專利名稱：超級電容智能控制模塊零維護直流屏的制作方法
技術領域：
本實用新型屬電力配電設備領域，更具體地說它是一種超級電容智能控制模塊零維護直流屏。它適用于直流電源為110V、220V的中小型未端變電站。
背景技術：
在我國110KV、35KV、10KV末端變電站，以及廠用6KV配電系統(tǒng)，廣泛采用了蓄電池直流屏、作為操作、控制以及保護的電源。但是，蓄電池直流屏有如下缺點充電時間長，怕高、低溫，尤其在氣溫太低時，它十有八九要罷工；蓄電池組的維護更是個大難題，一個蓄電池“犯病”往往導致別的蓄電池發(fā)生連鎖反應，以至整個蓄電池組報廢，所以使用壽命短。不僅如此，蓄電池報廢后還會對環(huán)境造成污染。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有變電站蓄電池直流屏系統(tǒng)存在的上述問題，而提供一種超級電容智能控制模塊零維護直流屏。該直流屏具有充放電速度快，損耗小，節(jié)能，壽命長，無需任何維護，能耐嚴寒和酷暑，并有利于環(huán)保等優(yōu)點。
本實用新型的目的是通過如下措施來達到的一種超級電容智能控制模塊零維護直流屏，它包括1號所用變交流電源1A.1B.1C.1N順序與三相熔斷器1FU、空氣斷路器Q1三對主觸頭串聯(lián)，其直流電源輸出與熔斷器4FU串聯(lián)，2號所用變交流電源2A.2B.2C.2N順序與三相熔斷器2FU、空氣斷路器Q2三對主觸頭串聯(lián)，其直流電源輸出與熔斷器5FU串聯(lián)，兩個交流電源的輸出端并聯(lián)，正電源端串入母線電流表A后接至合閘母線正極HM+、負電源端接至合閘母線負極HM-，電壓表V1并聯(lián)在合閘母線正、負極HM+、HM-上；備用交流電源3A.3B.3C.3N順序與三相熔斷器3FU、空氣斷路器Q3三對主觸頭串聯(lián)，其直流電源輸出端與熔斷器7FU串聯(lián)后；與電壓表V2并聯(lián)，再經空氣斷路器Q5主觸頭串聯(lián)，分別對應接至合閘母線正、負極HM+、HM-；它的特殊之處是它還包括在空氣斷路器Q1與熔斷器4FU之間的智能控制模塊U1、空氣斷路器Q2與熔斷器5FU之間的智能控制模塊U2、空氣斷路器Q3與熔斷器7FU之間的智能控制模塊U3，以及與電壓表V2并聯(lián)的超級電容C2，超級電容C2輸出端分別對應接在合閘母線正、負極上HM+、HM-；超級電容C1；所述超級電容C1經與熔斷器6FU串聯(lián)后，又與空氣斷路器Q4主觸頭串聯(lián)，并接至合閘母線正、負極上HM+、HM-，合閘母線正極串聯(lián)電阻R后，接二極管D陽極，二極管D陰極接控制母線正極KM+。
所述智能控制模塊U1、U2、U3是采用尖峰抑制器件及EMI濾波電路，由全橋整流電路將三相交流電整流為直流，再由DC/DC高頻變換電路把所得的直流電逆變成穩(wěn)定可控的直流電輸出。
所述超級電容C1、C2的電容量為0.1-180F。
本實用新型具有如下優(yōu)點正常運行的智能控制模塊U1.U2分別接至兩路進線電源，省去了雙電源自動切換電路。合閘母線與控制母線電壓差很小，省去了硅鏈自動降壓回路。采用超級電容儲能，由于超級電容具有長壽命，不需要維護的特點，省去了傳統(tǒng)直流屏對蓄電池組大量的維護工作量和3-5年需更新蓄電池的資金，并有利于環(huán)保。


圖1本實用新型的原理接線圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施情況作進一步說明C1超級電容30F 220V、C2超級電容0.85F 280V參照圖1；由1號所用變引來380V交流電源1A.1B.1C.1N引至本屏三相熔斷器1FU，再與空氣斷路器Q1三對主觸頭串聯(lián)后，接到智能控制模塊U1輸入端，其直流電源輸出端與熔斷器4FU串聯(lián)。同樣由2號所用變引來交流電源的連接方式與1號所用變相同，兩個模塊的輸出端并聯(lián)，正電源端串入母線電流表A后接至合閘母線正極，負電源端接至合閘母線負極，電壓表V1并聯(lián)在合閘母線正。負極上。
