無損寬調壓脈動浮充蓄電池成套直流屏的製作方法

2023-04-26 14:54:11

專利名稱：無損寬調壓脈動浮充蓄電池成套直流屏的製作方法
本申請屬於電力系統用的直流屏，適用於鉛免、鎘鎳等各類蓄電池成套直流屏。
與本申請最接近的現有技術是本申請設計人設計的ZL99221860.8實用新型專利「無環流並運鉛免蓄電池成套直流屏」。前專利的電路結構如

圖1所示，它是在直流屏線路中設有兩條直流母線1M+、2M+，一條浮充母線FM和一條充放電母線CFM。1號充電機通過開關接浮充母線，2號充電機通過雙向開關分別接於浮充母線和充放電母線，在1M+、2M+兩條直流母線一端分別接於兩組各由50支二極體串聯組成的自動調壓矽鏈的陰極端，雙組蓄電池通過雙位開關分別接於防環流裝置②④端和充放電母線。該防環流裝置設有三組防環流通道，每組有兩支二極體組成。其中一組陰極並接後分別接於兩組調壓矽連的陽極，其陽極分別接兩組蓄電池，這是兩組蓄電池事故放電和浮充瞬時放電共用防環流通道。二組陽極並接於浮充母線，陰極分別接於兩組蓄電池，這是浮充電流專用防環流通道。三組兩陰極分別接蓄電池，兩陽極並聯經開關接充放電母線，這是在個別情況下採用的均充電防環流通道。浮充母線還有一路經二極體接於兩調壓矽鏈的陽極端，這是常時直流負荷通道。該專利技術實現了雙組蓄電池無環流並聯運行，消除了環流的重大隱患，解決了單電流直流屏的可靠性和壽命很低的問題，比兩組並用的全容量單電源直流屏的可靠性高，而且成本降低一半。實現了全自動、高容量保持值、高壽命，寬調壓技術指標，能滿足電力系統交流停電時優質電壓，高可靠性的直流電源的需求。但是也有其不足。尤其是在大電廠採用時，浮充時常時直流負荷和事故時事故直流負荷均很大，高達數十安至數百安。而且都要通過調壓矽連，加大了調壓矽連的容量，增加了調壓矽連的電能損耗，也大大增加了直流屏的成本和運行費用，還給安裝帶來不便。另外，由於電路原理的限制無法實現高效脈動浮充，限制了蓄電池容量保持值和壽命的進一步提高。
本申請的目的為解決上述技術方案的不足，提出一種新的技術方案，實現在雙組蓄電池無環流並聯運行的條件下，能調壓範圍寬，降低調壓損耗，降低設備成本和運行費用；實現對蓄電池的均容高效脈動浮充，進一步提高蓄電池的容量保持值和使用壽命和可靠性。
本申請的技術方案技術方案如圖2、圖3所示，圖2是以220V系統的直流屏為例的線路圖，圖3是圖2中電壓均衡器，JYJ的電路圖。圖2中，包括二條直流母線，即一條合閘母線HM，一條控制母線KM；合閘母線HM連接合閘負荷、事故照明負荷、直流起動油泵n2，控制母線KM連接信號負荷、控制負荷n1；一條充放電母線CFM，一條共用的負母線M-，兩組蓄電池組1XDC和2XDC，兩套充電機1CDJ和2CDJ。
方案還包括1、設置無損自動寬調壓防環流裝置WTF。該裝置有7隻二極體D1～D7組成4條通道，其中D1、D2組成兩組蓄電池事故放電防環流通道，D3、D4組成兩組蓄電組B段主電池在浮充期間0.1秒至數秒瞬時放電防環流通道，D5、D6組成兩組蓄電池常時浮充防環流通道。(上述三條通道保證了兩組蓄電池在各種工作狀態下並聯運行且無環流。)另外D7是正常工作期間控制母線KM向合閘母線HM供電的通道。(因合閘母線HM常時負荷接近於零，所以兩母線的電壓接近相等。)2、兩組蓄電池1XDC和2XDC分別為A、B兩段na、nb，A、B兩段之間帶有一個抽頭。蓄電池組1XDC和2XDC的正極一路分別通過調壓接觸器11C、防環流裝置WTF中的二極體D1和D2接合閘母線HM；另一路分別通過雙刀雙位工況開關1K和3K的上刀「充電活放」電位1接充放電母線CFM。
蓄電池組1XDC和2XDC的抽頭分別通過雙刀雙位工況開關1K和3K的下刀「浮充放電」位4和WTF中二極體D3和D4連接控制母線KM。
