双电源范文

导语：如何才能写好一篇双电源，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。

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关键词：MFT;直流电源;隔离;改造

中图分类号：TM621.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0114-02

1 改造的必要性

MFT（主燃料跳闸）是保证锅炉安全运行的核心内容，在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时，MFT动作，所有进入炉膛的油和煤将被快速切断，以保证锅炉安全，避免事故发生或限制事故进一步扩大。

为了有效地提高MFT动作的可靠性，MFT设计成软、硬两路冗余。当出现跳闸条件时，MFT除了通过软件动作相关设备，同时还通过硬件即跳闸继电器板将此信号发往其它系统，跳闸相关设备。我公司设计有MFT继电器盘，为了减少误动，防止拒动，MFT信号在硬件上进行3取2，最大限度的保护全厂设备。当MFT发生后， 继电器动作，通过硬接线使相关设备跳闸，这就要求MFT继电器的电源必须可靠，一旦发生故障，不能及时跳闸相关设备，将直接影响机组的安全运行，给主、辅设备造成重大损坏。

根据《防止电力生产事故的二十五项反措》要求，火力发电厂机炉保护跳闸回路所用电源应可靠，以保障保护不发生拒动、误动。我公司#1-#6机组MFT跳闸回路所用两路220VDC电源经二极管并列运行，形成了环路，与反措要求相违背，因此需通过双电源切换装置将两路直流220V电源进行隔离。

2 原直流电源系统存在的问题

2.1 系统原理

原MFT的直流电源是由两路电气直流电源Ⅰ、Ⅱ并联提供，如图1所示，两路电源的正极各串接了1个二极管，负极各串联了一个与正极反向二极管，经二极管自动高选后输出一路。根据二极管的工作特性，正常情况下，两路直流电源有一路始终处于工作状态，当此路电源出现故障，另一路电源二极管经短时间导通进入工作状态，实现无扰切换，保证热控电源的不间断。

2.2 安全隐患

原直流电源系统中，热控直流电源的正极是通过二极管把两路电气直流电源Ⅰ、Ⅱ的正极连在一起，负极通过反向二极管连接在一起，这种系统结构使得两路直流电源形成环路，没有完全独立，使机组的安全运行存在隐患。原系统结构只要发生直流接地故障，不论在何位置，两路直流系统会同时接地，电气的接地选线装置将无法正确判断接地点的位置，给故障查找及事故处理工作带来很大困难。同时，在查找接地点的过程中，热控电源有全部丧失的风险，可能引发更严重后果，严重威胁机组的安全运行。

3 改造方案

①每台机组MFT跳闸回路电源系统增加2套直流双电源切换装置，两套双电源切换装置分别命名为#1、#2。电源切换装置安装在DCS网络机柜内。

②现MFT跳闸回路所用两路电源为#1双电源切换装置提供电源，电气专业再分别从直流Ⅰ段和直流Ⅱ提供两路电源供#2双电源切换装置。

③日常运行时，两套双电源切换装置输出应为同一直流段，即可避免直流供电系统行程环路。

④双电源切换装置工作电源应在85～270 V DC，切换时间小于8 ms，额定电流不小于30 A。

⑤由切换装置提供电源监视、装置故障报警点输出。

⑥改造工作在机组检修时进行。

4 改造后直流电源系统

4.1 改造后直流电源系统工作原理

改造后直流双电源转换装置采用进口大功率直流真空接触器作为转换开关，同时辅助以大功率DC/DC转换电路，保证在转换开关开断瞬间输出电压稳定。

装置基本原理框图，如图2所示，输入电源回路Ⅰ（简称主电）以及输入电源回路Ⅱ（简称备电）分别经二极管、接触器并联到输出端。两个辅助电源的输入端分别取自回路Ⅰ和回路Ⅱ，且相互独立，装置内部的逻辑回路由两个辅助电源同时供电，当任何一路输入失电时，装置内部逻辑都不会受影响。

装置正常工作时，主电源经防反二极管直接输出，备用电源处于断开状态。当处于工作状态的主电源由于故障造成电压跌落或失电时，装置内电压检测回路检测到输入端电压变化，当电压值跌落到额定电压的75%～80%时，装置判断该路电源出现故障，发出电源切换指令，输出电压即切换到备用电源上，整个切换过程约为15～30 ms，在切换过程中，装置的输出端电压经DC/DC回路维持在额定电压的90%～95%左右。

当主电源直流系统故障排除，恢复供电时，装置面板对应电源指示灯亮，装置自动切换回主电源供电。

装置切换过程中，面板上红色告警指示灯会有瞬间闪烁，属于正常现象。装置告警端子Ⅰ为常闭接点，当装置主电源输入、备用电源输入、以及电源输出3个端口中任意一路电压低于额定值的80%时，常闭接点打开，通知装置失电;端子Ⅱ为常开接点，当装置内部出现严重故障时，接点闭合，通知装置出现故障。

在装置运行过程中，实时监视装置的运行状态是保证可靠供电的基础;因此要求将告警端子接到监控系统，当有故障发生时能得到及时有效的处理。

4.2 造后系统试验

4.2.1 通电前检查

①检查装置输入端、输出端极性正确;

②确认输入电源电压范围满足装置要求;

③确认输入端空开处于断开位置，输出端负载断开。

4.2.2 装置通电检查

①合上主回路电源空开，观察装置面板上的指示灯，Ⅰ路电源指示灯和Ⅰ路工作指示灯应点亮;第一路报警指示灯亮起，约几十秒后装置自检结束后熄灭;

②合上备用电源空开，Ⅱ路电源指示灯点亮;

③测量输出电压幅值、极性正常;

④输出端带载，测量输出电压正常。

4.2.3 改造后试验

①确定装置输入为双路正常电压，输出带正常负荷;

②观察面板指示灯状态，将主电源空开断开，装置立即切换到备用电源上，切换时间为0.42 ms，符合改造方案中切换时间小于8 ms要求。运行灯和电源灯也相应变化。

③测量输出电压为230.8 V，比输入电压232低1.2 V属于正常范围。

④将主回路空开合上，对应的电源指示灯亮起，电源切换到主回路。

⑤断开备用电源空开，装置Ⅱ路电源指示灯熄灭，装置无切换动作。

⑥再次测量输出电压为230.8处于正常值。

⑦合上备用电源空开，试验结束。

整个试验过程中，装置可靠切换，负载设备没有异常情况，面板无异常告警状态。

5 结 语

本次改造解决了MFT保护回路直流双电源系统形成了环路的重大安全隐患，通过双电源切换装置将两路直流电源进行隔离，改造后的电源切换装置有故障报警和失电报警输出功能，报警信号被引至监视系统，热控电源的运行状态实现了实时监视，便于及时发现和处理问题。经过半年时间的运行，装置工作稳定可靠，状态良好，本次改造成功。

参考文献：

[1] 望亭发电厂.660 MW超超临界火力发电机组培训教材（热控分册）[M].

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关键词:动力;安全策略;控制电路

0引言

地铁工程维护车大部分时间是在地铁隧道内运行、作业，为保证地铁隧道内干净、卫生，保障在隧道内检修作业工作人员身体健康，近年来地铁公司对工程维护车提出了低噪音、无烟气污染、低碳环保等要求。中车株洲电力机车有限公司积极适应地铁公司的需求，大胆创新，在国内率先研制出采用蓄电池和接触网(第三轨)双电源供电方式的蓄电池电力工程车，这种新型工程维护车推出后广受国内外地铁公司的欢迎和好评。本文对蓄电池电力工程车蓄电池和接触网(第三轨)双电源供电模式的主电路、实现双电源供电方式切换的安全策略和控制电路进行介绍。

1工程车双电源供电模式主电路介绍

工程车双电源供电模式分别为接触网/第三轨供电和牵引蓄电池供电，其中接触网和第三轨供电电源为DC1500V，接触网和第三轨供电的区别在于供电装置的位置不同，接触网在工程车上方供电，第三轨是与轨道平行的供电轨道，在工程车下方供电;牵引蓄电池的额定输出电压为800V。中车株洲电力机车有限公司设计的蓄电池电力工程车在运行过程中可根据实际使用情况由司机室内的司乘人员进行接触网/第三轨供电和牵引蓄电池供电选择，双电源供电模式主电路原理如图1所示。

