專利名稱：無損寬調(diào)壓脈動(dòng)浮充蓄電池成套直流屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)屬于電力系統(tǒng)用的直流屏，適用于鉛免、鎘鎳等各類蓄電池成套直流屏。
與本申請(qǐng)最接近的現(xiàn)有技術(shù)是本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)人設(shè)計(jì)的ZL99221860.8實(shí)用新型專利“無環(huán)流并運(yùn)鉛免蓄電池成套直流屏”。前專利的電路結(jié)構(gòu)如

圖1所示，它是在直流屏線路中設(shè)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(hào)充電機(jī)通過開關(guān)接浮充母線，2號(hào)充電機(jī)通過雙向開關(guān)分別接于浮充母線和充放電母線，在1M+、2M+兩條直流母線一端分別接于兩組各由50支二極管串聯(lián)組成的自動(dòng)調(diào)壓硅鏈的陰極端，雙組蓄電池通過雙位開關(guān)分別接于防環(huán)流裝置②④端和充放電母線。該防環(huán)流裝置設(shè)有三組防環(huán)流通道，每組有兩支二極管組成。其中一組陰極并接后分別接于兩組調(diào)壓硅連的陽極，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(shí)放電共用防環(huán)流通道。二組陽極并接于浮充母線，陰極分別接于兩組蓄電池，這是浮充電流專用防環(huán)流通道。三組兩陰極分別接蓄電池，兩陽極并聯(lián)經(jīng)開關(guān)接充放電母線，這是在個(gè)別情況下采用的均充電防環(huán)流通道。浮充母線還有一路經(jīng)二極管接于兩調(diào)壓硅鏈的陽極端，這是常時(shí)直流負(fù)荷通道。該專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了雙組蓄電池?zé)o環(huán)流并聯(lián)運(yùn)行，消除了環(huán)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，比兩組并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(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)、高容量保持值、高壽命，寬調(diào)壓技術(shù)指標(biāo)，能滿足電力系統(tǒng)交流停電時(shí)優(yōu)質(zhì)電壓，高可靠性的直流電源的需求。但是也有其不足。尤其是在大電廠采用時(shí)，浮充時(shí)常時(shí)直流負(fù)荷和事故時(shí)事故直流負(fù)荷均很大，高達(dá)數(shù)十安至數(shù)百安。而且都要通過調(diào)壓硅連，加大了調(diào)壓硅連的容量，增加了調(diào)壓硅連的電能損耗，也大大增加了直流屏的成本和運(yùn)行費(fèi)用，還給安裝帶來不便。另外，由于電路原理的限制無法實(shí)現(xiàn)高效脈動(dòng)浮充，限制了蓄電池容量保持值和壽命的進(jìn)一步提高。
本申請(qǐng)的目的為解決上述技術(shù)方案的不足，提出一種新的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)在雙組蓄電池?zé)o環(huán)流并聯(lián)運(yùn)行的條件下，能調(diào)壓范圍寬，降低調(diào)壓損耗，降低設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用；實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的均容高效脈動(dòng)浮充，進(jìn)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(qǐng)的技術(shù)方案技術(shù)方案如圖2、圖3所示，圖2是以220V系統(tǒng)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(fù)荷、事故照明負(fù)荷、直流起動(dòng)油泵n2，控制母線KM連接信號(hào)負(fù)荷、控制負(fù)荷n1；一條充放電母線CFM，一條共用的負(fù)母線M-，兩組蓄電池組1XDC和2XDC，兩套充電機(jī)1CDJ和2CDJ。
方案還包括1、設(shè)置無損自動(dòng)寬調(diào)壓防環(huán)流裝置WTF。該裝置有7只二極管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(huán)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(shù)秒瞬時(shí)放電防環(huán)流通道，D5、D6組成兩組蓄電池常時(shí)浮充防環(huán)流通道。(上述三條通道保證了兩組蓄電池在各種工作狀態(tài)下并聯(lián)運(yùn)行且無環(huán)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(shí)負(fù)荷接近于零，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(gè)抽頭。蓄電池組1XDC和2XDC的正極一路分別通過調(diào)壓接觸器11C、防環(huán)流裝置WTF中的二極管D1和D2接合閘母線HM；另一路分別通過雙刀雙位工況開關(guān)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(guān)1K和3K的下刀“浮充放電”位4和WTF中二極管D3和D4連接控制母線KM。