3、1CDJ和2CDJ的特點是分別輸出兩種電壓。
充電機1CDJ是高功率和低功率模塊GM、DM組合的高頻開關電源式的浮充機，通過高功率模塊GM和低功率模塊DM同時輸出230V純直流和24V脈動直流電壓；230V純直流電壓輸出端7經過開關5K和二極體D8連接控制母線KM；24V脈動直流電壓與230V電壓相加後輸出254V的脈動直流，輸出端5經開關5K通過WTF浮充防環流通道二極體D5、D6和工況開關1K、3K的上刀「浮充」位2分別連接兩蓄電池組「正」極，單獨向電池組進行脈動浮充電。
本方案中，高功率模塊按常規n+1設計，n是代表正好滿足正常負荷及浮充電流要求的模塊數，1是代表熱備份備用模塊數。本例中按7+1設計，共8塊高功率模塊。低功率模塊按1+1設計，即一個模塊工作，一個模塊熱備份備用，當一個模塊故障，另一個模塊投入正常運行。當兩個高功率模塊同時發生故障時，浮充一充電兩用機2CDJ自動投入使用。
充電機2CDJ是浮充—充電兩用機，輸出230V的純直流和280V的脈動直流(限壓恆流)。230V純直流作為1CDJ故障時的備用電源其輸出點5經二極體D9和接觸器4C接入控制母線KM；另一路經接觸器3C接入充放電母線CFM，當工況開關1K或3K置「充電活放」位1時，接觸器2C接點閉合，280V的脈動直流向蓄電池組充電。
4、1CDJ、2CDJ、1XDC、2XDC的「負」極分別經各自的開關接共同負母線M-形成迴路。
5、在合閘線母HM和控制母線KM之間聯接有HM向KM供電的調壓接觸器12C、事故調壓電阻Rt和KM向HM供電的常時通道二極體D7。
6、兩組蓄電池組的正、負極和抽頭分別聯接到電壓均衡器1JYJ和2JYJ。電壓均衡器電路如圖3所示，它由三級管G和偏置電阻R1、R2及限流電阻R3組成。R1、R2分別接於電池組正負極並和三極體G基極接通，三極體射極接電池組A、B兩段間的抽頭，R3接於三極體G的集電極和電池組A段正極。
為了充分了解本技術方案，其工作原理描述如下當工況開關1K或3K置「浮充」位置2時，則常時浮充防環流通道的D5、D6開通，對兩組蓄電池進行脈動浮充，同時瞬時浮充放電通道D3、D4開通，使兩蓄電池組B段nb與控制母線KM接通，為B段瞬時放電和後備放電提供通路。當工況開關1K或3K置「充電活放」位置1時，則該組電池與充放電母線CFM接通，進行各種充電和活化放電。在浮充或充電時，雖然電池組電壓高於母線HM和KM，由於調壓接觸器11C和工況開關的下刀是斷開的，所以不會造成KM、HM過電壓。當遇到交流停電事故時11C電壓自降約5％後加入HM母線，並經過Rt、12C接點調壓後接通了KM母線，保證事故放電期間控制母線KM和合閘母線HM自動寬調壓優質供電。
WTF中的二級管D7的作用是在正常浮充時保證控制母線KM向閘母線HM供電。
採用了由高、低壓模塊組合的「高」頻開關電源式的浮充機後，由高功率模塊GM輸出230V純直流直供控制母線KM，低功率模塊DM輸出的24V脈動直流再與高功率模塊GM輸出的230V純直流相加後的254V脈動直流，經防環流裝置WTF中的D5、D6對兩組蓄電池進行脈動浮充電。
上述方案徹底消除了調壓矽連以及常時負荷在調壓矽連中的損耗，實現了無損寬調壓和脈動浮充，同時提高了蓄電池浮充和直流母線供電的可靠性。
在方案中蓄電池組分A、B兩段，兩段的功用是A段為調壓段，電池只數是按滿足一小時事故放電後，直流母線電壓下降到不低於95％選取的。B段為主體段，電池只數是按正常浮充時B段電壓等於控制母線工作電壓選取的。B段承擔瞬時供電任務。因瞬時放電後電壓有可能下降，為了使兩段電池組在同時浮充時單只電池電壓容量的均衡，兩組電池都設置了電壓均衡器1JYJ和2JYJ。其電路如圖3所示。正常時蓄電池組中各單電池的電壓相同，對應G的基極和發射極與KM母線電壓相等，三極體G不導通，當B段電壓瞬時放電下降後，三極體G導通，對B段補充充電，電壓上升到射級、基極電壓相等時，則自動停止對B段的補充充電，保證了整組電池中的單只電池電壓容量的均衡，該「均容」是本方案中電池的容量保持值和使用壽命提高的至關重要措施。