1．1接触网/第三轨供电模式

当选择接触网/第三轨供电时，DC1500V供电电源经受电弓/集电靴、防反二极管V01、三位置开关S11“接触网/第三轨”位、熔断器F11、双极接触器K01、差分电流传感器B10、快速断路器Q01到达牵引逆变器，通过牵引逆变器为工程车牵引电机提供电源。

1．2牵引蓄电池供电模式

当选择牵引蓄电池供电时，DC800V供电电源经隔离开关S02、熔断器F21和F22、电流传感器B11、防反二极管V02、接触器K02、快速断路器Q01到达牵引逆变器，通过牵引逆变器为工程车牵引电机提供电源。以上接触网/第三轨供电和牵引蓄电池供电两种供电模式只能选择一种供电模式为蓄电池电力工程车进行供电，即当三位置开关S11在“接触网/第三轨”位、双极接触器K01闭合时，蓄电池电力工程车实现接触网/第三轨供电模式，牵引蓄电池不会对负载供电;当隔离开关S02在“闭合”位、接触器K02闭合时，蓄电池电力工程车实现蓄电池供电模式，接触网/第三轨不会对负载供电。为确保蓄电池电力工程车双电源的供电模式安全、可靠切换，在设计时已制定可靠的安全策略并通过控制电路的逻辑互锁来实现。

2双电源供电模式切换的安全策略

为确保蓄电池电力工程车可靠运行及保证司乘人员的人身安全，设计时详细分析了接触网/第三轨供电和牵引蓄电池供电双电源切换可能出现的危险条件，制定了详细的安全策略，双电源切换的安全策略见表1。从表1可见，蓄电池电力工程车需确保工程车静止、卸载、高速断路器Q01处于断开位的情况下，双供电模式切换才有效。如果蓄电池电力工程车正在运行(任何模式)且高速断路器Q01为闭合状态，司机室内的司乘人员转动设置在操作台面板上的双供电模式选择开关S01无效，控制系统屏蔽该信号，工程车按原选择模式运行。此时在司机室显示屏上有提示信息，警告司乘人员模式选择开关的位置发生变化并无效。如在多台车重联运行时，只有主控工程车占用端司机室操作供电模式转换开关S01才有效。蓄电池电力工程车在确定以上所需供电切换的安全条件有效后，中央控制单元才按选择的供电模式重新配置主电路，通过控制双极接触器K01或接触器K02的通断来实现接触网/第三轨供电和牵引蓄电池供电的安全、可靠切换。

3双电源供电模式切换的控制电路

设置在司机室操作台面板上的双供电模式选择转换开关S01由“接触网/第三轨”位、“蓄电池”位和“0”位三个档位组成，IO1、IO2、作为模块A01的控制输入信号，IO3和IO4作为模块A02、A03的控制输出信号如图2、图3所示，S01和IO口信号关系详见表2。当双电源供电模式选择转换开关S01选择“接触网/第三轨”位时，模块A01的IO1和IO2收到“10”信号，模块A02和A03的IO3和IO4输出信号“10”，“IO3”为高电位双极接触器K01线圈得电，IO4为低电位接触器K02线圈不得电，同时双极接触器K01常闭触点断开，实现两种供电模式切换双极接触器K01和接触器K02的电气互锁，由于双极接触器K01闭合实现接触网/第三轨供电。反之，当电源供电模式选择转换开关S01选择“牵引蓄电池”位时，模块A01的IO1和IO2收到“01”信号，模块A02和A03的IO3和IO4输出信号“01”，“IO4”为高电位接触器K02线圈得电，IO3为低电位双极接触器K01线圈不得电，同时接触器K02常闭触点断开，实现两种供电模式切换双极接触器K01和接触器K02的电气互锁，由于接触器K02闭合实现牵引蓄电池供电。当供电模式选择转换开关S01选择“0”位时，A01输入和A02、A03输出都为“00”，双极接触器K01和K02线圈均不得电，两个供电回路为开路。当A01输入信号为“11”时，代表供电模式选择转换开关故障，A02、A03输出也将为“00”，K01和K02线圈均不得电，两个供电回路为开路。

4结语

随着市场对工程车需求的逐年递增，这种双源供电方式的工程车在地铁行业十分受欢迎，其通过两个接触器的互锁控制保证动力供给的唯一性保证了车辆的安全性、可靠性。

参考文献:

［1］李琛玫，丁伟民，崔洪岩．蓄电池电力工程车高压柜的设计分析及仿真计算［J］．电力工程车与城规车辆，2014(2):43－1402．

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于是我们购买电源时便要按照峰值功率去购买，可市场上高功率的电源都有着不菲的价格。难道为了性能我们真的要花大价钱去买高功率的电源吗？难道真的没有别的解决方案吗？答案是，有的！

机器内分为以CPU、显卡为首的高功耗部件，而光驱、硬盘等等为低功耗部件，我们采用双电源冗余解决方案把CPU、主板、内存等由主板进行供电的设备用一个电源供给。而外接电源的显卡、光驱、硬盘等设备用另一个电源进行供电。这样单个200W～300W的电源足以可以保证满负荷下峰值功率的要求，而不必为高档、高功率电源的高价进行买单。

首先，我们确定实现此方案需要的条件。

1.旧ATX电源，功耗以300W左右为佳，数量两个。

2.足够宽敞的机箱或者放置额外电源的位置，距离主板电源接口以20cm以内为佳。

3.导线2条，铜铝皆可，粗细无要求，两条10cm左右。

4.钳子、剪刀等等工具。

其次，对于ATX电源，当用户按下机箱上的电源开关后，主板就会给ATX电源送出一个启动信号，我们称之为PS_ON（电源开启）信号，在电源收到这个PS_ON信号之后，ATX的主电源电路才会开始工作并输出电流。而当我们要关机的时候，通过主板上的POWER按钮，可以让主板停止向ATX电源输出PS_ON信号，这个时候，ATX电源的主电源部分就停止工作，并截止电路的输出了。我们要做的很简单，就是把这两个PS_ON线（绿色）和任意两条对应的地线（黑色）连起来即可。

将两台电源的PS_ON信号连线(绿色)和旁边地线(黑色)将其绝缘表皮剥开约1cm长度，使之露出内部的金属。然后用一根导线先将两台电源的PS_ON信号线连接起来，然后再用一根导线将两台电源的“电源地”连接起来。一定要记得将连线的接头用绝缘胶带包好，以避免线路短路。

最后，进行安装工作吧，把需要给CPU等供电的电源插在主板上，而给外接电源设备供电的固定在任意地方即可。需要注意的是，如果显卡功耗过高，比如9800G×2，甚至是4870×2或双显卡，那么它们的供给电源需要一个比较大的功率，就不要把光驱硬盘等接在此电源上了。按需调配设备，让两个电源尽量负载差不多，这样能达到最好的效果。至此，我们就拥有了一个300W×2的电源了，没花大价钱，Power一按两个电源同时开始工作，是不是很有成就感呢。

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关键词：高层建筑；双电源切换；故障；电气设计

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0137-02

现在，在很多建筑中（如工厂、学校、酒店和写字楼等），都装配了两套供电电源装置，一路用于正常时电源的供电，另一路则用于应急时供电，也可以称为备用电源。当主电源的供电出现问题或需要检修时，紧急启动备用电源进行供电，把应急电源改为供电电源。在高层建筑中，诸如在楼道、水泵、消防照明等电路中采用双电源方式更为的普遍，双电源切换方式可以有效的保障电路供电的可靠性，同时也会相应的增加双电源转换带来的故障。在发达国家早已把双电源切换电路的研究、生产列为了产业的重点，得到了快速的发展，并使其逐步实现智能化、高新技术化。二十世纪的九十年代，在国内市场对双电源切换开关需求量很大，相继引进了日本株式会社的MZ和VSK系列高低压双电源切换开关，从法国引进电机驱动SirCOVER标准型和VS型电源切换开关。通过引进这些产品，我国的电气元件的种类得到很大的丰富。

