性负载突加致使冲击电流过大以及输入电源故障等情况时，逆变电路供电与备电供电之间自动切换的技术保证。本文电源切换控制电路采用双向可控硅与功率继电器并联的控制模式，并且引入动态跟踪锁相技术，使逆变输出波形与备电波形基本保持同相位。其中，双向可控硅用来实现逆变电路供电与备电供电的快速切换，功率继电器则实现负载供电的可靠性，动态跟踪锁相技术，则保证逆变供电与备电供电之间切换时负载电压波形基本连续，避免负载受到冲击。电源切换控制电路，根据输入、输出端的采样信号由DSP（TMS320LF2407A）的逻辑判断产生的控制信号动作，保证在负载突加逆变电路无法承受冲击、三相输入电源故障且蓄电池欠压等情况时，由逆变电路供电自动切换到备电供电；当负载突加结束、三相输入电源或蓄电池恢复正常等情况时，输出由备电供电自动切换回逆变电路供电，原理电路如图3所示。

当冲击性负载突加后，输出电压跌落，由DSP检测判断输出电压能否立刻恢复，能恢复电源切换控制电路则不切备电，不能恢复则自动切备电，同时采样输出电流，在负载电流有效值恢复正常后自动切回逆变供电；当三相输入电源正常时，逆变电路直流母线由交流输入供电，同时使能蓄电池充电电路，封锁放电电路；当三相输入电源故障且蓄电池欠压时，封锁充电电路和放电电路，同时自动切换到备电供电，保证负载的可靠运行。

3 实验结果与分析

为了验证理论研究的正确性，搭建了一台220 V/4 kA船用高性能单相交流不间断电源装置样机，采用十二脉波不控整流与电压源全桥逆变拓扑结构，单极性倍频SPWM 调制电压、电流双闭环数/模混合控制及电源切换动态跟踪锁相技术，IGBT为CM200DY?12NF，隔离变压器变比为1∶2，滤波电感为1.2 mH，滤波电容为10 μF，开关频率20 kHz，等效开关频率为40 kHz，示波器型号为泰克TPS2012。样机突加4.0 kV·A二极管不控整流、电容滤波整流性负载冲击试验波形，如图4所示。

试验结果表明样机最大能承受200 A电流峰值而不切备电，输出电压在2～4 ms内恢复正常，基本0 ms断电。样机在输入电源故障且蓄电池欠压时自动切换至备电供电试验波形见图5。输入电源恢复正常后由备电自动切回逆变供电试验波形见图6，不难看到，逆变输出与备电220 V之间实现了零相位差无缝切换，切换过程中无电流冲击，负载0 ms断电。

4 结论

本文针对船上220 V单相非线性负载的实际特性，研制了一种船用高性能单相交流不间断电源装置。重点研究了其单极倍频SPWM调制的电压电流双环数/模混合逆变控制、电源切换动态跟踪锁相等先进技术。通过研制的220 V/4 kA样机，验证了船用高性能单相交流不间断电源装置能够实现良好的抗非线性负载电流冲击的效果，具有优良的输出性能。

参考文献

[1] 侯馨光.船舶自动化技术的现状与发展[C]//中国船舶轮机发展高峰论坛论文集.北京：中国造船工程学会，2010：1024?1026.

[2] 刘承民，都基盛，高飞，等.浅谈船舶自动化设备配套现状及发展趋势[C]//中国船舶与海洋工程焊接与涂装技术发展论坛论文集.北京：中国造船工程学会，2012：256?259.

[3] ERICKSON W，MAKSIMOVIC D. Fundamentals of power elec?tronics[M].2nded.Norwell，MA：KluwerAcademicPublisher，2001.

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[5] 陈道炼.DC?AC逆变技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

[6] 方超.逆变器带非线性负载的控制方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.