本申請的積極效果1、蓄電池組的浮充電壓比直流母線運行電壓高近11％，具有足夠的調壓能力。電池組有一個抽頭電壓與直流母線電壓相等，經防環流裝置與直流母線相通，使直流母線具有電壓相等的後備供電電源。又因浮充機採用兩種模塊組合的高頻開關電源，輸出純直流電壓直供控制母線和合閘直流母線，輸出脈動直流向蓄電池浮充，這就消除了蓄電池和直流母線間昂貴的調壓矽鏈及其常時負荷在矽鏈中損耗，減少成本，降低運行費用，實現了無損寬調壓和高效脈動浮充；同時還實現了充電機高效率、低噪聲、高穩壓。
2、由於採用7隻二極體組成的WTF防環流裝置，具有浮充電，浮充放電，事故放電，三條防環流通道，實現了在無損寬調壓的前題下，兩組蓄電池在各種運行狀態中都能無環流並運，徹底消除環流的危害。
3、在正常運行中，兩組蓄電池的抽頭向直流母線提供可靠的瞬時供電和後備供電，保護了浮充機過載，大大提高了直流母線供電的可靠性。本方案還採用兩隻JYJ電壓均衡器能及時的自動的進行電壓容量均衡，解決了多年來帶尾電池的直流屏想解決而又無法解決的造成蓄電池壽命很低的要害問題，提高了電池容量保持值和使用壽命，實現了均容無損寬調壓。
4、浮充機輸出脈動直流的低功率模塊按1+1設計，即一塊工作，一塊熱備份備用，每一塊都能承擔蓄電池全部浮充負荷。因此不僅解決了長期以來無法解決高效脈動浮充，而且還解決了高可靠脈動浮充電源，使蓄電池的容量保持值和壽命進一步提高。
5、正常運行時直流母線供電十分可靠。它有相當4個正常供電電源，正常時是1CDJ的7個模塊供電，一個模塊熱備份備用。所以當一個模塊故障，另一個模塊自動投入，這相當於第一個電源的自動投入。當1CDJ故障，2CDJ自動投入，這相當於第二個電源的自動投入，當1CDJ、2CDJ同時故障或交流停電，兩蓄電池組B段自動投入供電，這相當於第三、第四個電源，所以供電的可靠性高，供電質量好。
6、事故供電可靠性高，電壓質量優交流失電初瞬，有兩組蓄電池B段經WTF中D3、D4向KM母線供電，並再經D7向HM母線供電使各種負荷及時得到供電。交流失電約0.5～1秒蓄電池電壓下降近5％時，接觸器11C閉合，兩組蓄電池的全壓經WTF中D1、D2向HM供電，又經調壓電阻Rt降壓5％向KM供電，經數分鐘，蓄電池電壓下降到接近直流母線正常運行電壓時12C閉合，KM、HM電壓相等。由於蓄電池的只數多，浮充電壓高，在一小時事故放電的末期，直流母線電壓下降到不低於95％，從而保證了兩直流母線在一小時交流失電事故期間優質可靠供電，實現了均容無損寬調壓，當交流電恢復時11C、12C自動斷開恢復原狀。
7、當工況開關1K或3K置充電位時，單組蓄電池可進行初充電，均充電，補充電，活化充電或活化放電。由於工況開關1K、3K和接觸器11C、12C的作用，直流母線在各種情況下既不產生過壓，也不產生失壓和欠壓，實現了高質量的可靠供電。
下面對以220V系統直流屏為例的設計參數說明如下1、兩組蓄電池組中每組按1000AH設計，A段調壓段電池11隻，電壓2.23×11＝14V，B段主體段電池103隻，電壓2.23×103＝230V，每組電池114隻。
2、浮充機1CDJ的高功率模塊選用10A-DC230V/380V，共8塊，7塊工作，1塊熱備份。