1 高层建筑双电源切换方案

所谓的双电源切换电路，指的就是能够提供电源之间相互切换（通常称为倒电）的电路。例如，当用电高峰期，一些用电较紧张的区域常会采用拉闸限电的方式，这种情况下，工作电源与应急电源之间切换的频率就会比较频繁。供电发生中断时，一级负荷和二级负荷往往会在经济上和政治上造成重大的损失，甚至危及人员的生命安全。在发电厂、医院、银行、军事设施等重要场所，必须安装可靠的双电源的自动切换电路。

目前，随着计算机的运用领域的不断扩大，双电源切换开关普遍采用的是计算机的辅助设计方式，这样能使产品性能更可靠、结构更合理。下面介绍一种双电源切换电路。

如图1所示是双电源切换电路中的主电路，AC1为主电路的工作电源，而CB1为工作电源中的进线断路器，AC2为主电路的应急电源，而CB2为应急电源中的进线断路器。C为可逆的交流接触器，它是由两部分组成：工作电源进线接触器C11；应急电源进线接触器C21。图2和图3则为双电源切换电路的控制电路。其中，C12是工作电源的控制回路中的中间继电器，C22是应急电源的控制回路中的中间继电器。C为可逆的交流接触器，它可以通过机械的联锁机构进行互锁，另外，它与控制电路中间继电器C12和C22构成双重互锁。这种切换电路更适合在工业环境下安全运行。

2 常见双电源切换电路故障及其解决方法

在高层建筑的电气设计当中，楼梯的走廊灯、设备房的照明、小区的路灯等的双电源切换电路开关是用接触器来构成，并且有自复式以及手动式这两种控制电路。对这些较小的单相负荷来说，采用的是由微型的接触器来构成的双电源单相切换开关。如果对于高层建筑中空调冷水机组设备房、水泵房，则是提出采用单相负荷配电线路和动力配电线路分开供电的方式，一边减小中线截面。

对于高层建筑中的电气设计来说，电源转换的回路比较多，并且末端的转换箱的分布也比较广泛，如果发生了故障，想要快速的查找出真正故障所在的回路，是一件比较困难的事情。以下根据笔者多年来的在双电源切换方面的维修经验，并结合一些高层建筑的线路设计思路，分析以下高层建筑中使用双电源时出现故障的几点基本维修方法。由于在双电源电路中，中间继电器和交流接触器是双电源切换的关键部件，双电源切换电路的故障主要有以下几种。

2.1 双电源切换故障

双电源切换之间发生故障时最常见的一种故障现象，而双电源电路如果无法实现正常的切换，可能是由于如下原因：继电器出现问题，备用电源回路的交流接触器出现问题，二次回路出现问题。以上的情况都会造成双电源不能正常的实现切换。

如果切换出现故障，首先打开双电源的切换箱，检查相应故障，一般情况下都会找的到相应的故障原件。因为，在故障元件的故障点上，往往会有被烧坏了的痕迹。所以，为了有效的防止此类双电源之间不能正常切换的基本办法就是要定期的对这些双电源电路之间进行一次人为的切换，一般来讲每个月一次即可。这样操作，一方面可以检查继电器和接触器是否能正常工作，另一方面能够发现问题并及时进行更换，及时控制故障。在实际运行中，如果市电停电了，而备用回路的有电指示灯是亮的，但此时某一个双回路已经不能进行可靠切换。这种情况就可以判断是该电路末端切换箱出现问题，针对配电箱就可以发现并解决问题。

2.2 双电源电路之间反复切换

高层建筑内的双回路之间反复切换，这种故障通常会造成市电停电，而备用电又送不上的情况。这种情况往往比较紧急，需要作出快速的处理。在此介绍一种多台变压器的双电源切换电路，两台变压器开关K1和K2和联络开关K5之间可以通过辅助锄头进行防并联联锁，必要时可以考虑联锁开关K3按照检查工作母线无压进行自动投入，以保证市电正常时，两台变压器互为备用。

当市电正常时，K1/K2/K4闭合，K5/K3断开，工作母线、备用母线均带电，实现了负荷双回路备用；市电停电时，K5/K3/K4闭合，K1/K2断开，工作母线和备用母线均带电，实现负载的双回路备用；市电停电且切缝火灾时，消防控制中心切除非消防负荷，保障消防负荷的双回路末端切换备用电源。

双电源回路之间反复切换的故障问题，是一种不太常见的故障现象。但这种故障问题涉及到了用电的安全，往往故障点也比较难找。而且影响面也较为广泛，通常会造成整个楼宇内的所有回路之间反复的进行切换。这是大楼内的灯就会出现忽亮忽暗的情况，也不能判断出是哪一个末端的切换出现了问题。此时如果主回路已经停电而备用的回路还有电，并且建筑内所有的双电源电路末端之间反复进行切换，维护人员就需要利用晚上的时间，对大楼实行一些人为的停电检查双电源切换情况。如果还是出现以上的现象，那么就要找到就近的双电源回路配电箱，然后使用万用电表针对主回路中的电压来进行测量，看主回路中是不是有较为明显的停电的间断点。从而判断到底是日光灯电感的放电现象，还是双回路的末端出现了倒送电的现象。

2.3 不能按照安全条件安装

双电源切换电路开关的安装必须符合标准的使用条件，否则就会造成一系列的安全使用问题。在安装时主要考虑的问题包括以下几个方面：

①周围的空气的温度。周围的空气温度应该保持在-15℃～60℃之间，并且在24 h内的平均温度不能超过55℃，如果周围的温度高于了65℃或者低于了-20℃则需要进行特制。

②大气的湿度。每月内的最大相对湿度大约保持在90%，能够耐受住海上的潮湿的空气影响，在较低的温度下则可以允许较高的相对湿度，如果温度变化会偶尔产生一些凝露则应该采取一些特殊的措施。

③安装的高度。安装地点海拔也不能超过2 000 m，当需要用在更高海拔的时侯，需要考虑空气的介电强度以及他的冷却作用会有所下降的情况，需要进行特制。

④污染的等级。安装地点环境的污染等级最高为3级。

⑤安装的级别。安装的类别应该为Ⅳ类。

⑥安装的倾斜度。产品在柜内应该采用固定安装的方式，最大的倾斜度约为±22.5°。

⑦飞弧的距离。在交流电为380 V时，飞弧的距离约为80 mm。而交流电为660 V时，飞弧的距离应该为100 mm。当电流保持在125 A及以下的情况下安装时，可以不用考虑飞弧的距离。

2.4 双电源切换电路开关步骤不当

据统计，所有的双电源切换电路的故障中有大约54.32%是由操作步骤不当引起的，所以工作人员在使用和维护双电源切换电路时，按照规范的程序进行操作是必要的。

①如果是因故停电，并且在较短的时间内不能恢复供电，则必须要启用备用电源的情况。首先要切除市电供电的各个断路器，其中包括配电室的控制柜内的各个断路器，以及双电源切换箱内的市供电的断电器，然后，拉开其中的双投防倒送开关，拨至自备电源的一侧，以保持双电源的切换箱内各个自备电的供电断路器达到断开状态。启动备用的电源，当待机组的运转处于正常情况时，需要顺序的闭合发电机的空气开关和自备电源的控制柜内的各个断路器。逐个闭合电源的切换箱内的各个备用电源的断路器，向各个负载进行送电。备用电源在运行期间，需要值班人员不能离开发电机组，并能根据负荷变化进行及时的电压和厂频率的调整，如果发现了异常就要及时处理。

②当市电已经恢复了供电的时侯，应该及时的做好电源的转换工作，先切断备用的电源，再恢复市电的供电功能。首先，按顺序逐个断开每个自备电源的断路器，其操作顺序如下：双电源的切换箱内的自备电源的断路器自备电源的配电柜内的各个断路器发电机的总开关把双掷开关拨送到市电供电的一侧。其次，按照柴油机规范的停机步骤进行停机。第三，按照从市电工作供电的总开关到各个分路的开关的顺序，依次闭合各个断路器，最后把双电源的切换箱内的供电断路器拨到闭合一端。最后，在检修双电源切换电路的故障时，必须注意基本的安全问题。这种倒送电方式是十分危险的，不要因为主电路断电了，就以为线路安全了。

3 结 语

双电源自动切换电路的功能强大，并且安装使用比较方便。广泛的应用与高层建筑、医院、银行等重要的场所。本文简要的介绍了常用的双电源切换电路结构，提出了一种多变压器双电源切换电路，并针对双电源切换电路中常出现的故障，提出了一些具体的应对措施，对指导高层建筑双电源切换电路设计和安装具有重要的指导意义。

参考文献：

[1] 赵金石.高压发电机并网问题的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2009.

