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广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223直流电源综合特性测试仪1前言电力控制系统是电力系统和电力设备可靠、高效运行的保证，所以人们十分关注电力控制技术的发展。经过长期不懈的努力，电力控制技术日臻完善，目前也达到十分先进可靠的程度。电力控制必须具备安全可靠的控制电源。在电力工程控制电源分为两类，一类是直流电源，一类是交流电源。由于直流电源能独立于交流动力电源系统之外，不受交流电源系统事故的影响，具有安全可靠，运行维护方便等特点，从而得到广泛应用。特别是对于高电压和可靠性要求较高的电力设备，直流电源几乎是唯一可供选择的控制电源。属于直流电源的有蓄电池电源和交流整流电源。鉴于直流电源在电力系统运行维护的重要性，本教材较为系统的讲述了直流电源的基本原理及发展现状，并较详细的阐述了电力标准和国家标准所涉及的相关内容，并重点讲述了高频开关电源的重要参数的测试和校验。希望本教材能给读者在实际运用过程中，在排除故障时，能有更多的帮助及参考意义，作为编者则感到莫大欣慰。在编写的过程中由于时间仓促，水平有限，书中难免有错误和不当之处，恳请读者指正。编写：王伟、谢春扬、谭杰、赵应龙校对：邓茜、杨海涛审核：王道龙广州拓威讯科技发展有限公司教材编写组二〇〇七年七月广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223直流电源综合特性测试仪2目录第一章直流系统概述……………………………………………………31.1直流控制电源1.2直流控制电源的发展1.3对直流控制电源的基本要求1.4直流电源安全隐患与防范措施1.4.1充电装置性能指标不合格1.4.2蓄电池容量下降第二章直流系统充电装置的原理与发展方向…………………………62．1直流系统充电装置分类2．2高频开关电源工作原理2．2．1高频开关电源的组成2．2．2开关控制稳压原理2．3充电装置的发展2．3．1电力电子技术的发展2．3．2充电装置的发展趋势第三章直流电源标准介绍………………………………………………133．1术语和定义3．2充电装置技术要求第四章直流电源综合特性测试原理……………………………………194．1稳流精度、稳压精度及纹波系数测试原理4．2直流电流电压输出误差试验4．3限压特性、限流特性试验4．4效率和功率因数试验4．5高频开关电源模块均流不平衡度试验第五章TOPWHIP—GCD223型直流电源综合特性测试仪介绍…………245．1装置结构5．2装置功能特点5．2．1装置功能5．2．2装置特点5．3检测原理框图5．4TOPWHIP—GCD系列改进产品的特点5．5电源综合特性测试仪发展方向附录………………………………………………………………………29广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223直流电源综合特性测试仪3第一章直流系统概述1.1直流控制电源发电厂和变电所中，为控制、信号、保护、自动装置以及某些执行机构供电的电源系统，通常称为控制电源，如系统直流电源，则称为直流控制电源。根据构成方式的不同，在发电厂和变电所中应用的有以下几种直流控制电源。1.1.1蓄电池组构成的直流控制电源由蓄电池组、充电装置及直流屏等设备构成，应用于各种类型的发电厂和变电所中，是一种在各种正常和事故情况下都能保持可靠供电的电源系统或者说是一种直流不停电电源系统。通常简称为直流控制电源系统或直流系统。1.1.2电容储能式直流控制电源这是直流控制电源的一种。正常运行时，它给电容量足够大的电容器组充电；当发生事故时，电容器组向继电保护装置和断路器跳闸回路供电，保证继电保护装置可靠动作，断路器可靠跳闸。这是一种简易的直流控制电源。在我国110KV、35KV、10KV终端变电站，以及厂用6KV配电系统在有些采用了蓄电池直流屏和硅整流电容储能直流屏作为操作、控制以及保护的电源。