篇6

炼钢转炉氧枪电机目前多采用交流电动机，交流电源正常时由变频器供电，实现氧枪的下降、吹氧、提升的调速运行;交流电源事故停电时必须由另一套应急电源供电，紧急提升氧枪，防止发生设备事故。

根据某钢厂炼钢转炉的工艺要求，在交流事故停电时应急电源需要供电的负载为:

(1)氧枪电机1台，电压380V，容量55kW;

(2)氧枪抱闸电机1台，电压380V，容量0.33kW;

(3)转炉抱闸电机4台，电压380V，

容量0.45kW×4＝1.8kW;

(4)事故控制电源，电压380V，容量2.4kW;

(5)要求应急电源的备用时间为1小时。

应急电源的工作情况有以下2种情况:

当转炉正在炼钢吹氧时，交流电源突然停电，应急电源中的可变频逆变器应首先输出给氧枪电机使其处于堵转状态，同时应急电源中的工频逆变器输出事故控制电源，给氧枪抱闸电机供电，松开氧枪抱闸，然后紧急提升氧枪到最高位。因为炼钢时，转炉已经在零位，应急电源不需给转炉抱闸电机供电。

如转炉正在出钢时，交流电源突然停电，应急电源中的可变频逆变器应输出给转炉抱闸电机，松开转炉抱闸，转炉靠自重倾转回到零位。因为出钢时，氧枪已经在最高位，应急电源不需给氧枪电机供电。

2应急电源的配置

根据上述工艺要求，应急电源的配置应为:

(1)75kW可变频逆变器1台(考虑氧枪最大负载情况，过载能力150%，60s)

(2)3kVA工频正弦波逆变器1台(按氧枪抱闸电机全压启动及交流接触器线圈最大吸合功率考虑)

(3)充电模块2台(输出电流按电池容量的10%计算)

(4)免维护铅酸蓄电池1组(电池容量按负载电流和后备时间计算)

3应急电源的原理设计和参数计算

3.1原理设计

因为在交流电源正常时，氧枪电机由一台变频器供电，控制电源、氧枪抱闸电机、转炉抱闸电机都是由交流电源供电，只有交流电源停电时，氧枪电机、控制电源、氧枪抱闸电机、转炉抱闸电机才由应急电源供电，所以应急电源设计成离线式。

氧枪电机变频器和应急电源的可变频逆变器分别通过两台输出交流接触器给氧枪电机供电，两台接触器由操作连锁系统控制，接触器线圈分别由交流电源和应急电源中的工频正弦波逆变器供电，交流电源正常时，氧枪电机由原控制系统控制工作，交流电源事故停电时在机旁箱操作事故氧枪提升按钮和事故松转炉抱闸按钮。氧枪提升到上极限自动停止，转炉倾转到零位停止。应急电源系统主回路及控制回路见图1。

3.2参数计算

(1)可变频逆变器技术参数

可变频逆变器采用西门子矢量型逆变器，其电气参数为:

输入:DC510V(-15%)~650V(+10%)

输出:0~3AC380

额定频率

输入:直流

输出:0~50Hz

额定电流

输入:174A

输出:146A

过载电流:198A

过载时间:60S

(2)工频正弦波逆变器技术参数

直流输入电压:180~300V

直流输入电流:13.6A

交流旁路输入电压:380V±15%

交流旁路输入电流:4.5A

切换时间:≤5ms

交流输出电压:380V±3%

交流输出电流:3.6A

过载能力:120%1min;150%10s;200%1s

(3)逆变器容量核算

a)可变频逆变器容量核算

氧枪电机容量为55KW，额定电流约110A，考虑氧枪刮渣过负荷情况，电流1.5倍为165A＜198A(逆变器过载电流)，故逆变器容量能够满足。

b)工频正旋波逆变器容量核算

该逆变器负载是氧枪抱闸电机(直接启动)和控制电源，氧枪抱闸电机容量为0.33kW,额定电流约0.66A，直接启动电流按8倍计算为5.28A，逆变器额定输出电流为3.6A,过载1.5倍电流为5.4A＞5.28A。

控制电源的负载为氧枪电机、氧枪抱闸电机、转炉抱闸电机输入接触器线圈，因为他们不是同时工作，所以可以按最大线圈的吸合功率考虑，氧枪电机输入接触器为250A，线圈吸合功率为1430W，电流为1430W/220V＝6.5A，吸合时间0.5s;而逆变器过载能力:200%1s，既容许电流为3.6×2＝7.2A＞6.5A。