超級電容C1經與熔斷器6FU串聯(lián)后，又與空氣斷路器Q4主觸頭串聯(lián)，分別接至合閘母線正。負極HM+、HM-，合閘母線正極串聯(lián)電阻R后，接二極管D陽極，其陰極接控制母線正極KM+。
由備用380V交流電源3A.3B.3C.3N引至本屏三相熔斷器3FU，再與空氣斷路器Q3三對主觸頭串聯(lián)后，接到智能控制模塊U3輸入端，其直流電源輸出端與熔斷器7FU串聯(lián)后，與超級電容C2和電壓表V2并聯(lián)，再經空氣斷路器Q5主觸頭串聯(lián)，分別對應接至合閘母線正。負極HM+、HM-。
智能控制模塊U1、U2、U3，選用日本TDK或ABB公司生產的高頻開關整流模塊。集電壓控制、電流控制，以及過程控制于一體，實現(xiàn)對超級電容恒流充電，達到額定電壓后，自動轉為恒壓控制，使維護工作量降至最低。該模塊是專為向超級電容快速充電而研制的。采用三相三線380VAC平衡輸入，無中線電流損耗，在交流輸入端，采用先進的尖峰抑制器件及EMI濾波電路，由全橋整流電路將三相交流電整流為直流，再由DC/DC高頻變換電路(300KHz)把所得的直流電逆變成穩(wěn)定可控的直流電輸出。脈寬調值制電路(PWM)及軟開關諧振回路根據(jù)電網和負載的變化，自動調節(jié)高頻開關的脈沖寬度和移相角，使輸出電壓電流在任何允許的情況下都能保持穩(wěn)定。
本實用新型的具體實現(xiàn)方式是這樣的模塊U1.U2的交流電源分別取自變電站1號。2號所用變低壓380伏電源，合上空氣斷路器Q1.Q2后，模塊U1.U2同時工作，輸出端并聯(lián)后向合閘母線提供20A電流向超級電容C1(30F)充電，母線電壓表V1從零開始緩慢上升，3-5分鐘后，指示到220V時，充電結束。此時將各配出的控制(1控制、N控制)、信號(閃光)、合閘(1合閘、N合閘)等開關投入后，直流電源即全部投入運行。
當兩路進線電源都有電時，模塊U1.U2同時工作，并自動平衡負載電流的分配。當某路電源停電或某個智能控制模塊損壞，另一路和另一智能控制模塊完全能勝任直流電源的供給，線路故障和智能控制模塊均會通過PLC發(fā)出報警信號。當兩路進線電源全停電，經常性負載5A時，由超級電容C1儲存的能量能維持直流母線電壓10分鐘，在這段時間里，能完成繼電保護的所有動作。如，電動機的低壓保護等，任何一路電源來電，數(shù)分鐘后，就可恢復正常運行。
超級電容初充電期間，智能控制模塊工作在恒流狀態(tài)，最大電流設置為10A，省去限流元件，超級電容端電壓達到220V+5％后，智能控制模塊自動轉為恒壓控制，穩(wěn)壓精度達0.5％。傳統(tǒng)的直流屏，為了向蓄電池充電，需提供高于10％以上的額定電壓，才能滿足蓄電池的充電要求。而過高的電壓對控制母線極為不利，因此，傳統(tǒng)的直流屏在合閘母線與控制母線之間，都增裝了降壓硅鏈電壓自動調節(jié)器，該調節(jié)器由數(shù)十只大功率二極管串接而成，相對來說，故障率較高，只要有一只硅二極管斷線，有可能造成控制母線失壓，而引發(fā)事故。由于超級電容可工作在額定電壓范圍內，合閘母線與控制母線之間，電壓差極小，可省去電壓調節(jié)器。用限流電阻代替，防止控制母線短路后造成過大的短路電流。從而，使該裝置既更加可靠，又降低了成本。
當合閘母線在合閘瞬間，需提供大于100A電流時，由于智能控制模塊U1、U2有自動限流功能，不會對智能控制模塊造成沖擊式損壞。而超級電容的特點，能瞬間提供大于300A電流，因而，合閘所需的能量由超級電容來提供，這樣，智能控制模塊U1、U2的容量無需做很大，增加了可靠性，降低了成本。
每只智能控制模塊都設有止逆回路，只允許電流由智能控制模塊輸出端向外流，不允許倒流。當某個智能控制模塊發(fā)生內部短路時，另一智能控制模塊和超級電容均不會向故障智能控制模塊提供短路電流，不會擴大故障范圍。