[2] 赵应春，陈辉.变电站直流电源系统综合图化管理研究[J].电工技术，2007，（11）.

[3] 潘灵芝，孙晓桔.高层建筑双电源切换故障分析[J].建筑电气，2008，（8）.

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【关键词】双电源；施工方法；相位差；残余电压；接地

引言

双电源智能切换装置在保证铁路信号电源的可靠性方面有着重要的作用，随着铁路信号设备对供电可靠性的要求越来越高，阜淮线电气化改造工程中信号电源采用三路电源供电，一路自闭电源、一路贯通电源、一路站变电源。自闭电源作为主用电源直接接入信号电源一号防雷箱，贯通电源和站变电源经设在信号箱变内的双电源智能切换装置切换后接入信号电源二号防雷箱。在建设过程中，淮南站和桂集站多次在自闭电源停电后切换至贯通电源时出现贯通和站变电源的空气开关跳闸，危及行车安全。因此，如何解决双电源切换装置空气开关跳闸问题，提高信号电源供电的可靠性就是工程验收前亟待解决的问题。

1、信号电源的组成与故障分析

1.1信号电源的组成

本工程的信号电源是由设在车站信号楼附近的信号箱变及设在信号楼的信号防雷箱等设备组成的供电单元。自闭电源经电缆接入信号电源一号防雷箱，贯通电源与站变电源经双电源切换装置后由电缆接入信号电源二号防雷箱，信号电源构成示意图如图1所示。

1.2PSK-E 型双电源智能切换装置的构成图

本工程采用的PSK-E型双电源智能切换装置是综合应用先进的电力电子技术、微电子技术和信息技术实现两路独立电源智能化管理、快速转换的新产品；是当前国际领先的“柔流输电控制技术”在低压配电线路用户端的延伸应用。在设计时采用了电压过零点捕捉切换和不间断切换的切换控制策略，同时辅以触发器电气互锁电路。在保证了电源切换过程安全的前提下，装置的切换时间得到了大大的缩短。高速切换性能使得该双电源智能切换装置在切换技术上达到一个新的高度，该装置由主电路单元，切换控制单元和显示操作单元组成。

1.3智能双电源电子快速切换系统的结构和原理

在电源正常工作时，微控制器控制晶闸管驱动电路开通一路电源，同时通过互锁电路锁定另一路电源，从而保证信号系统的单电源供电；当电源发生故障时，微控制器的12位ADC模块将经过隔离采样和交直流变换的模拟电压/电流信号转换为数字信号。微控制器通过处理这些数字信号，判断出当前电源的故障情况，然后选择合适方式进行电源切换；监控系统通过RS485总线取得电源状态数据并将这些数据显示出来。智能双电源电子快速切换系统的结构和原理如图2所示：

2、故障现象及原因

2.1故障现象

在上海铁路局管内的阜淮线电力工程施工期间，淮南站和桂集站信号电源多次出现自闭电源停电后，贯通电源切换后贯通和站变电源同时跳闸现象，造成信号电源中断，信号死锁，危及行车安全。通过现场的测量，淮南站贯通和站变两路电源电源停电后可控硅输入端电压大于75V，两路电源相位差最大为170V，切除备用站变电源，重新投入贯通电源，供电正常。桂集站信号电源出现自闭停电后，贯通和站变电源也先后跳闸，从“运行数据记录”菜单中调出的故障记录显示，跳闸时的最大电流为64A，超过电动开关的额定值50A，有过负荷现象。PSK-E三相切换装置内部主接线图如图3所示：

2.2原因分析

针对两站双电源智能切换装置的上述现象，原因大致有几种情况：

（1）残余电压，双电源智能切换装置核心元件是绝缘栅双极晶体管IGBT（Insulated Gate bipolar Transistor），其等效电路如图4所示，这种结构使IGBT既有MOSFET可以获得较大直流电流的优点，又具有双极型晶体管较大电流处理能力、高阻塞电压的优点。在实验过程中，由于在晶闸管无触点开关的关断条件中，晶闸管无触点开关必须承受负压才能关断。由于双电源智能切换装置采用电压过零点检测切换技术，其原理为：在检测切换控制器检测到需要切换电源时，程序首先封锁可控硅的触发脉冲并检测输入电压的过零点，由于可控硅的续流性，可控硅此时并未关断，必须在交流电压在自然过零点时反向强迫关断时会存在残余电压，导致两路电源短路跳闸。

（2）相位差过大，如果检测切换控制系统中的两路晶闸管同时导通且两路供电电源有相位差和电压差，由此而造成的电源短路，会给供电安全带来灾难性后果。在一般情况下，两路供电电源的电压幅值和相位总是有差异的，即两路电源之间总存在电压差，这个电压差会引起电源的相间短路，所以两路电源不能同时供电。但是当两路电源的相位和幅值相差足够小时，装置足以承受电源并供所引起的瞬时短路电流，两路电源形成互为负载的供电状态，并且由于该过程的时间在半个周波以内，其并不能对电网造成有效的冲击。现场的贯通电源和站变电源来自不同发电厂，施工人员仅用相序表测量了两路电源相序正确就接线了，现场实测相位差为最大170V，双电源智能切换装置采用的是电压切换过程中切换延迟时间和高速并联切换，检测切换系统中复合无触点开关的开通条件中，两路电源相位差或电压差较大的时候，在一路无触点开关的开通时时刻，另一路无触点开关必须处于关断状态。所以，切换系统在切换过程中，在正常情况下从给出一路开关的关断信号到给出另一路电源的开通信号之间必须有一个延迟时间，以保证两路电源之间不会发生短路。试验证明，并联切换时相位差越小，切换时出现短路的可能性越低，所以在接线时应在核对相序后，测量相位差，选相位差较小的接入。

（3）接地不规范，电子元件可能因接地不正确而受到干扰，电子设备运行中可能受到电源传输耦合、传输线干扰、地电流干扰带来的电磁干扰的影响，接地阻抗越小，干扰对信号的影响也就越小。工地现场车站的接地和接零是很混乱的，施工时如未按要求对零线重复接地，就可能影响切换装置检测及通信功能的正常运行。如某路电源出现接地故障，会抬高地电位，造成残留电压升高，既影响可控硅的使用寿命，又降低双电源切换装置高速切换的可靠性。

（4）过负荷，由于桂集站在本次工程改造后即封闭，信号负荷大约为原负荷的60%，设计给出的开关额定值为50A。由于信号改造工程滞后电力工程，施工过渡期间在贯通电源上增加了取暖设备，自闭电源停电后造成贯通电源过载，引起跳闸。

3、解决方案讨论

（1）提高接地的可靠性，双电源智能切换装置输出端的零线是直接并联的，施工时技术人员应向作业人员进行技术交底并明确接地要求，认真检查双电源智能切换装置的接地连接质量，确保零线和PE线分开，站变零线接入箱变后需在箱变内做重复接地，确保两路零线无电位差，防止接地问题对双电源智能切换装置造成系统影响。

（2）适当延长两路电源的切换时间，延时切换和零电流检测切换均可以实现单工频周期内的电源切换。由于电源切换发生时间的不确定性，为了保证电源切换的安全可靠，延迟时间往往取得较大，这就带来了切换间断时间长和不能精确控制的弊端。零电流检测切换由于电流检测的不精确性导致了电源切换时机判断经常会出现较大误差，为了弥补这个缺陷，实现高速切换，该装置采用了电压过零点捕捉切换技术。可控硅的负压关断特性使得其在承受负压时能够可靠的关断。在使用了高精度的电压检测技术后，电压过零点捕捉切换可以实现高精度的高速切换，根据铁标TB/T3027-2002第11.2项“供电及电源设备”技术条件的规定：二路电源切换时间小于0.15S，针对这台双电源切换装置，我们把切换时间设置为0.1S，消除残余电压及可控硅自身质量缺陷对切换装置的影响。