因为氧枪抱闸电机启动和接触器操作不是同时进行的，所以可以按最大负载考虑，由以上计算可以看出逆变器容量可以满足。

(4)电池容量和串联只数的计算

a)电池容量计算

电池组是当交流事故停电时，作为2台逆变器的输入电源为负载提供能量，电池组的容量由逆变器输出的最大负载电流和持续时间决定。

由西门子逆变器技术参数可知:额定交流输出电流为146A时，直流输入电流为174A，那麽氧枪电机工作在额定电流110A时，直流输入电流为110A×174A/146A＝131A。

由工频正弦波逆变器技术参数可知:在额定情况下，逆变器直流输入电流为13.6A。因此2台逆变器总的直流输入电流为144.6A。既电池组需要提供的最大持续电流为144.6A，而持续时间为60min。根据这两个数据就可以计算电池组的容量。

按恒流放电计算电池组容量，已知条件为:

单只电池额定电压:12V

单只电池放电后的截止电压:10.8V

恒流放电电流:144.6A

放电持续时间:1h

放电容量为144.6A×1.0h＝144.6Ah

从图4电池放电曲线可以得出1h对应12×J20曲线，再由图5电池容量曲线可以得出容量60%;设所求电池容量为C，按下面公式计算:

60%×144.6=100%×C

C=100×144.6/60=241Ah故选240Ah电池。

b)电池串联只数计算

串联只数N取决于逆变器输入直流电压的最大和最小允许值。不间断电源在正常运行时，系统处于浮充电状态，电池只数应为:

N=Ue/6Uf(12V/单只电池)

式中:N为蓄电池组串联只数

Ue逆变器输入或变频器中间直流回路额定电压

Uf单体电池的浮充电电压

以12V/单只电池为例，单体电池的浮充电压Uf=2.25V,单只电池的浮充电压Uf=13.5V。

西门子逆变器的输入电压为:

Ue=510～650V±10%,即Ue(min)=510V﹡

650V和715V是逆变器能正常工作的电压上限和下限值，取平均值:Ue=(459V+715V)/2=587V。

则N=Ue/6Uf=587V/6×2.25V=43.48只。取N=42只。

浮充电时,电池组端电压Ud=42×2.25V×6=567V。电压在设备允许范围内。

3.3应急电源的设备组成和原理框图

应急电源的原理框图见图2。应急电源的组成:

(1)断路器:1QF:交流输入断路器;2QF:工频逆变器输入断路器;3QF:工频逆变器输出断路器;QS:可变频逆变器输入开关;

(2)接触器:1KM:交流输入接触器;2KM、4KM:可变频逆变器输出接触器;3KM:变频器输出接触器(用户设备);5KM:转炉抱闸电机输入接触器(用户设备);

(3)TR:隔离变压器;

(4)CM1、CM2:高频开关充电模块;

(5)DC1、DC2:免维护铅酸蓄电池组;

(6)1NB:可变频逆变器;

(7)2NB:工频逆变器;

(8)VF:变频器(用户设备)。

4可变频应急电源的工作状态

4.1交流电源正常时的运行

当交流电源正常供电时，充电模块对电池组进行浮充电，同时2NB逆变器由交流供电旁路输出(注:2NB输入电源以交流优先)，为控制电源供电;1NB逆变器处于热备待启动状态，电机由用户变频器供电，见图3。

4.2交流电源断电时的运行

当交流电源断电时，1KM接触器断开，充电模块停止工作;2NB逆变器输入电源由交流切换到电池组供电，保证外部控制电源不间断;同时外部连锁系统停电启动信号(用户提供)启动1NB逆变器，输出接触器3KM断开，2KM接通，用户电机由1NB供电。此时1NB，2NB的运行是靠电池组放电来维持的，电池组对逆变器提供一个稳定的直流电压，因时不会因交流电源断电而影响负载工作，见图4。

