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)及設備的安全穩(wěn)定運行密不可分，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，而且存在嚴重的安全隱患，因此我們決定對中央配電室直流供電系統(tǒng)進行徹底的改造更換。

設備現(xiàn)狀

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

選礦廠原有直流供電系統(tǒng)是多年前根據(jù)當時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，采用補償電容組作為直流補償部分。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、保護等系統(tǒng)的工作電源，一旦失去，勢必造成不可想象的嚴重后果。

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

實施改造

1 系統(tǒng)組成

我廠決定對中央配電室的整個直流系統(tǒng)進行更換，通過外出參觀，對其他單位現(xiàn)場應用情況進行考察，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、高頻開關整流模塊、蓄電池組、硅堆降壓單元、電池巡檢裝置、SD-JD01微機直流系統(tǒng)接地監(jiān)測儀、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充饋電屏內(nèi)。微機接地檢測儀利用電流差原理,對因支路接地產(chǎn)生的對地漏電流進行在線無接觸測量,實現(xiàn)接地故障支路的選線定位，可同時對兩段母線的絕緣狀況及不超過96條支路的接地狀況進行檢測。

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)采用兩路獨立的三相AC380V輸入電源經(jīng)過交流進線自動切換裝置給充電機充電，充電機一方面給蓄電池充電，另一方面為常規(guī)負荷供電。其中交流切換裝置就是利用兩個交流接觸器將兩路交流電源連鎖，通常由一路電源供電，當這一路出現(xiàn)故障跳閘時，另一路的交流接觸器實現(xiàn)自動投切供電。

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電路，可消除電源模塊開機時對電網(wǎng)的沖擊。交流電經(jīng)過橋式整流，變換為100Hz的脈動直流，由boost升壓電路將脈動直流升壓、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，通過檢測脈動直流的瞬時電壓和電流，控制開關的開通和關斷時間，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，不但消除了對電網(wǎng)的諧波污染和對周圍其他電子設備的干擾，而且拓寬了電源模塊的交流輸入電壓范圍。

圖3 高頻開關整流模塊原理圖

直流系統(tǒng)正常運行在浮充電狀態(tài)，控制母線上聯(lián)接的是控制、監(jiān)測、信號等回路，一般情況負荷較小且穩(wěn)定；合閘母線則聯(lián)接的是斷路器的合閘線圈回路，當斷路器合閘動作時，有很大的沖擊電流。為了故障處理和檢修方便，將兩種負荷分別用不同的母線分開?？刂浦绷鳛?20V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備故障后，提供事故時的直流電源，確保其他系統(tǒng)的正常運作。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置，在控制母線與電池之間安裝有一個自動調(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，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 運行方式

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

如果進入蓄電池供電方式，由于選礦廠直流系統(tǒng)只有三臺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調(diào)壓裝置提供，在交流停電時，電池通過自動調(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、微機接地巡檢儀、蓄電池測試儀、報警系統(tǒng)等，具有過流、過壓、欠壓、絕緣監(jiān)察、交流失壓、交流缺相等保護及聲光報警的功能。

當出現(xiàn)主線路停電故障時，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作的同時，也為全廠的事故照明提供電源。同時利用微機接地巡檢儀對全廠主要線路進行絕緣檢測，出現(xiàn)故障時能迅速報警，并直觀的反應到顯示屏，為維護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。

結語

新的直流系統(tǒng)運行一年來，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)操作簡單，自動化高，減輕了值班人員的工作強度，為我廠安全可靠生產(chǎn)提供了有力的保障。

（編自《電氣技術》，作者為張曉煜、李健。）