山東金嶺鐵礦選礦廠已經(jīng)有五十多年的歷史，近幾年，隨著設(shè)備的增多和工藝流程的優(yōu)化，鐵精粉產(chǎn)量大幅增加。這與全廠電力系統(tǒng)及設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行密不可分，其中直流操作電源系統(tǒng)作為全廠直流電源的供電系統(tǒng)，是全廠用電安全的重要保證，但由于設(shè)備增加、元器件老化等原因，原有的直流供電系統(tǒng)能已不能提供穩(wěn)定的直流電壓，而且存在嚴(yán)重的安全隱患，因此我們決定對(duì)中央配電室直流供電系統(tǒng)進(jìn)行徹底的改造更換。

設(shè)備現(xiàn)狀

直流操作電源系統(tǒng)一般是由交流輸入部分、直流充電設(shè)備、蓄電池組、直流接線以及直流負(fù)荷等部分組成，它的主要作用是：①正常運(yùn)行時(shí)，作為真空斷路器跳閘、合閘線圈和其他設(shè)備保護(hù)與操作控制電源。②當(dāng)電壓降低甚至消失時(shí)，作為保護(hù)動(dòng)作及設(shè)備故障時(shí)的事故操作電源，以切除故障，保證設(shè)備安全和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。③交流出現(xiàn)用電事故中斷時(shí)，作為全廠的事故電源照明。因此直流系統(tǒng)的穩(wěn)定與否，對(duì)全廠的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

選礦廠原有直流供電系統(tǒng)是多年前根據(jù)當(dāng)時(shí)本廠用電的需要自己配置的，它主要采用兩組橋式硅整流裝置作為直流系統(tǒng)的整流部分，采用補(bǔ)償電容組作為直流補(bǔ)償部分。由于老化等原因，電容存放電能力大幅降低，而直流電源作為選礦廠控制、保護(hù)等系統(tǒng)的工作電源，一旦失去，勢(shì)必造成不可想象的嚴(yán)重后果。

例如當(dāng)6kV線路出現(xiàn)故障停電時(shí)，高壓電機(jī)停止后，但由于電容放電能力降低，不能達(dá)到真空斷路器跳閘線圈動(dòng)作時(shí)所需的電壓，真空斷路器并沒有斷開，如果沒有及時(shí)檢查，通過人工方式將斷路器斷開，當(dāng)母線故障解決送電后，高壓電機(jī)將自動(dòng)開車，嚴(yán)重影響我廠人身及設(shè)備的安全。

實(shí)施改造

1 系統(tǒng)組成

我廠決定對(duì)中央配電室的整個(gè)直流系統(tǒng)進(jìn)行更換，通過外出參觀，對(duì)其他單位現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行考察，決定采用東方電子DF0210A智能型直流操作電源系統(tǒng),其系統(tǒng)由交流配電單元、高頻開關(guān)整流模塊、蓄電池組、硅堆降壓?jiǎn)卧㈦姵匮矙z裝置、SD-JD01微機(jī)直流系統(tǒng)接地監(jiān)測(cè)儀、充電監(jiān)控單元、配電監(jiān)控單元和集中監(jiān)控模塊等部分組成。

由于充電裝置容量較小且饋出線回路較少，充電屏和饋電屏合裝在一個(gè)充饋電屏內(nèi)。微機(jī)接地檢測(cè)儀利用電流差原理,對(duì)因支路接地產(chǎn)生的對(duì)地漏電流進(jìn)行在線無接觸測(cè)量,實(shí)現(xiàn)接地故障支路的選線定位，可同時(shí)對(duì)兩段母線的絕緣狀況及不超過96條支路的接地狀況進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 充饋電屏和電池屏

2 工作原理

圖2 系統(tǒng)原理框圖

選礦廠是采用鐵山110kV變電站配變的兩路6kV線路供電，所有的高壓配電盤均采用老式的GG-1A型配電盤，其真空斷路器是依靠跳閘和合閘線圈來實(shí)現(xiàn)分段與閉合。

為確保供電的可靠性，本次改造的直流系統(tǒng)采用兩路獨(dú)立的三相AC380V輸入電源經(jīng)過交流進(jìn)線自動(dòng)切換裝置給充電機(jī)充電，充電機(jī)一方面給蓄電池充電，另一方面為常規(guī)負(fù)荷供電。其中交流切換裝置就是利用兩個(gè)交流接觸器將兩路交流電源連鎖，通常由一路電源供電，當(dāng)這一路出現(xiàn)故障跳閘時(shí)，另一路的交流接觸器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切供電。