4.3交流电源恢复时的运行

在交流电源恢复正常时，应急电源可不需人工操作便可自动重新启动，充电模块开始对电池组补充充电，这时电源恢复到正常运行状态，等待下次使用。

5结束语

可变频应急电源是专门用于电动机负载的输出电压和输出频率可变的交流不间断电源，和传统的UPS或工频应急电源相比，可以大大减少电源的设计容量，过载能力强、可靠性高。和传统的柴油发电机相比，启动时间快，无噪音、无污染，维护简单，可无人值守自动操作，可计算机监控。是一种值得推广的新型工业电源。

参考文献

[1]SIEMENSSIMOVERTMASTERDRIVES逆变器(变频器)使用说明书西门子.

[2]GFM阀控式密封铅酸蓄电池电力工程设计应用手册2000年.

[3]童林毅.电力系统高频开关直流电源[J].供电与用电,1999,(3).

[4]阀控式密封铅酸蓄电池资料汇编[M].北京:中国电力出版社,2001.

[5]免维护变频型交流不停电电源童林毅张奇张立阳(实用新型专利ZL99215007.8).

篇7

关键词：通信系统；改造；双电源

前言

电力通信系统是电网的重要组成部分，不仅承载着电力调度，调度数据网，电量计量，远动RTU等大量业务，还承担着线路继电保护和安全稳定控制的重要责任。通信系统的安全稳定运行直接影响着电网的安全稳定运行。作为通信系统的核心，电源系统的可靠性是影响通信系统可靠性的重要因素。单电源供电可靠性差，实现双电源供电势在必行。

1 工程概况

京海煤矸石电厂通讯机房原通信设备均由一路直流电源供电，电源系统可靠性低。2013年01月19日，就发生因通讯机房交流电源屏市电开关跳开而导致全厂通信中断的重大事故。改造加装了一套由邯郸五一八自动电气有限公司生产的ZHCIS综合电源系统和河北创科电子科技有限公司生产的CK-DJK型直流电源远程维护系统。ZHCIS综合电源系统由双路交流输入经过机械互锁和电气互锁得到一路可靠电源输入，交流输入除了给整流模块供电外，还可给机房交流负载设备提供交流电源（用做交流电源分配使用）。交流输入经整流模块整流后，得到稳定可靠的直流电源，给通信设备供电，同时对蓄电池进行充电。监控单元贯穿整流模块到直流输出的整个过程，并通过RS232等串口对后台监控进行通讯。CK-DJK型直流电源远程维护系统实时监控直流充电机的运行状态、电池的单体电压、控制母线接地状态、各路馈线开关状态等重要电源特性参数，一旦发现电源状态异常立即发出声光报警，给系统安全运行提供了有利保证。

2 系统改造结构与原理

双电源改造系统主要由交流电源屏、综合屏、蓄电池屏三部分组成。交流电源屏，分别由两台机组PC段电源供电，两路电源经过交流电源屏得到一路可靠的交流电源分别供到两面综合屏，综合屏经过整流后，分别输出48V直流供给负荷使用，同时分别对两组蓄电池进行充电。系统框图为（见图1）。

我厂通信设备直流电源接口不统一，分为单电源接口设备和双电源接口设备。对于双电源接口设备，整流后的两路直流可以直接接入设备实现双电源供电。那么对于单电源接口设备怎么实现双电源供电呢？针对单电源接口的通信设备，我们加装一套双电源切换装置来实现双电源配置，其原理图为（见图2）。

通信机房中，除了大部分通信设备使用DC 48V外，还有一些设备使用AC 220V， 如光纤配电架内、录音设备等。为此，对于这些使用AC 220V的重要负荷，我们考虑配置一台逆变器，保证在同时失去两路市电后，由蓄电池组将48V直流电逆变为AC 220V向负荷供电。原理图为（见图1逆变部分）。

3 结束语

经过京海电厂通信机房双电源的改造，所有通讯设备，包括单电源接口设备，双电源接口设备以及重要交流输入设备均采用双电源控制，有效解决了单电源供电的可靠性问题，既满足了设备正常运行期间对电源可靠性的要求，确保了系统安全、稳定运行，监控系统减少了运行维护人员的工作量，方便维护，为该厂通信系统的稳定运行发挥了重要作用。

参考文献

[1]ZHCIS综合电源系统使用说明书[Z].