（3）选择较低电位差，信号设备多事感性负载，相位差过大，会导致电压的叠加，对信号设备有影响，同时由于相位差过大，也造成可控硅承受较大反向电压，影响可控硅的使用寿命。施工时技术人员在技术交底时应明确要求作业人员测量两路电源的相位差，不能仅核对相序，要先找出相位差最低的相，按相位差最低原则配对相序。

4、结束语

在近两年的试运行中有两点问题值得重视，一是对电源供电质量标准提高了，电网扰动和电源零线、接地线安装不良都会引起在用电源切换；二是切换电流过零控制不准确将导致晶闸管软损伤、漏电压升高、寿命缩短。在双电源切换装置安装施工时，由技术人员认真熟悉双电源智能切换装置的工作原理及技术要求，根据现场情况认真准备技术交底资料并切实履行交底工作。只有认真做好检测、调试和试验工作，才能提高双电源智能切换装置的安装质量，从而保证双电源智能切换装置的运行可靠性。采取可靠接地方式、选择最小电位差及适当延长故障电源切换时间等施工方法，有效地解决了阜淮线上双电源装置引起的贯通和站变两路电源的跳闸问题。

参考文献

[1]《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》TB10421-2003 Just91-2004

[2]《供配电系统设计规范》GB50052-95.机械工业出版社，（1995），2-3

篇6

关键词：双电源自动转换开关；ATSE； CB级；PC级；连锁选择应用

中图分类号：TM564文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）05-0011-02

随着经济的飞速发展和人民生活水平不断提高，人们对电力可靠性的要求越来越高。电力可靠性是供电系统持续供电的能力，我局现在35KV变电站全部实现了双电源，城区线路实现了“手拉手”，一些重要客户也采用了双电源，因此在电力系统中，双电源自动转换开关被广泛应用。

一、双电源自动转换开关（ATSE）的发展过程

ATSE即双电源自动转换开关电器，由一个（或几个）转换开关电器和其他必需的电器（转换控制器）组成，用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的开关电器。ATSE作为消防负荷或其他重要负荷的末端互投装置，让负载在正常电源、应急电源间进行选择，并自动转换连接供电电源，在工程中得到了广泛应用。正确合理的选择ATSE在重要负荷的配电系统中是一个关键问题。

ATSE在我国经历了四个发展阶段，即接触器式、断路器式、负荷开关式和双投式。接触器式转换开关为第一代，是我国最早生产的双电源转换开关，它是由两台交流接触器及其机械和电气连锁装置组成，这种装置因机械连锁不可靠、耗电量大等缺点，在工程中越来越少地被采用。断路器式转换开关为第二代，也就是我国国家标准和IEC标准中所谓的CB级ATSE，它是由两台断路器及其机械和电气连锁装置组成，具有短路和过电流保护功能，但是机械连锁不可靠。负荷开关式转换开关为第三代，它是由两台负荷开关和一套内置的连锁机构组合而成，机械连锁可靠，转换由电磁线圈产生吸引力来驱动开关，速度快。双投式转换开关为第四代，它是由电磁力驱动、内置的机械连接保持状态，单刀双投一体化的转换开关，具有结构简单、体积小、自身连锁、转换速度快、安全可靠等优点，是PC级ATSE。

二、双电源自动转换开关（ATSE）的发展趋势

ATSE一般由两部分组成：开关电器本体；控制器。

ATSE的发展趋势主要包括两个方面：其一是开关主体，具备很高的抗冲击电流能力，并且可频繁转换；具有可靠的机械连锁，确保在任何状态下两路电源不能并列运行；不允许带熔丝或脱扣装置，以防双电源转换开关因过载而造成输出端断电现象；四级开关具备N级先合后分的功能，以防ATSE在切换时，不同系统中的N线上电位漂移，使电流走向不一致或分流，造成剩余电流保护装置误动作。其二是控制器，采用微处理器和集成芯片智能化产品，检测模块具有较高的检测精度，逻辑判断模块有较宽的参数设定范围（电压、频率、延迟时间的屏蔽）以及必要的状态显示设备，来满足不同负载的要求；具备良好的电磁兼容性，能承受主回路的电压波动、波浪电压、谐波干扰、电磁干扰等影响；转换时间快，且延时可调；可为用户提供各种信号及消防联动接口、通信接口。

从ATSE的发展过程及发展趋势看出，PC级ATSE在工程中的实际应用将成为ATSE的主流。

三、CB级与PC级ATSE的区别

1．二者机械设计理念不同。设备转换开关是为双电源转换，而并不是用作线路分段和线路保护，ATSE不应带短路和过电流保护功能。CB级ATSE由两断路器组成，而断路器是以分断电弧为己任，要求他的机械应快速脱扣，因而断路器的机构存在滑扣、再扣问题；而PC级ATSE不存在该方面问题，PC级产品的可靠性远高于CB级产品。

2．分断短路电流能力不同。CB级ATSE断路器不承载短路耐受电流，触头压力小，一旦发生短路或过电流的情况，当触头被斥开产生限流作用，脱扣器脱扣，从而分断短路电流，造成电源侧虽然有电，而负载断电的情况，不能满足一、二级负荷对供电的要求；而PC级ATSE能承受20Ie及以上的过载电流，触头压力大不易被斥开，因而触头不易被熔焊，能确保重要负荷的可靠供电。

3．安全性不同。两路电源在转换过程中存在电源叠加问题，PC级ATSE充分考虑了这一因素，PC级ATSE的电气间隙、爬电距离是标准要求的180%、150%，因而PC级ATSE的安全性更好。

4．触头材料的选择角度不同。断路器触头一般选择银钨、银碳化钨等材料，但该类材料易氧化，备用触头长期暴露在外，其表面易形成阻碍导电、难驱除的氧化物，当备用触头一旦投入使用，触头温升增高造成开关烧毁甚至爆炸；而PC级ATSE充分考虑了触头材料氧化带来的后果。

通过以上对比和分析，不难发现，PC级ATSE是理想的双电源自动转换开关电器，在配电系统中将广泛应用。

参考文献

[1]低压开关设备和控制设备（第6部分）．

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关键词：电力双回线路；继电保护原理；特点

中图分类号：TM762.2+6文献标识码：A

1 双回线路继电保护的特点

1.1 线间互感及跨线故障对继电保护的影响

除了在同一回线相间存在互感外，同杆双回线线间也存在互感的影响。故障情况下，双回线上的电压和电流不仅取决于本线路运行情况，而且还受另一回线电气量感应影响，其中以零序互感的影响最为突出。若不采取应对措施，可能导致接地距离保护和零序方向保护等发生拒动或误动。此外，在发生跨线故障时，电气量的变化特征与单回线故障时的情况也存在明显差异，给基于单侧电量的保护原理，如距离保护和功率方向保护等带来了许多新的问题。

1.2 不同运行方式下保护灵敏度的差异

同杆双回线有双回线同时运行、单回线运行、双线组合全相运行（准三相运行）、双回线（或单回线）非全相运行等多种运行方式。由于线间互感的存在，在不同的运行方式下发生故障时，线路的故障电压和故障电流存在很大的差异，进而导致在不同运行方式下的保护灵敏度并不相同。因此，需考虑保护配置方案和定值在不同运行方式下的适应性和灵敏度问题。

1.3 跨线故障选相

对于同杆双回线的异名跨线故障，保护装置存在误切双回线的可能，对系统稳定运行产生影响。例如，发生IA IIBG 故障时，应该由I回线两侧跳A相、II回线两侧跳B 相，但保护装置很容易误判为双回线都发生AB相间短路故障而同时跳开两回线，给系统稳定带来不必要的影响。因此需要研究有效的跨线故障选相方案，在系统发生上述类似故障时能够选跳线路，以维持两侧系统的联系。

1.4 自动重合闸

同杆并架线路发生跨线永久性故障时，应尽量避免两回线重合闸配合不当，导致重合于永久性相间故障，对系统造成严重的二次冲击。例如，发生IA IIBG永久性故障时，当I回线两侧跳A相、II回线两侧跳B相后，若两回线同时重合，相当于再次重合于ABG相间短路，将产生很大的短路电流，并导致两条线路同时切除，从而严重危及电网的稳定运行。此外，当两侧系统主要依靠双回线联系时，也需考虑如何协调两回线的重合闸方式，尽量保证跨线故障切除后，两侧系统仍能保持良好的互联运行，以提高电网的安全稳定运行水平。