智能控制模塊U3和超級電容C2(0.85F)處于冷備用狀態(tài)。即空氣斷路器Q3.Q5在斷開位置。這是為了防止在運行中，如遭受雷擊，系統(tǒng)操作過電壓等情況下，雖然智能控制模塊采用了多重防護措施來防范，但如果U1、U2同時損壞?；駽1損壞時，可將空氣斷路器Q3.Q5應急投入，用智能控制模塊U3和超級電容C2擔當變電站的運行，為搶修故障留有充足的時間。智能控制模塊U1、U2、U3電氣參數(shù)和機械尺寸完全一致，采用插件結構，相互之間可直接互換，維修極為方便。
需要說明的是對于所屬領域的技術人員來說，在不違背本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型作出若干改進或變形，這同樣屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種超級電容智能控制模塊零維護直流屏，它包括1號所用變交流電源(1A.1B.1C.1N)順序與三相熔斷器(1FU)、空氣斷路器(Q1)三對主觸頭串聯(lián)，其直流電源輸出與熔斷器(4FU)串聯(lián)，2號所用變交流電源(2A.2B.2C.2N)順序與三相熔斷器(2FU)、空氣斷路器(Q2)三對主觸頭串聯(lián)，其直流電源輸出與熔斷器(5FU)串聯(lián)，兩個交流電源的輸出端并聯(lián)，正電源端串入母線電流表(A)后接至合閘母線正極(HM+)、負電源端接至合閘母線負極(HM-)，電壓表(V1)并聯(lián)在合閘母線正、負極上；備用交流電源(3A.3B.3C.3N)順序與三相熔斷器(3FU)、空氣斷路器(Q3)三對主觸頭串聯(lián)，其直流電源輸出端與熔斷器(7FU)串聯(lián)后；與電壓表(V2)并聯(lián)，再經空氣斷路器(Q5)主觸頭串聯(lián)，分別對應接至合閘母線正、負極(HM+、HM-)；其特征在于在它還包括在空氣斷路器(Q1)與熔斷器(4FU)之間的智能控制模塊(U1)、空氣斷路器(Q2)與熔斷器(5FU)之間的智能控制模塊(U2)、空氣斷路器(Q3)與熔斷器(7FU)之間的智能控制模塊(U3)，以及與電壓表(V2)并聯(lián)的超級電容(C2)，超級電容(C1)；所述超級電容(C1)經與熔斷器(6FU)串聯(lián)后，又與空氣斷路器(Q4)主觸頭串聯(lián)，并接至合閘母線正、負極上(HM+、HM-)，合閘母線正極串聯(lián)電阻(R)后，接二極管(D)陽極，二極管(D)陰極接控制母線正極(KM+)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種超級電容智能控制模塊零維護直流屏，其特征在于所述智能控制模塊(U1、U2、U3)是采用尖峰抑制器件及EMI濾波電路，由全橋整流電路將三相交流電整流為直流，再由DC/DC高頻變換電路把所得的直流電逆變成穩(wěn)定可控的直流電輸出。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種超級電容智能控制模塊零維護直流屏，其特征在于所述超級電容(C1、C2)的電容量為0.1-180F。
專利摘要一種超級電容智能控制模塊零維護直流屏，其特征在于在它還包括在空氣斷路器(Q1)與熔斷器(4FU)之間的智能控制模塊(U1)、空氣斷路器(Q2)與熔斷器(5FU)之間的智能控制模塊(U2)、空氣斷路器(Q3)與熔斷器(7FU)之間的智能控制模塊(U3)，以及與電壓表(V2)并聯(lián)的超級電容(C2)，超級電容(C1)；所述超級電容(C1)經與熔斷器(6FU)串聯(lián)后，又與空氣斷路器(Q4)主觸頭串聯(lián)，并接至合閘母線正、負極上(HM+、HM－)，合閘母線正極串聯(lián)電阻(R)后，接二極管(D)陽極，二極管(D)陰極接控制母線正極(KM+)。該直流屏損耗小，節(jié)能，壽命長，無需任何維護，能耐嚴寒和酷暑，并有利于環(huán)保等優(yōu)點。
文檔編號H02J15/00GK2632920SQ0325420
公開日2004年8月11日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權日2003年5月29日
發(fā)明者彭德明, 孫國一 申請人:武漢海山高新電力設備有限公司