[2]邯郸五一八自动电气有限公司.

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关键词：EX2100 数字式 励磁系统

中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0034-03

EX2100励磁系统主要用于GE公司的新型燃气轮机的励磁调节，例如GE公司9E燃气轮机采用EX2100与MKVI控制系统配套。随着我国对燃气轮机的大量引进，使得EX2100励磁系统得到广泛的应用。

3 励磁控制系统比较

3.1 功率转换部分

主要包括：从发电机定子出线处引出的11500 V电缆、一台11500 V/525 V的1230 kVA干式变压器、一台115000 V/2500 A交流侧闸刀、77 mm可控硅一组（6只）、RC滤波保护电路、熔断器保护电路、直流断路器一台、引至发电机转子的电缆、一台直流起励开关、包括一只53 mm可控硅的去磁电路。

3.2 调节器部分

（3）整套设备（包括励磁变压器、自动电压调节器、可控硅整流桥等）均为GE公司制造，设备型号为EX2000-j。励磁机最大输出电流为2000A、可控硅整流桥为单桥方式，AVR为微机型模块化设计。EX2000的AVR是GE公司第一代微机型励磁控制系统，技术应用尚不成熟，该系统具有先天性的设计缺陷。

表现为以下几点。

（3）原EX2000系统为单控制器方式，主控卡件只有一套，只要当主控卡件里的任意一块卡出现问题，均无一例外的执行跳机程序。

（4）原EX2000系统的工作电源有两种：一种是125 V直流电源；另一种是120 V交流电源。直流电源来自直流供电系统，交流电源由励磁变低压侧接入，经电源转换变压器变为120 V。两组电源同时进入电源卡件EXPS，正常情况下由125 V直流电源作为主电源，当125 V直流电源消失时，电源模块自动切换至交流供电。此种供电方式有两个弊端，其一，交流电源回路需由机组发电时的机端电压变压后转换得来，因此交流电源只能在机组运行中才可提供；其二，提供交流电源的工作变压器仍需对励磁冷却风机提供电源，而冷却风机和控制系统共用一组交流电源，大大降低了供电可靠性，一旦此变压器发生故障将失去交流控制电源，控制电源的双冗余将得不到保证。在实际运行中，我厂曾出现过这样的情况，由于电源转换变压器线圈过热烧毁，结果使机组在其控制系统失去交流备用电源的状况下运行。

（5）原EX2000系统中的转子接地保护仅由单一的转子接地保护装置完成，无冗余配置（如图8）。

正是由于上述原因，无论如何也无法满足我国电力行业的《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》和《发电机反事故技术措施补充规定》中对励磁系统提出的“因励磁系统故障引起的发电机强迫停运次数不大于0.25次/年”、“自动励磁调节器应有备用，单一元件故障应不影响发电机运行。主调节器故障时应能自动转换成备用调节器，双回路并列运行的调节器，一回路故障时，应有监测电路。”的相关技术要求。现大部分电厂都把EX2000控制系统升级为EX2100，除实现正常的励磁调节功能及保护功能外，还具有功能齐全的自诊断系统及模拟器用于快速的安装调试与故障处理，此外，其操作界面也更加友好、方便，更好的与MKVI（透平控制系统）配套。

参考文献

[1] 周双喜，李丹.同步发电机数字式励磁调节器[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2] GE Industrial Syst ems EX2100 Digital Exciter User s Guide.

[3] GE Industrial Syst ems EX2100 St atic Excit er System Product Descript ion.