3、1CDJ和2CDJ的特點(diǎn)是分別輸出兩種電壓。
充電機(jī)1CDJ是高功率和低功率模塊GM、DM組合的高頻開關(guān)電源式的浮充機(jī)，通過高功率模塊GM和低功率模塊DM同時(shí)輸出230V純直流和24V脈動(dòng)直流電壓；230V純直流電壓輸出端7經(jīng)過開關(guān)5K和二極管D8連接控制母線KM；24V脈動(dòng)直流電壓與230V電壓相加后輸出254V的脈動(dòng)直流，輸出端5經(jīng)開關(guān)5K通過WTF浮充防環(huán)流通道二極管D5、D6和工況開關(guān)1K、3K的上刀“浮充”位2分別連接兩蓄電池組“正”極，單獨(dú)向電池組進(jìn)行脈動(dòng)浮充電。
本方案中，高功率模塊按常規(guī)n+1設(shè)計(jì)，n是代表正好滿足正常負(fù)荷及浮充電流要求的模塊數(shù)，1是代表熱備份備用模塊數(shù)。本例中按7+1設(shè)計(jì)，共8塊高功率模塊。低功率模塊按1+1設(shè)計(jì)，即一個(gè)模塊工作，一個(gè)模塊熱備份備用，當(dāng)一個(gè)模塊故障，另一個(gè)模塊投入正常運(yùn)行。當(dāng)兩個(gè)高功率模塊同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，浮充一充電兩用機(jī)2CDJ自動(dòng)投入使用。
充電機(jī)2CDJ是浮充一充電兩用機(jī)，輸出230V的純直流和280V的脈動(dòng)直流(限壓恒流)。230V純直流作為1CDJ故障時(shí)的備用電源其輸出點(diǎn)5經(jīng)二極管D9和接觸器4C接入控制母線KM；另一路經(jīng)接觸器3C接入充放電母線CFM，當(dāng)工況開關(guān)1K或3K置“充電活放”位1時(shí)，接觸器2C接點(diǎn)閉合，280V的脈動(dòng)直流向蓄電池組充電。
4、1CDJ、2CDJ、1XDC、2XDC的“負(fù)”極分別經(jīng)各自的開關(guān)接共同負(fù)母線M-形成回路。
5、在合閘線母HM和控制母線KM之間聯(lián)接有HM向KM供電的調(diào)壓接觸器12C、事故調(diào)壓電阻Rt和KM向HM供電的常時(shí)通道二極管D7。
6、兩組蓄電池組的正、負(fù)極和抽頭分別聯(lián)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(jí)管G和偏置電阻R1、R2及限流電阻R3組成。R1、R2分別接于電池組正負(fù)極并和三極管G基極接通，三極管射極接電池組A、B兩段間的抽頭，R3接于三極管G的集電極和電池組A段正極。
為了充分了解本技術(shù)方案，其工作原理描述如下當(dāng)工況開關(guān)1K或3K置“浮充”位置2時(shí)，則常時(shí)浮充防環(huán)流通道的D5、D6開通，對(duì)兩組蓄電池進(jìn)行脈動(dòng)浮充，同時(shí)瞬時(shí)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(shí)放電和后備放電提供通路。當(dāng)工況開關(guān)1K或3K置“充電活放”位置1時(shí)，則該組電池與充放電母線CFM接通，進(jìn)行各種充電和活化放電。在浮充或充電時(shí)，雖然電池組電壓高于母線HM和KM，由于調(diào)壓接觸器11C和工況開關(guān)的下刀是斷開的，所以不會(huì)造成KM、HM過電壓。當(dāng)遇到交流停電事故時(shí)11C電壓自降約5％后加入HM母線，并經(jīng)過Rt、12C接點(diǎn)調(diào)壓后接通了KM母線，保證事故放電期間控制母線KM和合閘母線HM自動(dòng)寬調(diào)壓優(yōu)質(zhì)供電。
WTF中的二級(jí)管D7的作用是在正常浮充時(shí)保證控制母線KM向閘母線HM供電。
采用了由高、低壓模塊組合的“高”頻開關(guān)電源式的浮充機(jī)后，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(dòng)直流再與高功率模塊GM輸出的230V純直流相加后的254V脈動(dòng)直流，經(jīng)防環(huán)流裝置WTF中的D5、D6對(duì)兩組蓄電池進(jìn)行脈動(dòng)浮充電。