交流輸入電壓首先經(jīng)過EMI電源濾波電路，消除電網(wǎng)和電源模塊之間的相互干擾。在交流部分加入軟啟動(dòng)電路，可消除電源模塊開機(jī)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。交流電經(jīng)過橋式整流，變換為100Hz的脈動(dòng)直流，由boost升壓電路將脈動(dòng)直流升壓、濾波，變?yōu)?00V左右的直流電。

為提高電源模塊的功率因數(shù)，控制電路部分采用專用芯片，通過檢測(cè)脈動(dòng)直流的瞬時(shí)電壓和電流，控制開關(guān)的開通和關(guān)斷時(shí)間，使電源模塊的輸入電流與輸入交流電壓同相，使整流模塊的功率因數(shù)達(dá)到0.996以上。而且通過采用有源功率因數(shù)校正電路，不但消除了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和對(duì)周圍其他電子設(shè)備的干擾，而且拓寬了電源模塊的交流輸入電壓范圍。

圖3 高頻開關(guān)整流模塊原理圖

直流系統(tǒng)正常運(yùn)行在浮充電狀態(tài)，控制母線上聯(lián)接的是控制、監(jiān)測(cè)、信號(hào)等回路，一般情況負(fù)荷較小且穩(wěn)定；合閘母線則聯(lián)接的是斷路器的合閘線圈回路，當(dāng)斷路器合閘動(dòng)作時(shí)，有很大的沖擊電流。為了故障處理和檢修方便，將兩種負(fù)荷分別用不同的母線分開。控制直流為220V電壓，合閘母線直接引的蓄電池電壓，經(jīng)直流穩(wěn)壓裝置供控制母線，將控制母線穩(wěn)定在220～240V之間。

蓄電池組主要為交流電源或充電設(shè)備故障后，提供事故時(shí)的直流電源，確保其他系統(tǒng)的正常運(yùn)作。選礦廠蓄電池組采用的是閥控密封鉛酸蓄電池，共18組108節(jié)，每節(jié)電壓大約2.23V。

這樣蓄電池組的端電壓就是240V左右，把它串在合閘母線上，合閘母線的電壓變化范圍超過控制母線的額定電壓范圍，因此我們也將合閘母線與控制母線分開設(shè)置，在控制母線與電池之間安裝有一個(gè)自動(dòng)調(diào)壓裝置（降壓硅鏈），調(diào)壓范圍在0～35V之間，可以根據(jù)蓄電池組的電壓變化自動(dòng)改變電壓降，從而保證控制母線的電壓保持在正常范圍之內(nèi)（220V±2.5%）。

合閘操作時(shí)，整流模塊提供110～130%Ie的電流（Ie為整流模塊的額定輸出電流），其余電流由電池提供。

3 運(yùn)行方式

在浮充電運(yùn)行方式下，如果電池組容量降低，則電池充電電流增加，當(dāng)電池的浮充電流大于0.1C時(shí)，監(jiān)控單元控制模塊自動(dòng)轉(zhuǎn)到均衡充電。

如果進(jìn)入蓄電池供電方式，由于選礦廠直流系統(tǒng)只有三臺(tái)220V/10A的整流模塊，數(shù)量較少，整流模塊輸出與合閘母線并聯(lián)，控制母線的供電由合閘母線通過自動(dòng)調(diào)壓裝置提供，在交流停電時(shí)，電池通過自動(dòng)調(diào)壓裝置為控制母線供電。

改造效果

更換后的直流系統(tǒng)用蓄電池取代電容器組作為儲(chǔ)能元件，容量增大，整流裝置也更換成高頻電源模塊，并且有監(jiān)控單元、微機(jī)接地巡檢儀、蓄電池測(cè)試儀、報(bào)警系統(tǒng)等，具有過流、過壓、欠壓、絕緣監(jiān)察、交流失壓、交流缺相等保護(hù)及聲光報(bào)警的功能。

當(dāng)出現(xiàn)主線路停電故障時(shí)，蓄電池能夠穩(wěn)定的供電，在確保各真空斷路器的跳閘線圈動(dòng)作的同時(shí)，也為全廠的事故照明提供電源。同時(shí)利用微機(jī)接地巡檢儀對(duì)全廠主要線路進(jìn)行絕緣檢測(cè)，出現(xiàn)故障時(shí)能迅速報(bào)警，并直觀的反應(yīng)到顯示屏，為維護(hù)人員迅速排除故障提供了有力幫助，避免了重大事故的發(fā)生。

結(jié)語

新的直流系統(tǒng)運(yùn)行一年來，沒有發(fā)生直流系統(tǒng)控制母線電壓升高的現(xiàn)象，蓄電池也沒有發(fā)生鼓包流液現(xiàn)象。它為中央配電室提供了穩(wěn)定可靠的直流電源，而且系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化高，減輕了值班人員的工作強(qiáng)度，為我廠安全可靠生產(chǎn)提供了有力的保障。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為張曉煜、李健。）