直流屏教材
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直流屏教材
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第五單元 其它電氣設備及其檢修技能訓練
模塊一：微機控制高頻開關直流電源裝置及其檢修
目前電力系統中直流電源裝置廣泛采用微機控制型高頻開關直流電源系統，
為此，在本課題中重點介紹微機控制型高頻開關直流電源裝置的運行及維護。
微機控制型高頻開關直流電源系統（以下簡稱直流屏）是智能化直流電源產
品（具有遙測、遙信、遙控）可實現無人值守，能滿足正常運行和保障在事故狀
態下對繼電保護、自動裝置、高壓斷路器的分合閘、事故照明及計算機不間斷電
源等供給直流電源或在交流失電時，通過逆變裝置提供交流電源。適用于發電廠、
變電站、電氣化鐵路、石化、冶金、開閉所及大型建筑等需要直流供電的場所，
從而保證設備安全可靠運行。因此，直流屏稱為變電站的“心臟”。
一、直流屏的發展概況
直流屏從旋轉電機(直流發電機)—磁飽和穩壓—硅整流—晶閘管整流(相
控)—現在廣泛應用的微機控制高頻開關整流直流電源。
二、微機控制高頻開關電源直流屏的特點及型號
1.特點：微機控制高頻開關直流屏具有穩壓和穩流精度高、體積小、重量
輕、效率高、輸出紋波、諧波失真小、自動化程度高及可靠性高，并可配置鎘鎳
蓄電池、防酸蓄電池及閥控式鉛酸式電池，可實現無人值守。
2.型號（見圖5-4-1）
G Z D W
F 防酸隔爆式蓄電池
M 閥控式鉛酸蓄電池
電池種類 G 高倍率鎘鎳蓄電池
Z 中倍率鎘鎳蓄電池
C 低倍率鎘鎳蓄電池
直流輸出電壓
蓄電池容量
系統接線方式
微機控制型
電力系統用
直流
柜
圖5-4-1 微機控制高頻開關直流電源裝置的型號
示例：GZDW34-200╱220-M 含義是：電力用微機控制高頻開關直流屏，接
1線方式為母線分段、蓄電池容量200Ah、直流輸出電壓220V的閥控式鉛酸蓄電池。
3．微機控制型高頻開關直流電源系統可根據用戶要求配置系統：
（1）大系統：蓄電池容量大于 200Ah以上，適用于 35KV、110KV、220KV、
500KV變電站及發電廠。
（2）小系統：蓄電池容量小于 100Ah 及以下，適用于 10KV、35KV 變電站
及小水電站等場所。
（3）壁掛式直流電源：適用于開閉所、配網自動化、箱式變壓器等場所。
三.微機控制高頻開關直流屏的外觀（圖 5-4-2）（光盤圖5-4-1）
微機絕緣監察儀
光字燈 蓄
電
池
微機監控器
高頻 開關模塊
高頻開關模塊
直流輸出空開
充電柜 饋電柜 蓄電池柜1 蓄電池柜2 蓄電池柜3
圖5-4-2 微機控制高頻開關直流電源屏
四、直流屏系統的組成和工作原理
1.系統的組成
（1）按功能分：交流輸入單元、充電單元、微機監控單元、電壓調整單元、
絕緣監察單元、直流饋電單元、蓄電池組、電池巡檢單元等。
（2）按屏分：充電柜、饋電柜及電池柜等。
(3) 直流屏的原理框圖（見圖 5-4-3）
2. 直流屏工作原理
（1）正常情況下，由充電單元對蓄電池進行充電的同時并向經常性負載(繼
電保護裝置、控制設備等)提供直流電源；
（2）當控制負荷或動力負荷需較大的沖擊電流(如斷路器的分、合閘)時，由
充電單元和蓄電池共同提供直流電源；
2（3）當變電所交流中斷時，由蓄電池組單獨提供直流電源。
圖5-4-3 直流屏的原理框圖
3.充電單元的工作原理
（1）充電單元分別由充電和控制高頻開關電源模塊組成，采用(N+1)冗余設
計，〈所謂N+1冗余設計是指：若直流屏滿足正常工作需直流輸出電流為10A的
高頻開關模塊3臺，實際該直流屏配置4臺(N+1)，用備份的方式充電模塊向蓄電
池組進行均充或浮充電〉，控制模塊也采用(N+1)冗余設計、用備份的方式向經
常性負荷(繼電保護裝置、控制設備)提供直流電源。這樣當其中任一臺模塊出