1.2直流控制电源的发展1955年以前，国内发电厂和变电所的建设规模较小，其直流控制电源系统，大多采用110V、单母线和不带端电池的蓄电池组。1956年以后，发电厂和变电所的建设规模增大。这时，由于引进了当时苏联的设计技术，在所有新建和扩建的发电厂和变电所中，都采用了220V、带端电池的蓄电池组，并根据工程规模的大小，采用单母线或双母线接线。1984年以后，随着欧美设计技术的引进，以及发电厂和变电所建设规模不断增大，在直流控制电源系统的应用上，又开始普遍采用单母线接线和不带端电池的蓄电池组，对控制负荷，则推行采用110V电压。60年代以前，国内设计的发电厂，热力系统多是母管制，采用主控制室方式。在容量较小的发电厂中，装设一组蓄电池组构成的直流控制电源系统；而在较大容量的发电厂中，则装设两组不等容量的蓄电池组。70年代以后，单元制发电厂随着机组容量的增大而普广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223直流电源综合特性测试仪4及。在单元制发电厂中，直流控制电源系统，按单元配置，70年代到80年代初期，一般是一个单元配置一组220V蓄电池组构成的一套控制电源。从80年代后期开始，对于300～600MW大机组电厂，则每一单元配置两套直流控制电源：一套220V用一组蓄电池组构成，另一套110V用两组蓄电池组成。变电所一般装设一组蓄电池构成的直流控制电源；对于大型变电所，特别是500kV变电所，则装设两组蓄电池组。另外，蓄电池的本身，使用的材料和制作工艺也在不断的变化，使用的材料越来越重视对环境的友好；以及容量都在变化，容量做得越来越大；直流电源的应用场合更加广泛，在电力系统的控制、保护、操作、信号回路中都有非常重要的用途；对蓄电池的维护方式也在不断的更新方法，有了高频开关电源控制，充电速度更快，效率更高。1.3对直流控制电源的基本要求在发电厂和变电所中，直流控制包括电气和热工系统的控制、信号、保护、自动装置和某些执行机构，这些都是保证发电厂和变电所正常、安全运行的极为重要的负荷。直流控制电源，除为直流控制负荷供电外，还为一些动力负荷供电，例如合闸电流的电磁操作机构、事故照明装置等。特别是在火力发电厂中，还要为汽机润滑油泵、发电机氢密封油泵及给水泵润滑油泵的直流电动机供电。这些动力负荷，都是保证汽轮发电机组安全起停所必需的，是非常重要的负荷。可见，直流控制电源系统兼有直流保安电源的功能，其工作的可靠性是极为重要的。蓄电池组构成的直流控制电源系统，有很高的可靠性，整个蓄电池组的电池组故障造成停止供电可能性极小。因为故障，总是首先在个别电池中发生，而且其发展过程缓慢，易及时发现和消除，不致波及整个蓄电池组。这种情况，已为多年的、大量的蓄电池组的运行经验所证明。因此，就其可靠性而言，还没有其他电源装置可以替代。但是，要保证蓄电池组构成的直流控制电源系统能可靠地、不间断地供电，蓄电池的正确使用和系统异常接地状况下的检测，就显得非常的重要。为了提高直流电源的可靠性，电力工程直流电源应选择阀控式密封铅酸蓄电广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223直流电源综合特性测试仪5池，每组蓄电池应有独立的供电范围；蓄电池组个数的选择应满足各种运行工程对直流母线电压的要求，蓄电池应考虑放电设备；充电装置可选择高频开关型或晶闸管型，应有冗余或备用，技术指标主要是满足蓄电池使用寿命需要;直流电源监控装置要保证充电整流器的需要;直流配电系统应简化接线，辐射供电;保护设备应选择直流断路器，在满足过载保护可靠性的条件下，还能保证短路保护时的快速断开功能，必须具备可靠的级差配合。1.4直流电源安全隐患与防范措施1.4.1充电装置性能指标不合格充电装置在运行过程中,随着运行时间的推移,特别是投运1~3年内,设备的技术指标会发生偏移,典型的后果是因充电机指标下降,充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数超标,蓄电池容量下降等现象.