篇9

论文关键词：FPGA,测试设备,飞机电源参数

当前，飞机上电力电子设备日益多样化、复杂化，飞机电源系统的品质直接影响飞行安全。因此在进行飞行时，需要对飞机提供的直流电源、交流电源进行工作特性测量，并给出其参数的基本特性和动态特性[1]。

对于电源瞬态特性参数，目前没有相应的测量设备，从而需研制专用的瞬态电源动态特性参数测量设备对其进行测试，以满足民机适航性试飞要求。

本设备是一种专用测试设备，主要用机交、直流电网参数采集测试，捕获飞机电源系统的负荷突变、电压突变，然后提供给地面数据卸载及预处理系统，以评估被测飞机电网络供电特性是否满足相关国军标或设计规范的要求。

1飞机电源特性参数

飞机电源系统是飞机上电能产生、调节、控制和电能变换部分的总称。飞机电源系统由交流电源系统和直流电源系统组成，交流电源系统向机上交流电网提供115/200V，400Hz三相交流电。直流电源系统向机上直流网路提供27V低压直流电[2]。

根据飞行科目要求，设备需测量飞机交流电源系统、直流电源系统的稳态参数和瞬态参数，包括稳态交流电压、瞬态交流电压、稳态交流电流、瞬态交流电流、稳态频率、瞬态频率、电压相位差、畸变频谱幅值、直流畸变等46种参数。

电源参数的测试准确度遵照GJB5189-2003的规定[3]：稳态交、直流电压测量在电压为额定值时相对误差在0.2﹪范围内，瞬态交、直流电压测量在电压为最大极限时相对误差在0.5﹪范围内，交、直流电流测量在电流为额定值时相对误差在0.8﹪范围内。

2 总体设计

飞机电源瞬态特性参数测试设备主要由嵌入式CPCIE/CPCI计算机、4块12通道数据采集卡、IRIG－B时码卡、 ARINC429总线板卡、以及前端电压、电流测量传感器组成一个集成化、标准化的飞行电源动态特性参数测量设备[4,5,6]。

该设备面向试飞工程师、数据处理工程师以及其它相关人员，为他们提供电源动态特性参数测试数据。

2.1 总体结构

电源瞬态特性参数测试设备包括传感器、信号调理设备、信号采集记录器、编程加载装置等。其中信号采集记录器由采集机箱、控制器板卡、ARINC429总线板卡、时码板卡、高速数据采集板卡、可拆卸固态记录器、显示器及键盘等组成，如图1所示：

图1 电源瞬态特性参数测试设备结构图

本设备的输入信号包括：电压、电流信号，IRIG-B时码信号和429总线信号。其中，机载电源的电压、电流信号，通过传感器、信号调理设备将实际的电压电流信号转成适合板卡的电压信号。整套设备与机载电源隔离，不会对飞机干扰飞机正常工作。

2.2 硬件组成

传感器主要用于交直流电流的变换，本测试设备的被测试信号包括电压信号和电流信号，电压信号直接分压后进入测试设备，以增加系统的带宽，改善系统的动态性能；电流信号由电流传感器变换后进入测试设备。

为了提高抗干扰性能和动态性能，选用霍尔电流传感器，将交直流电流转换成200mA以下的交直流小电流输入到信号调理设备。

信号调理设备完成信号的调理，主要包括电压信号的衰减、电流-电压信号的转换、交、直流电压畸变信号和交流电压直流分量的调理等功能。调理后的模拟信号送入数据采集设备进行采样。

采集器为3U CPCIE机载计算机，主要包括CPU卡、电源数据采集卡、IRIG-B时码卡、429总线卡、以及SATA扩展口，其组成如图2所示：

图2 采集器组成结构图

本采集设备主要用于捕获飞机电源系统的负荷突变、电压突变，属于偶发现象，电源突变频谱成分高，需要非常高的采样率。

CPCI电源数据采集卡是本设备的核心关键部分。选用16位高精度数据采集卡，板卡有12个同步采样通道，每个通道有独立8档程控增益放大器、抗混迭滤波器、过零比较器、16位A/D转换器和12通道共享的内置192核DSP的FPGA芯片组成。有效提高了带宽，满足板上所有通道同步采集的数据传输的需求。主要功能框图如图3所示：