現故障后，不會影響裝置的正常工作，使裝置運行的可靠性大大提高。
（2）高頻開關電源模塊的工作原理
高頻開關電源模塊將50Hz交流電源經整流濾波成為直流電源，逆變部份將
直流逆變為高頻交流(20KHz～300KHz)，通過變壓器隔離，高頻經整流和濾波后
輸出(直流)，其基本原理示意圖（見圖5-4-4）
圖5-4-4 高頻開關電源模塊基本原理示意圖
3（3）高頻開關電源模塊的外觀（見圖5-4-5）
圖5-4-5 高頻開關電源模塊的外觀
（4）高頻開關電源模塊的優點
輸入、輸出的電壓范圍寬、均流度好、功率密度高、實現N+1備份冗余配置，
可靠性高、體積小、重量輕、保護功能強(具有過、欠壓告警，溫度過高、限流
和輸出短路保護等)、直流輸出指標好(穩壓精度≤±0.5%、穩流精度≤±0.5%、
紋波系數≤0.1%)、效率高(采用軟開關技術)、功率因數高(可達0.99以上)，并
可通過智能監控接口(RS232)實現對模塊的“三遙”控制(遙測、遙控、遙信)，
當監控單元出現故障退出運行時，高頻開關模塊仍可自主運行。
4.微機監控單元的監控原理和功能
（1） 微機監控器的原理：
①微機監控器的種類：可分別由單片機、PLC、工控機、觸模屏等組成，其顯
示屏采用全漢化的液晶顯示大屏幕；
②直流屏的一切運行參數和運行狀態均可在微機監控器的顯示屏上顯示。監
控器通過RS485 或RS232 接口與交流檢測單元、直流檢測單元、絕緣檢測單元、
電池巡檢檢測等單元的通信，從而根據蓄電池組的端電壓值，充電裝置的交流電
壓值、直流輸出的電壓、電流值等數據來進行自動監控。運行人員可通過微機的
鍵盤、按鈕或觸模屏進行運行參數整定和修改。遠方調度中心可通過“三遙”接
口，在調度中心的顯示屏上同樣能監視，通過鍵盤操作同樣能控制直流屏的運行
方式。
（2）監控單元的功能
①自診斷和顯示功能: 微機監控單元能診斷直流電源系統內部電路的故障及
不正常運行狀態，并能發出聲光報警；實時顯示各單元設備的各種信息，包括采
集數據、設置數據、歷史數據等，可方便及隨時查看整個系統的運行情況和曾發
模塊一：微機控制高頻開關直流電源裝置及其檢修
目前電力系統中直流電源裝置廣泛采用微機控制型高頻開關直流電源系統，
為此，在本課題中重點介紹微機控制型高頻開關直流電源裝置的運行及維護。
微機控制型高頻開關直流電源系統（以下簡稱直流屏）是智能化直流電源產
品（具有遙測、遙信、遙控）可實現無人值守，能滿足正常運行和保障在事故狀
態下對繼電保護、自動裝置、高壓斷路器的分合閘、事故照明及計算機不間斷電
源等供給直流電源或在交流失電時，通過逆變裝置提供交流電源。適用于發電廠、
變電站、電氣化鐵路、石化、冶金、開閉所及大型建筑等需要直流供電的場所，
從而保證設備安全可靠運行。因此，直流屏稱為變電站的“心臟”。
一、直流屏的發展概況
直流屏從旋轉電機(直流發電機)—磁飽和穩壓—硅整流—晶閘管整流(相
控)—現在廣泛應用的微機控制高頻開關整流直流電源。
二、微機控制高頻開關電源直流屏的特點及型號
1.特點：微機控制高頻開關直流屏具有穩壓和穩流精度高、體積小、重量
輕、效率高、輸出紋波、諧波失真小、自動化程度高及可靠性高，并可配置鎘鎳
蓄電池、防酸蓄電池及閥控式鉛酸式電池，可實現無人值守。
2.型號（見圖5-4-1）
G Z D W
F 防酸隔爆式蓄電池
M 閥控式鉛酸蓄電池
電池種類 G 高倍率鎘鎳蓄電池
Z 中倍率鎘鎳蓄電池
C 低倍率鎘鎳蓄電池
直流輸出電壓
蓄電池容量
系統接線方式
微機控制型
電力系統用
直流
柜
圖5-4-1 微機控制高頻開關直流電源裝置的型號
示例：GZDW34-200╱220-M 含義是：電力用微機控制高頻開關直流屏，接
1線方式為母線分段、蓄電池容量200Ah、直流輸出電壓220V的閥控式鉛酸蓄電池。
3．微機控制型高頻開關直流電源系統可根據用戶要求配置系統：