上述方案徹底消除了調(diào)壓硅連以及常時(shí)負(fù)荷在調(diào)壓硅連中的損耗，實(shí)現(xiàn)了無損寬調(diào)壓和脈動(dòng)浮充，同時(shí)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(diào)壓段，電池只數(shù)是按滿足一小時(shí)事故放電后，直流母線電壓下降到不低于95％選取的。B段為主體段，電池只數(shù)是按正常浮充時(shí)B段電壓等于控制母線工作電壓選取的。B段承擔(dān)瞬時(shí)供電任務(wù)。因瞬時(shí)放電后電壓有可能下降，為了使兩段電池組在同時(shí)浮充時(shí)單只電池電壓容量的均衡，兩組電池都設(shè)置了電壓均衡器1JYJ和2JYJ。其電路如圖3所示。正常時(shí)蓄電池組中各單電池的電壓相同，對(duì)應(yīng)G的基極和發(fā)射極與KM母線電壓相等，三極管G不導(dǎo)通，當(dāng)B段電壓瞬時(shí)放電下降后，三極管G導(dǎo)通，對(duì)B段補(bǔ)充充電，電壓上升到射級(jí)、基極電壓相等時(shí)，則自動(dòng)停止對(duì)B段的補(bǔ)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(guān)重要措施。
本申請(qǐng)的積極效果1、蓄電池組的浮充電壓比直流母線運(yùn)行電壓高近11％，具有足夠的調(diào)壓能力。電池組有一個(gè)抽頭電壓與直流母線電壓相等，經(jīng)防環(huán)流裝置與直流母線相通，使直流母線具有電壓相等的后備供電電源。又因浮充機(jī)采用兩種模塊組合的高頻開關(guān)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(dòng)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(diào)壓硅鏈及其常時(shí)負(fù)荷在硅鏈中損耗，減少成本，降低運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了無損寬調(diào)壓和高效脈動(dòng)浮充；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了充電機(jī)高效率、低噪聲、高穩(wěn)壓。
2、由于采用7只二極管組成的WTF防環(huán)流裝置，具有浮充電，浮充放電，事故放電，三條防環(huán)流通道，實(shí)現(xiàn)了在無損寬調(diào)壓的前題下，兩組蓄電池在各種運(yùn)行狀態(tài)中都能無環(huán)流并運(yùn)，徹底消除環(huán)流的危害。
3、在正常運(yùn)行中，兩組蓄電池的抽頭向直流母線提供可靠的瞬時(shí)供電和后備供電，保護(hù)了浮充機(jī)過載，大大提高了直流母線供電的可靠性。本方案還采用兩只JYJ電壓均衡器能及時(shí)的自動(dòng)的進(jìn)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(shí)現(xiàn)了均容無損寬調(diào)壓。
4、浮充機(jī)輸出脈動(dòng)直流的低功率模塊按1+1設(shè)計(jì)，即一塊工作，一塊熱備份備用，每一塊都能承擔(dān)蓄電池全部浮充負(fù)荷。因此不僅解決了長期以來無法解決高效脈動(dòng)浮充，而且還解決了高可靠脈動(dòng)浮充電源，使蓄電池的容量保持值和壽命進(jìn)一步提高。
5、正常運(yùn)行時(shí)直流母線供電十分可靠。它有相當(dāng)4個(gè)正常供電電源，正常時(shí)是1CDJ的7個(gè)模塊供電，一個(gè)模塊熱備份備用。所以當(dāng)一個(gè)模塊故障，另一個(gè)模塊自動(dòng)投入，這相當(dāng)于第一個(gè)電源的自動(dòng)投入。當(dāng)1CDJ故障，2CDJ自動(dòng)投入，這相當(dāng)于第二個(gè)電源的自動(dòng)投入，當(dāng)1CDJ、2CDJ同時(shí)故障或交流停電，兩蓄電池組B段自動(dòng)投入供電，這相當(dāng)于第三、第四個(gè)電源，所以供電的可靠性高，供電質(zhì)量好。
6、事故供電可靠性高，電壓質(zhì)量優(yōu)交流失電初瞬，有兩組蓄電池B段經(jīng)WTF中D3、D4向KM母線供電，并再經(jīng)D7向HM母線供電使各種負(fù)荷及時(shí)得到供電。交流失電約0.5～1秒蓄電池電壓下降近5％時(shí)，接觸器11C閉合，兩組蓄電池的全壓經(jīng)WTF中D1、D2向HM供電，又經(jīng)調(diào)壓電阻Rt降壓5％向KM供電，經(jīng)數(shù)分鐘，蓄電池電壓下降到接近直流母線正常運(yùn)行電壓時(shí)12C閉合，KM、HM電壓相等。由于蓄電池的只數(shù)多，浮充電壓高，在一小時(shí)事故放電的末期，直流母線電壓下降到不低于95％，從而保證了兩直流母線在一小時(shí)交流失電事故期間優(yōu)質(zhì)可靠供電，實(shí)現(xiàn)了均容無損寬調(diào)壓，當(dāng)交流電恢復(fù)時(shí)11C、12C自動(dòng)斷開恢復(fù)原狀。
7、當(dāng)工況開關(guān)1K或3K置充電位時(shí)，單組蓄電池可進(jìn)行初充電，均充電，補(bǔ)充電，活化充電或活化放電。由于工況開關(guān)1K、3K和接觸器11C、12C的作用，直流母線在各種情況下既不產(chǎn)生過壓，也不產(chǎn)生失壓和欠壓，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的可靠供電。