1.5 更高的可靠性要求

相对单回线路而言，双回线传输功率更大，两侧系统联系更强，其安全稳定运行对系统稳定更为重要，这就对同杆双回线路的保护提出了更高的可靠性要求。需要保护装置能够更加快速、准确而又有选择性地切除故障线路。

2 同杆双回线路继电保护原理及应用

2.1 分相（分线）电流纵差保护

分相电流差动保护是指按相比较线路两侧电流的幅值及相位。如果两侧的电流差或者相位超过动作值时，线路两侧同时按相切除故障相。同杆双回线路每相都有两回出线，因此传统的分相电流差动保护在双回线中实为分线差动的形式。分相电流差动有良好的故障选相能力，保护效果不受系统振荡及负荷影响、对全相和非全相运行中的故障均能正确选相并跳闸。所以它是目前同杆双回线最理想和应用最为广泛的保护之一。在光纤通信条件满足的情况下，应考虑优先装设。分相电流差动保护应用于超高压长线路时，受线路分布电容的影响较大。

2.2 纵联距离（方向）保护

对于同杆并架双回线，当通道条件不具备，或为了满足主保护动作原理的双重化配置要求，常采用纵联距离（方向）保护作为线路主保护。同时，距离保护也广泛用于同杆并架线路的后备保护。线间互感的存在，使得双回线路中纵联距离和纵联方向保护的配置方案和整定相比传统单回线路复杂很多，邻线零序电流通过互感会对接地距离保护产生影响，使保护范围缩短或超越 ，因此在实际运行中常考虑缩短单侧距离保护的动作范围。为了减小零序互感的影响，提出了一种利用邻线零序电流进行补偿的距离保护方案。但采用相邻线路零序电流补偿时，仍存在故障相对健全相的影响如何、应该怎样补偿及健全相会不会误动等问题；同时还要考虑在故障相近侧跳闸后，健全相会不会因零序电流的影响而发生相继误动等问题。

2.3 横联差动保护

横联差动保护的基本原理是在同一侧比较双回线的电流，不需要增加额外的保护通信通道。根据电流的方向是否引入动作判据的差异，横差保护可分为横联方向差动保护和电流平衡保护两种形式。电流平衡保护只比较两回线电流的大小，适合安装于单侧电源供电的平行双回线的电源侧，而不能用于单电源双回线路的负荷端，在双电源系统中的弱电源端其保护的灵敏度往往是不够的。此外，当发生含同名故障相的跨线故障时，由于两相电流相等而会导致保护拒动。按保护功能的不同，横联差动还可以分为相间和零序（接地）差动两种形式。相间横差保护分别取不同相别的两回线的差流作为动作判据；零序差动保护则由两回线的零序电流作比较，将双回线两个零序电流的和或者差作为动作量的判据的都有应用。另外，零序横差保护定值应躲开相邻线路故障时流过双回线的零序差电流，如果双回线间互感较大而在定值整定中考虑不充分时，会导致横差保护误动。

3 同杆双回线路继电保护配置

目前我国已有一系列同杆双回线路投入运行，现结合相关文献对现有同杆双回线路保护的配置情况作分析探讨。

3.1 500kV电压等级的双回线路保护配置

洪龙线路是我国第一条全线同杆并架的500kV电压等级线路，全长180km。受当时技术条件的限制，最初保护装置配置和通道的组织并未考虑同杆双回线路跨线故障的选相问题，主保护配置采用微机高频方向保护和高频距离保护构成的双重化配置形式。在该保护配置下，当发生异名跨线故障情况时，会导致双回线同时三相跳闸，对电力输送效率和系统稳定带来影响。

3.2 330kV电压等级同杆双回线路保护配置实例

330kV南郊双回线路全长240km，属于局部同杆并架线路，同杆架设部分占整体线路的65%，于上世纪90年代初期投入运行。按当时的技术条件，双回线采用快速方向和快速高频闭锁距离保护构成主保护的双重化。在该保护配置下，系统发生的各类故障，保护基本都能正确动作。但保护在实际运行中存在一些缺陷，首先，双回线合环时如果运行线路的功率较大，合环点电压相角差过大，合环后会导致快速方向保护误动；其次，当安康侧机组全停为弱电源侧时，快速方向保护的阻抗元件灵敏度不满足要求，会造成保护拒动和选相失败，建议，当条件允许时，同杆双回线路可考虑选用纵差保护方案。

4 几点结论

结合本文对同杆双回线保护原理及工程应用的调研分析，可总结以下特点以及需要进一步开展的研究工作，供同行讨论与参考：

（1）分相（分线）电流差动具有良好的保护性能和故障选相能力，实际运行情况也一再表明，在通道条件允许的情况下，应该优先选用。

（2）出于保护双重化和后备保护的要求，目前尚需继续对受线间互感影响而复杂化的距离保护、零序保护等保护方案等开展更深入的量化研究，包括这些保护方案的合理配合。

（3）同杆双回线路保护的不正确动作情况主要是由于对线间互感情况下保护的整定计算缺乏更加量化的计算研究、保护装置本身以及所配置方案对双回线路复杂的系统结构和运行方式考虑不充分所致。

参考文献

[1]舒印彪，赵丞华.研究实施中的500kV同塔双回紧凑型输电线路[J].

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双向电磁阀工作原理：

1、常闭：双向电磁阀平时处于关闭状态；当线圈通电之后，电磁阀打开，断电后，电磁阀关闭。电磁阀处于开启状态的时候，进口压力大于出口压力，介质由进口端流向出口端；当出口压力大于进口压力，介质由出口端流向进口端。并且不管介质压力是进口端大于出口端，还是出口端大于进口端，电磁阀在断电之后，都能截止介质。

2、双向电磁阀特点：该阀采用不锈钢活塞密封，完全杜绝泄露产生；在使用压力范围内，该阀不分进口和出口，即进口当出口，出口当进口都可以正常使用；线圈采用专制大功率线圈，保证双向电磁阀的迅速打开和关闭；内部采用特殊加工304不锈钢弹簧，使介质从出口流向进口的时候，也能完全关闭；该阀采用直动式结构，满足使用压力很低的工况。

（来源：文章屋网 ）

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关键词：氧敏； 半导化； 氧空位； SrTiO3功能材料

中图分类号：TN304-34 文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2011)20-0150-03

Preparation of Voltage Sensitive Capacity Element with Double Functions

HAO Yun-fang1, Cao Quan-xi2

(1. School of Electronic Information Engineering, Peihua University, Xi’an 710065, China；

2. School of Technical Physics, Xidian University, Xi’an 710071, China)

Abstract： The roles and effects of oxygen vacancy in perovskite oxide functional materials were researched. The SrTiO3 specimens with different additive were prepared. The n-type semiconductive component with double functions, capacitor and varistor were sintered in reducing atmosphere, and the p-type oxygen sensors were prepared in normal atmosphere. The electronic performance parameters, as breakdown voltage V1mA, were measured for varistor. It was measured for p-type oxygen sensors, dependence of resistance on temperature, and the desorbed oxygen on the specimens by means of TPD. Some research results are shown as follows. The oxygen vacancy is important condition for additions diffusion in perovskite crystal, so the oxygen vacancy must be controlled in order to prepare perovskite semiconduction oxide functional ceramic components. It is n-type semiconductor if oxygen vacancies are the result from reducing at atmosphere sinter. It is clear also that the partial substitution of acceptor addition brings about a p-type semiconductor and an increase in oxygen vacancies, resulting in an increase in oxygen exchange simultaneously between specimen and ambient. Therefore, it is possible to obtain SrTiO3 component exhibiting high oxygen sensitivity.