（1）大系統：蓄電池容量大于 200Ah以上，適用于 35KV、110KV、220KV、
500KV變電站及發電廠。
（2）小系統：蓄電池容量小于 100Ah 及以下，適用于 10KV、35KV 變電站
及小水電站等場所。
（3）壁掛式直流電源：適用于開閉所、配網自動化、箱式變壓器等場所。
三.微機控制高頻開關直流屏的外觀（圖 5-4-2）（光盤圖5-4-1）
微機絕緣監察儀
光字燈 蓄
電
池
微機監控器
高頻 開關模塊
高頻開關模塊
直流輸出空開
充電柜 饋電柜 蓄電池柜1 蓄電池柜2 蓄電池柜3
圖5-4-2 微機控制高頻開關直流電源屏
四、直流屏系統的組成和工作原理
1.系統的組成
（1）按功能分：交流輸入單元、充電單元、微機監控單元、電壓調整單元、
絕緣監察單元、直流饋電單元、蓄電池組、電池巡檢單元等。
（2）按屏分：充電柜、饋電柜及電池柜等。
(3) 直流屏的原理框圖（見圖 5-4-3）
2. 直流屏工作原理
（1）正常情況下，由充電單元對蓄電池進行充電的同時并向經常性負載(繼
電保護裝置、控制設備等)提供直流電源；
（2）當控制負荷或動力負荷需較大的沖擊電流(如斷路器的分、合閘)時，由
充電單元和蓄電池共同提供直流電源；
2（3）當變電所交流中斷時，由蓄電池組單獨提供直流電源。
圖5-4-3 直流屏的原理框圖
3.充電單元的工作原理
（1）充電單元分別由充電和控制高頻開關電源模塊組成，采用(N+1)冗余設
計，〈所謂N+1冗余設計是指：若直流屏滿足正常工作需直流輸出電流為10A的
高頻開關模塊3臺，實際該直流屏配置4臺(N+1)，用備份的方式充電模塊向蓄電
池組進行均充或浮充電〉，控制模塊也采用(N+1)冗余設計、用備份的方式向經
常性負荷(繼電保護裝置、控制設備)提供直流電源。這樣當其中任一臺模塊出
現故障后，不會影響裝置的正常工作，使裝置運行的可靠性大大提高。
（2）高頻開關電源模塊的工作原理
高頻開關電源模塊將50Hz交流電源經整流濾波成為直流電源，逆變部份將
直流逆變為高頻交流(20KHz～300KHz)，通過變壓器隔離，高頻經整流和濾波后
輸出(直流)，其基本原理示意圖（見圖5-4-4）
圖5-4-4 高頻開關電源模塊基本原理示意圖
3（3）高頻開關電源模塊的外觀（見圖5-4-5）
圖5-4-5 高頻開關電源模塊的外觀
（4）高頻開關電源模塊的優點
輸入、輸出的電壓范圍寬、均流度好、功率密度高、實現N+1備份冗余配置，
可靠性高、體積小、重量輕、保護功能強(具有過、欠壓告警，溫度過高、限流
和輸出短路保護等)、直流輸出指標好(穩壓精度≤±0.5%、穩流精度≤±0.5%、
紋波系數≤0.1%)、效率高(采用軟開關技術)、功率因數高(可達0.99以上)，并
可通過智能監控接口(RS232)實現對模塊的“三遙”控制(遙測、遙控、遙信)，
當監控單元出現故障退出運行時，高頻開關模塊仍可自主運行。
4.微機監控單元的監控原理和功能
（1） 微機監控器的原理：
①微機監控器的種類：可分別由單片機、PLC、工控機、觸模屏等組成，其顯
示屏采用全漢化的液晶顯示大屏幕；
②直流屏的一切運行參數和運行狀態均可在微機監控器的顯示屏上顯示。監
控器通過RS485 或RS232 接口與交流檢測單元、直流檢測單元、絕緣檢測單元、
電池巡檢檢測等單元的通信，從而根據蓄電池組的端電壓值，充電裝置的交流電
壓值、直流輸出的電壓、電流值等數據來進行自動監控。運行人員可通過微機的
鍵盤、按鈕或觸模屏進行運行參數整定和修改。遠方調度中心可通過“三遙”接
口，在調度中心的顯示屏上同樣能監視，通過鍵盤操作同樣能控制直流屏的運行
方式。
（2）監控單元的功能
①自診斷和顯示功能: 微機監控單元能診斷直流電源系統內部電路的故障及
不正常運行狀態，并能發出聲光報警；實時顯示各單元設備的各種信息，包括采
集數據、設置數據、歷史數據等，可方便及隨時查看整個系統的運行情況和曾發