同样因现场不具备相应的测试手段,无法及时发现、调整,所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏,直接威胁电网的安全运行.特别是对于广泛采用的阀控密封铅酸蓄电池,虽具有不需加酸加水、维护量小的优点,但对于充电设备的指标具有严格的要求,如不满足要求则会发生干涸、热失控等故障,很快失效报废.另外,目前变电站多采用综合自动化技术,蓄电池采用柜式安装,与自动化设备同装一室,充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题,严重者甚至发生爆炸.为了防止直流系统因充电装置性能指标不合格带来严重后果，定期对充电装置的各项性能指标进行测试是必要的。直流电源综合特性测试仪可以方便快速的测试出各充电装置的参数，确保直流系统中的充电装置工作在健康状态，减小事故的发生率。1.4.2蓄电池容量下降在电力直流系统中，蓄电池作为备用电源在系统中起着极其重要的作用。平时蓄电池处于浮充电备用状态，由交流市电经整流设备变换成直流向负荷供电，而在交流电失去电或其他事故状态下，蓄电池是负荷的唯一能源供给者，一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪。阀控式铅酸蓄电池俗称“免维护”蓄电池，它的应用大大减少了开口式铅酸蓄电池繁琐复杂的维护工作，然而，其“免维护”的优点，正是运行管理的缺点和难点。所谓“免维护”仅仅指无需加水、加酸、换液等维护，而日常维护仍是广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223直流电源综合特性测试仪6必不可少的，开口式铅酸蓄电池运行检测维护方法已不再适用于阀控式铅酸蓄电池，这就对蓄电池测试维护设备提出了新的要求。阀控式铅酸蓄电池在使用中普遍采用长期浮充电方式工作，由于电池组中各电池内在性能的差异及使用环境的影响，经过一段时间后，部分电池会因过充、欠充、活性物质脱落、栅板腐蚀、硫化等，造成容量下降或失效，从而严重影响了电池的使用，危及直流系统的安全运行。由于直流系统中电池数量众多，而最容量最低的电池决定了整组蓄电池的容量，因此对蓄电池的维护工作相当重要，其中包括定期对蓄电池组充放电，找出不符合要求的蓄电池进行活化或更换，在对每个蓄电池好坏进行测试时还可采用蓄电池容量（内阻）测试仪快速完成。直流系统中除了上述直流电源存在的安全隐患之外，直接接地与交直流断路器的互用也会给直流系统带来很大危害，目前对于直流系统接地故障的查找已经非常成熟，不需要采用类似拉回路的高风险操作手段即可方便快速的实现接地点的查找；而关于交直流断路器互用的问题，相关规定已经明确指出需采用直流段路器的场合不能使用交流段路器。本章对直流系统中直流电源的分类、发展以及可能存在的危害进行了阐述，直流电源做为直流系统的核心部分，其可靠性决定了直流系统的可靠性，而充电装置做为一长期运行于直流系统的装置，如何保证其各项指标均在正常工作范围之内是本书讨论的重点。第二章直流系统充电装置的原理与发展方向2.1直流系统充电装置分类无论是蓄电池组构成的直流控制电源还是电容储能式直流控制电源都离不开充电装置，在直流系统中承担对蓄电池组充电和/或浮充电任务的整流装置即为充电装置，充电装置根据其工作原理的不同可分类以下三类：高频开关电源模块型充电装置高频开关电源即采用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223直流电源综合特性测试仪7种形态的电源。相控型充电装置相控电源是指采用控制可控硅导通角实现整流稳压的电源。交流补偿型充电装置2.2高频开关电源工作原理2.2.1高频开关电源的组成高频开关电源由主电路、控制电路、检测电路和辅助电源四部分组成。2.2.1.1主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。2.2.1.2控制电路控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。2.2.1.3检测电路检测电路除了提供保护电路中正