Keywords： oxygen sensitivity; semiconducting; oxygen vacancy; SrTiO3 functional material

0 引 言

由于钙钛矿（ABO3）型陶瓷在超导、铁磁、铁电、磁阻、介电、敏感等领域具有独特的性能，使其成为人们关注的重点电子功能材料之一［1］。钛酸锶（SrTiO3）属于钙钛矿型结构。P型SrTiO3陶瓷具有对氧气敏感的特性。N型SrTiO3陶瓷具有压敏、电容的双功能特性，所制备的环形元件可用于直流微型电机的消噪和过电压保护，所制备的片状元件可用于电源系统消除尖峰脉冲，提高系统的电磁兼容性。在钙钛矿材料的半导化过程中，氧空位起着重要的作用，因此有必要对氧空位的形成和影响进行深入的研究。

1 实验

以SrCO3，TiO2和Mg(OH)2•4MgCO3•6H2O为原料高温合成Sr(MgxTi1-x)O3,其中x代表摩尔比，所合成的不同配方的原料与有机载体均匀混合，分别涂敷到带有铂电极和引线的Al2O3陶瓷基片上，烘干后在1 200 ℃，空气中烧结3小时制成P型半导化的厚膜式氧敏元件。所制备的样品在不同温度下测试了阻-温特性和氧敏特性，考察了它的半导化特性。

用程序温度脱附法［2-3］（Temperature Programmed Desorption,TPD）测试氧脱附特性。样品置于样品管中，程序升温氧化到850 ℃，恒温1 h，在氧化气氛中降温至室温，然后在高纯氮（纯度为99.99%）中进行TPD至850 ℃，脱附量由与比表面积测量仪中类似的热导池检测。

以SrCO3，TiO2，Nb2O5，La2O3，Bi2O3，Co3O4和MnCO3等为原料，经球磨，造粒，压片后制成直径D＝7 mm的生片，在75 mol％的H2，25 mol%的N2的强还原条件下1 400 ℃烧结4 h，再经涂烧电极制成N型半导化的压敏、电容双功能元件。测试了压敏电压U1mA，非线性系数α，电容量C，损耗角正切tg δ等参数，也考察了它的半导化特性。

2 结果和讨论

2.1 氧空位是杂质扩散、实现半导体化的重要条件

如图1所示，完整的ABO3型晶体的结构特点是以BO3氧八面体形成共顶点的骨架，原子排列均匀致密，杂质的固熔限一般都很低。例如，在纯净的SrTiO3中TiO2的固熔限小于0.5 mol%,SrO的固熔限小于0.2 mol%，Nb2O5的固熔限小于0.4 mol%。完整的SrTiO3晶体的禁带宽度约为Eg=3.3 eV［4-5］,即可以认为在常温下SrTiO3是绝缘体。为了实现SrTiO3半导化，最常用的方法是进行掺杂。由于钙钛矿的结构特点，不易形成填隙缺陷。不论是N型掺杂还是P型掺杂，均是杂质替位，其前提条件是杂质原子要实现在基体材料中的扩散。完整SrTiO3晶体的杂质固熔限低，杂质的扩散系数也很小。实验证明，完整的SrTiO3晶体是很难实现半导化的。与金属原子空位相比，形成氧空位的形成能较低，在工艺上也较易实现，因此氧空位成为在SrTiO3晶体中杂质扩散、实现半导化的重要条件。

图1 ABO3晶体结构

在钙钛矿结构的材料中氧原子扩散的主要形式为“空位机制”，即氧原子的扩散是以氧空位的移动来实现。若一个氧原子要实现一次扩散运动的必要条件一是其周围有氧空位，二是具有一定的能量。空位机制的扩散系数可表示为：

ИD=D0e－(U+E)/kT＝D0e－ΔE/kT＝D0e－ΔQ/RTИ

式中：D0表示空位扩散的频率系数；U表示空位形成能；E表示空位迁移一次所需越过的势垒高度；ΔE表示空位扩散激活能；RП硎酒体普适常数。

由于具体实验中测试工作的复杂性，目前所报道的在SrTiO3单晶中氧扩散激活能在89～145 kJ/mol之间［6-9］，且氧的扩散速率远大于锶和钛的扩散速率。在多晶样品中，由于在晶界区结构发生畸变，存在大量的缺陷，使晶界成为扩散的“快通道”，所以同种材料的多晶样品比单晶样品的扩散速率大得多。

但当氧空位较多时，BO6氧八面体可能变形，导致晶体结构从立方晶系向四方晶系或正交晶系转变。当不同氧空位有序相发生转变和BO6氧八面体的不同连接相发生转换时，钙钛矿氧化物中的氧含量也发生相应的变化。例如，共顶点连接变成共边或共面连接时，可能引起氧八面体的破裂。为了维护ABO3-Y型晶体的基本结构框架，氧空位的最大含量\Ymax=1。

2.2 产生氧空位的方法和途径

2.2.1 还原气氛烧结

在制备SrTiO3氧敏-电容双功能陶瓷的研究过程中，为了提高晶粒的半导化程度，降低压敏电压U1mA,必须提高材料中的氧空位浓度。为此，把材料在液氨（NH3•H2O）分解的强还原气氛下高温（1 400 ℃）烧结4 h，其准化学反应式为：

ИO×O12O(g)O+V••O+2e′（1）И

由式（1）可知，氧空位不但为其他高价杂质Nb5+，La3+的扩散创造了必要的通路，而且氧空位为导带提供了导电电子，本身就是N型半导化的措施。实验结果表明，若不采取强还原气氛烧结，几乎不可能制备N型高半导化的陶瓷（例如，压敏电压U1mA≤10 V的压敏元件）。

2.2.2 受主掺杂

在ABO3型结构中，如在SrTiO3中以B位替位为例，当SrTi=1时，施主B替位和受主B替位分别为：

И4SrO+2Nb2O54Sr×Sr+4Nb•Ti+12O×O+O2+4e′(2)

SrO+MgSr×Sr+Mg″Ti+2O×O+V••O(3)И

当Sr/Ti>1时，施主B替位和受主B替位分别为：

И5SrO+2Nb2O55Sr×Sr+4Nb•Ti+V4－Ti+15O×O(4)

2SrO+MgO2Sr×Sr+Mg″Ti+V4－Ti+3V••O+3O×O(5)И

当Sr/Ti

ИSrO+Nb2O5Sr×Sr+2Nb•Ti+V••Sr+6O×O (6)

SrO+2MgOSr×Sr+2Mg″Ti+V••Sr+3V••O+3O×O(7)И

比较式(2)~(6)可知，在ABO3型结构中，不论原子计量比A/B是否等于1，受主杂质均可产生氧空位。一般认为只有在低温（例如低于550 ℃）［10］时氧空位以单价电离V•O为主，在高温下以二价电离V••O为主。氧空位的出现使氧八面体畸变，这样反过来又进一步增加了受主杂质的固熔限，这样在钙钛矿结构的材料中，若未采用强还原烧结，受主杂质的固熔限远远高于施主杂质。当材料中产生了大量的氧空位时，在高温下环境中的氧原子又会向晶体内扩散，如下式所示：

И12O(g)O+V••OO×O+2h•（8）И

在价带中产生空穴，这就是高半导化的P型钙钛矿型材料并不需要在强氧化条件下烧结（正常大气下烧结即可），而高半导化的N型钙钛矿型材料必须在强还原条件下烧结的物理原因。

另外，比较式（2）和（4）可知，当Sr/Ti≠1时，均产生金属空位，此时施主掺杂产生的电子被金属空位所吸收，即产生原子补偿。所以当Sr/Ti=1时，施主掺杂的效率才比较高。

2.2.3 Schottky缺陷形成氧空位

由于在钙钛矿结构的材料中形成填隙缺陷的几率很低，所以点缺陷以Schottky缺陷为主，Schottky缺陷由于热运动体内原子迁移到表面，体内留下空位。若体内的氧原子和锶原子均迁移的表面，形成表面SrO，其准化学反应式可写成：

ИO×O+Sr×SrV″Sr+V••O+SrO(9)И

体内同时生成锶离子空位和氧离子空位。

2.3 受主掺杂产生的氧空位促进环境氧与晶格氧的交换，提高了钙钛矿型氧敏元件的灵敏度

TPD测试结果如图2所示。在400～800℃之间，氧脱附量随受主杂质Mg2+浓度的上升而上升。这可认为，式（3），（5），（7）的反应产生的大量氧空位促进了式（8）反应的进行，即促进了环境氧与晶格氧的交换。这种交换使材料价带的空穴密度上升，当然对材料的电导率产生影响，进而使氧敏元件的灵敏度上升。

该结果同时也说明，SrTiO3钙钛矿型氧敏元件的灵敏度，不仅取决于材料表面化学吸附氧的多少，而且与环境和材料体内氧交换的多少有关。为了提高氧灵敏度，不但要降低化学吸附氧的激活能，而且要增大体内氧空位浓度，提高氧在材料中的扩散系数。

3 结 语

氧空位是在SrTiO3晶体中杂质扩散、实现半导化的重要条件，因此控制氧空位的浓度成为制备半导体型功能陶瓷元件的重要因素；还原气氛烧结产生的氧空位是材料实现N型半导化的重要手段； 受主掺杂产生的氧空位促进了环境氧与晶格氧的交换，是材料实现P型半导化的重要手段,也提高了钙钛矿型氧敏元件的灵敏度。

图2 不同浓度Mg 掺杂的TPD谱

参考文献

［1］王中林，康振川.功能与智能材料结构演化和结构分析［M］.北京:科学出版社,2002.