图3 CPCI电源数据采集卡功能框图

信号经过滤波放大之后，通过A/D采集；采集结果进入FPGA，FPGA完成大部分的数据处理，将半成品数据的结果通过高速接口PCIE总线上传给上位机，上位机完成最后的数据处理。FPGA的主要功能包括：光纤通道（FC）数据接收、时统功能、背板ASB 总线提供100MHz 的时间标记、数据分析处理（过零点发现、数字滤波、数字信号处理）、PCI-E 接口控制。

系统采用IRIG－B时码同步机制，通过以太网或PCM数据将电源数据、异常事件信息发送到测试以太网上供地面数据预处理系统使用。

2.3 传感器设计

交流、直流电压测量传感器设计成统一通用的传感器。传感器输入采样两个4 芯航空插头，每个航空插头可接一组三相交流电压或三路直流电压。传感器采用28V 直流供电。

传感器信号输出采用光纤与采集器连接。光纤为2.5G高速光纤2 根。1 根用于采集器向传感器发送同步信号，另一根用于传感器向采集器发送数据。传感器通过3 个按钮开关进行设置，开关带锁住功能，防止误动作。传感器的设置状态随测试数据一起发送给采集器，连接图如图4所示：

图4 传感器与采集器连接图

3 结束语

飞机电源瞬态特性参数测试设备是对飞机供电系统性能参数测试的主要手段，是保证飞机电气系统正常运行的重要环节。本测试设备不仅实现了测量GJB5189-2003中规定的一些需采用特殊数据采集和分析方法才能测量的参数，还可以实时纪录多个通道的信号波形，在飞机供电特性测试时可以代替示波器、万用表和频谱分析仪等仪器、仪表的功能，形成了具有自动化、开放、灵活的综合检测试验设备。该设备已在新支线飞机ARJ21上进行改装和应用。

[参 考 文 献]

[1] 雷涛，张晓斌. 基于VXI总线的飞机供电系统特性参数综合测试系统的设计与实现. [J] 测控技术, 2003，(22)：63-65.

[2] 张晓斌,等. 国外飞机供电特性标准汇编[Z] . 西北工业大学飞机电气系统研究所,2000.

[3] 中华人民共和国国家军用标准. GJB5189-2003 [S].2003.

[4] 许斯亮，吴小华，郑先成. 飞机供电系统的网络化分布式测试系统设计与实现. [J] 测控技术, 2006，(25)：72-77.

篇10

关键词：变频器 矢量控制 电机旋转

中图分类号：O47 文献标识码： A 文章编号：1672-1578（2012）07-0070-02

随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响，二要看对电网的谐波污染和输入功率因数，三要看本身的能量损耗如何。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的传动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。目前，低、中压变频器都有这类产品。脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。

交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。CVCF是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向：运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，以确保系统有更优越的控制性能。

数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。

交流同步电动机已成为交流可调传动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类。自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交―直―交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机（BLDC）”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。

同步调速系统的特点：

交流电机旋转磁场的同步转速ω1与定子电源频率 f1有确定的关系ω1=■异步电动机的稳态转速总是低于同步转速的，二者之差叫做转差；同步电动机的稳态转速等于同步转速，转差s=0。同步电动机和异步电动机的定子都有同样的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕组则不同，同步电动机转子除直流励磁绕组（或永久磁钢）外，还可能有自身短路的阻尼绕组

由于同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运行，因此，在同样条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。

异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。

矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——两相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Iβ1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流，然后仿效直流电动机的控制方法，求得直流电动机控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。在高性能的异步电机控制系统中多采用交叉闭环控制的矢量控制。采用矢量控制方式的目的，主要是为了提高变频调速的动态性能。虽然这一理论的提出是交流传动理论上的一个飞跃，但是由于它既要确定转子的磁链，又要进行坐标变换，还要考虑转子参数变动带来的影响，所以系统非常复杂。

交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展、开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，使系统智能化。

参考文献：

[1]王志新.同步电动机的变压变频调速[M].机械工业出版社，2010-10.

[2]张承慧，崔纳新，李珂.交流电机变频调速及其应用[M].机械工业出版社，2008-08-01.

[3]徐海，施利春，孙佃升，王东辉.变频器原理及应用[M].清华大学出版社，2010-8-20.