3、電壓均衡器JYJ中三極體G選用100mA/60V複合矽三極體，直流放大倍數β＝2000，按均容電流50-80mA設計，R1＝12KΩ/0.25W，R2＝115KΩ/1W，R3＝270Ω/3W。本電壓均衡器也可用一隻470Ω/3W的電阻代替，接入電池組A段na兩端即可。
權利要求
1.一種無損寬調壓脈動浮充蓄電池直流屏，它包括一條合閘母線HM，合閘母線HM連接合閘負荷、事故照明負荷、直流起動油泵；一條控制母線KM，控制母線KM連接信號負荷，控制負荷；一條充放電母線CFM，一條共用的負母線「M-」；兩組蓄電池組1XDC和2XDC；兩套充電機1CDJ和2CDJ；其特徵是方案中還包括1.1設置無損自動寬調壓防環流裝置WTF，該裝置有7隻二極體D1～D7組成4條通道；其中D1、D2組成兩組蓄電池事故放電防環流通道，D3、D4組成兩組蓄電組B段主電池在浮充期間瞬時放電防環流通道，D5、D6組成兩組蓄電池常時浮充防環流通道；另外D7組成正常工作期間控制母線KM向合閘母線HM供電的通道；1.2兩組蓄電池組1XDC和2XDC分別為A、B兩段，A、B兩段之間各帶有一個抽頭；蓄電池組的正極一路分別通過調壓接觸器11C、二極體D1和D2連接合閘母線HM；另一路分別通過雙刀雙位工況開關1K和3K的上刀「充電活放」位連接充放電母線CFM；蓄電池組1XDC和2XDC的抽頭分別通過雙刀雙位工況開關1K和3K的下刀「浮充放電」位、二極體D3和D4連接控制母線KM；1.3充電機1CDJ是高、低壓模塊組合的高頻開關電源式的浮充機，高功率模塊輸出滿足控制母線的純直流電壓，其輸出端7經過開關5K和二極體D8連接控制母線KM；高功率模塊與低功率模塊相加後輸出滿足向蓄電池組充電的脈動直流，其輸出端5通過二極體D5、D6和工況開關1K、3K的上刀「浮充」位分別連接兩蓄電池組「正」極；充電機2CDJ是浮充充電兩用機，一是輸出滿足控制母線電壓的純直流，其輸出點5經二極體D9和接觸器4C接入控制母線KM；二是輸出滿足充電電壓值的脈動直流經接觸器3C接入充放電母線CFM，當工況開關1K或3K置「充電」位時，接觸器2C接點閉合，向蓄電池組充電；1.4 1CDJ、2CDJ、1XDC、2XDC的「負」極分別經各自的開關接入共同負母線M-形成迴路1.5在合閘線母HM和控制母線KM之間聯接有HM向KM供電的調壓接確器12C、事故調壓電陰Rt；1.6兩組蓄電池組的正、負極和抽頭分別聯接到電壓均衡器1JYJ和2JYJ；電壓均衡器由三級管G和偏置電阻R1、R2及限流電阻R3組成；R1、R2分別接於電池組正負極並和三極體G基極接通，三極體射極接電池組A、B兩段間的抽頭，R3接於三極體G集電極和電池組A段正極；電壓均衡器或者用一隻電阻接入電池組A段na兩端替代。
全文摘要
一種電力系統用的均容無損寬調壓高防脈浮蓄電池成套直流屏，它包括一條直流合閘母線，一條直流控制母線，一條充放電母線，一條共用的M－母線，設置一套輸出純直流，脈動直流兩種電壓的浮充機和一套輸出兩種電壓的浮充—充電兩用機，設置兩組蓄電池中間帶一個抽頭的蓄電池組；浮充機輸出的純直流接入控制母線和合閘母線，脈動直流接入蓄電池組對蓄電池進行脈動浮充；在兩直流母線與兩組蓄電池、充電機之間配置由七隻二極體組成的無損寬調壓防環流裝置，保證了兩組蓄電池在各種情況下無環流並運，實現了無損寬調壓，保證了直流母線在各種運行狀態下不失壓，不欠壓，不過壓，滿足電力系統事故停電時的高可靠性供電；由於每組蓄電池設置了電壓均衡器，實現了均容無損寬調壓、高效脈動浮充，使蓄電池的容量保持值和使用壽命提高。
文檔編號H02J7/04GK1525618SQ0311190
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月26日 優先權日2003年2月26日
發明者孫海裕 申請人:孫海裕