［2］YU Chun-ying, SHIMIZU Yasuhiro, AREI Hiromichi. Sensors and auctuadors \. IEEE Press, 1988, 56: 309-318.

［3］曲昭君，于春英，李文钊，等.掺杂钙钛矿型氧化物的固体结构及其可交换氧\.物理化学学报,1994,10(9):794-801.

［4］CHO G N, TULLER H L. Defect structure and electric properties of single-crystalline Ba0.03 Sr0.97O3 \. Journal of American Ceramic Society, 1998, 7 (4): 201-208.

［5］BAKACHANDRAN U, ERROR N G. Electric conductivity in strontium titanate \. Journal of Solid State Chemistry, 1981, 39: 347-351.

［6］罗世永,张家芸.SrTiO3的缺陷化学［J］.北京科技大学学报，2001,23(5):409-413.

［7］曹全喜，邓亮雄，杨鹏，等.镁在钙钛矿型氧敏材料中的作用［J］.西安电子科技大学学报，2005,32(3):353-356.

［8］吴广文，吴元欣，马沛生，等.掺杂钙钛矿载体制备及合成碳酸二苯酯活性评价［J］.天津大学学报,2006,39(4):386-391.

［9］李涛，赵广军，何晓明.YAP晶体变色现象的研究［J］.人工晶体学报，2002,31(5):456-459.

篇10

关键词：双馈风力发电机；运行模式；控制技术

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）06-0-01

据调查，世界各国在风力发电中每年投入的资金总额已接近一千亿美元。全球范围内，已开始进行研究和采用风力发电技术的国家约有一百个。由此可见，在化石燃料日渐减少的现状下，风力发电技术极有可能与其它可再生能源（比如太阳能、水力等）发电技术一同取代火力发电。

在风力发电技术研究中，最基本的一个环节就是风力发电机的研究与应用。到目前为止，常见的风力发电机有定桨定速型、变浆变速型等多种类型，而在后一种类型中，大部分都采用了双馈式设计。下面，笔者将以此类风力发电机为例，简明扼要地介绍其组成结构、优点、运行原理以及相关控制技术。

一、双馈风力发电机的结构与特点

顾名思义，“双馈”指的就是电机的定子与转子均可完成电力供应过程。一般来说，双馈式发电机的主要部件有定、转子及其接线盒，传动机构、滑环系统与冷却设备等。其中，转子结构主要存在成型绕组、矩形半线圈、散嵌绕组等形式；滑环系统主要包括碳刷、刷架、滑环、滑环风扇、滑环座、滑环维护罩等部分，而滑环又分为热套式和环氧浇注式两种类型；冷却设备主要分为风冷式、水冷式等多种形式。

从性质上区分，双馈式发电机应当归入异步式发电机的范畴，但这类发电机又拥有与同步式发电机相似的激磁绕组来调控励磁过程及功率因数。因此，这种发电机兼有同步和异步式发电机的优点。

这类发电机体积小、成本低、无功功率的调节方式简便易行、抗电磁干扰能力较强。同时，发电机的励磁过程与所连接的供电网络关系不大，可以直接由转子所处电路完成。因此，发电机输出能量的稳定性较强，在其工作过程一般不会使电网产生大幅波动。系统可以通过控制发电机励磁过程来快速、精确地调节发电机运转状态参数以及功率因数。另外，双馈式发电机还对风力变化有着出色的适应能力和维持输出电能稳定的能力。

二、双馈风力发电机的运行原理

双馈发电机的定子与供电网络相连，而转子则先与双脉冲宽度调制变流器相连，然后再接入相应的供电网络中。所以，与发电机的定子端相关的电力参数不会变化，与转子端相关的电力参数可以通过双脉冲宽度调制变流器进行调节。另外，在整个工作过程中，发电机的转子部分通过交流电完成励磁过程，这保证了发电机具有足够的稳定性和较强的适应能力，同时对于降低发电成本来说也具有重要意义。

根据定子磁场转动速率与转子磁场转动速率的关系，这类发电机的运转模式一般分为以下几种：

（1）超同步模式。在定子磁场转动速率低于转子磁场转动速率的情况下，转轴的输出功率高于定子磁场运动所产生的功率。而转子所在电路不但不需要供电网络提供直流励磁电流，还能够借助双脉冲宽度调制变流器为供电网络供给电能。因此，在这种工作模式下，发电机能够同时利用定子所在电路与转子所在电路向供电网络输送电能。这种模式即为发电机的正常工作模式。

（2）同步模式。在定子磁场转动速率与转子磁场转动速率相等的情况下，转轴的输出功率也与定子磁场运动所产生的功率不相上下。此时，发电机只能利用定子所在电路向供电网络提供电能，而转子所在电路不能参与其中，只能接受供电网络所提供的直流励磁电流。这种状态下，三者转动速率相同，因此，发电机以同步模式进行工作。

（3）亚同步模式。当定子磁场转动速率高于转子磁场转动速率时，转轴的输出功率低于定子磁场运动所产生的功率。因此，在这种工作模式下，供电网络需要借助双脉冲宽度调制变流器为转子所在电路供给电能，而电能输送任务由定子所在电路一方承担。这种工作模式又叫做补偿发电模式。

实际应用中，双馈式发电机的工作模式与环境因素有关：在风力较小的情况下，发电机以亚同步模式工作；而在风力足够时，发电机就会以正常状态（超同步模式）进行工作。

三、双馈风力发电机的控制技术

桨叶在风力作用下转动时，它所产生的动能会带动发电机转子运转。根据定子磁场转动速率、转子转动速率、以及转子磁场转动速率之间的关系调节转子转动速率和电流频率，就可以完成对双馈式发电机的基本控制。

常用的风力发电机的控制技术主要有以下几类：

（1）矢量控制技术。这种控制技术的核心内容是：根据发电机的定子端输入电流的频率、相位、幅值等参数构建起相应的电流矢量，通过适当的控制算法将直流量转变成交流量，进而控制发电机机械部分的工作状态及功率因数，进而提高能量转化效率，为供电网络提供稳定、可靠的电能输入。一般而言，这种控制技术适合于风力不大的地区。

（2）模糊控制技术。这种技术属于智能化控制的范畴，一般是利用软件来模拟人类思维方式，依靠相关经验或处理办法来根据风力、风向的变化作出控制反应。这种情况下所得到的控制数据往往只是能够维持系统顺利运转的、接近系统最优值的一个合理值。所以，这种控制技术的应用状况对开发人员经验和预设的控制规则有明显的依赖性。这种技术一般适合于风力较大的区域。

（3）直接转矩控制技术。这种技术的关键在于直接通过调控输入转矩，结合相关分析理论来控制发电机的运转状态。利用这种技术，可以在不进行复杂矢量建模和运算的前提下，直接出计算转矩参数，进而控制输出电能的参数及稳定性。

当然，双馈式风力发电机的控制技术还有很多种，例如滑模变结构控制技术、H∞鲁棒控制技术等，由于文章篇幅有限，此处不再过多介绍。

双馈式风力发电机融合了同步式与异步式两类发电机的优点，能够为供电网络提供稳定、可靠、高效的电能供应，拥有极为广阔的发展前景。随着制造工艺和相关控制技术的发展与优化，这类发电机必将在风力发电领域发挥更重要的作用。

参考文献：

[1]胡文，肖强晖.双馈风力发电机空载并网控制策略研究[J].湖南工业大学学报，2012，26（6）：25-29.