下面對(duì)以220V系統(tǒng)直流屏為例的設(shè)計(jì)參數(shù)說明如下1、兩組蓄電池組中每組按1000AH設(shè)計(jì)，A段調(diào)壓段電池11只，電壓2.23×11＝14V，B段主體段電池103只，電壓2.23×103＝230V，每組電池114只。
2、浮充機(jī)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中三極管G選用100mA/60V復(fù)合硅三極管，直流放大倍數(shù)β＝2000，按均容電流50-80mA設(shè)計(jì)，R1＝12KΩ/0.25W，R2＝115KΩ/1W，R3＝270Ω/3W。本電壓均衡器也可用一只470Ω/3W的電阻代替，接入電池組A段na兩端即可。
權(quán)利要求1.一種無損寬調(diào)壓脈動(dòng)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(fù)荷、事故照明負(fù)荷、直流起動(dòng)油泵；一條控制母線KM，控制母線KM連接信號(hào)負(fù)荷，控制負(fù)荷；一條充放電母線CFM，一條共用的負(fù)母線“M-”；兩組蓄電池組1XDC和2XDC；兩套充電機(jī)1CDJ和2CDJ；其特征是方案中還包括(1)、設(shè)置無損自動(dòng)寬調(diào)壓防環(huán)流裝置WTF，該裝置有7只二極管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(huán)流通道，D3、D4組成兩組蓄電組B段主電池在浮充期間瞬時(shí)放電防環(huán)流通道，D5、D6組成兩組蓄電池常時(shí)浮充防環(huán)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；(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(gè)抽頭；蓄電池組的正極一路分別通過調(diào)壓接觸器11C、二極管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(guān)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(guān)1K和3K的下刀“浮充放電”位、二極管D3和D4連接控制母線KM；(3)、充電機(jī)1CDJ是高、低壓模塊組合的高頻開關(guān)電源式的浮充機(jī)，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(jīng)過開關(guān)5K和二極管D8連接控制母線KM；高功率模塊與低功率模塊相加后輸出滿足向蓄電池組充電的脈動(dòng)直流，其輸出端5通過二極管D5、D6和工況開關(guān)1K、3K的上刀“浮充”位分別連接兩蓄電池組“正”極；充電機(jī)2CDJ是浮充充電兩用機(jī)，一是輸出滿足控制母線電壓的純直流，其輸出點(diǎn)5經(jīng)二極管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(dòng)直流經(jīng)接觸器3C接入充放電母線CFM，當(dāng)工況開關(guān)1K或3K置“充電”位時(shí)，接觸器2C接點(diǎn)閉合，向蓄電池組充電；(4)、1CDJ、2CDJ、1XDC、2XDC的“負(fù)”極分別經(jīng)各自的開關(guān)接入共同負(fù)母線M-形成回路(5)在合閘線母HM和控制母線KM之間聯(lián)接有HM向KM供電的調(diào)壓接確器12C、事故調(diào)壓電陰Rt；(6)、兩組蓄電池組的正、負(fù)極和抽頭分別聯(lián)接到電壓均衡器1JYJ和2JYJ；電壓均衡器由三級(jí)管G和偏置電阻R1、R2及限流電阻R3組成；R1、R2分別接于電池組正負(fù)極并和三極管G基極接通，三極管射極接電池組A、B兩段間的抽頭，R3接于三極管G集電極和電池組A段正極；電壓均衡器或者用一只電阻接入電池組A段na兩端替代。
專利摘要一種電力系統(tǒng)用的均容無損寬調(diào)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(shè)置一套輸出純直流，脈動(dòng)直流兩種電壓的浮充機(jī)和一套輸出兩種電壓的浮充—充電兩用機(jī)，設(shè)置兩組蓄電池中間帶一個(gè)抽頭的蓄電池組；浮充機(jī)輸出的純直流接入控制母線和合閘母線，脈動(dòng)直流接入蓄電池組對(duì)蓄電池進(jìn)行脈動(dòng)浮充；在兩直流母線與兩組蓄電池、充電機(jī)之間配置由七只二極管組成的無損寬調(diào)壓防環(huán)流裝置，保證了兩組蓄電池在各種情況下無環(huán)流并運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了無損寬調(diào)壓，保證了直流母線在各種運(yùn)行狀態(tài)下不失壓，不欠壓，不過壓，滿足電力系統(tǒng)事故停電時(shí)的高可靠性供電；由于每組蓄電池設(shè)置了電壓均衡器，實(shí)現(xiàn)了均容無損寬調(diào)壓、高效脈動(dòng)浮充，使蓄電池的容量保持值和使用壽命提高。
文檔編號(hào)H02J7/04GK2605690SQ0321534
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者孫海裕 申請(qǐng)人:孫海裕