智能高频开关直流电源系统技术手册

北京凯福电气有限公司 公 司 简 介

北京凯福电气有限公司创建于二OOO年九月，是北京市可持续发展实验区控股的高技术企业，注册资本500万元人民币，拥有员工80多人，是北京市星火计划科技企业。 北京凯福电气公司目前拥有中国最先进的电力系统直流电源设备的设计、生产、技术平台和雄厚的专业技术研发力量。公司的生产中心占地面积1500平方米，具备年产1000套电力电源设备、微电子设备及自动化控制系统的生产能力，成为业界最具发展潜力的专业化产品和非标产品的制造中心之一。

北京凯福电气公司以电力电子技术及自动化控制技术为核心发展方向，以保护环境、节约能源、满足客户的需求为发展技术和研发产品的准则。

北京凯福电气公司生产的电力系统智能高频开关直流电源设备在国内首家通过北京市经委行业管理办公室、北京电力行业协会、北京电器电材行业协会联合主持的新产品（技术）鉴定验收。

北京凯福电气公司的产品已广泛应用于发电厂、变电站、军事工程、大型厂矿和市政建筑工程，产品覆盖国内10多个省、市、自治区并远销国外。重点工程有：山东华明章丘电厂、甘肃省酒钢电厂、山东聊城热电有限公司等所应用的大型直流设备（220VDC、220A至360A、1200Ah至2500Ah的系统）；甘肃省平凉330KV变电站、北京大学110KV变电站等所应用的常规直流设备（220VDC和110VDC、20A至120A、50Ah至800Ah的系统）；总装备部太原卫星发射中心、中国人民解放军二炮阵地工程、缅甸日产200吨纸浆厂项目（出口）等所应用的特种非标直流设备。

凯福公司是中国电力系统直流电源设备推广委员会成员单位，多次参加电力系统相关部门和国家电科院、电规院主持的直流电源设备标准、规范、技术条件的研讨工作。

振奋精神、扎实工作、立足本职、争创佳绩。为使我们企业能够更好的服务于电力系统，为广大电力系统用户提供更好的、更先进的、优质的直流电源成套设备尽我们的微薄之力。

客户服务部：010-63792918 63785781 技术支持部：010-63792618 传 真：010-63785780 63785781

一、智能高频开关直流电源介绍

－ －1

北京凯福电气有限公司 1. 引言

90年代以前，我国电网中直流电源的配置是铅酸蓄电池，交直流发电机组成或可控硅整流器，刀闸加熔断器，手动操作。可靠性差，给电网造成了不少事故。

90年代初期，随着一系列直流电源方面标准的实施，开发出了通用型GZD直流电源柜和微机型GZDW直流电源柜。采用了高频开关模块充电装置，直流空气开关，微机监控单元等先进的元器件，可靠性有了很大提高。

智能高频开关直流电源作为新型的绿色电源，符合国家环保标准，无三废排放措施。在劳动生产过程中不会造成人员伤害。是新器件、新技术在电力电源方面的应用，代表了我国高新技术的发展状况，具有国际领先优势，是替代传统直流操作电源的高新技术产品。 2. 用途

主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站、开闭所和其它使用直流设备的用户（如石化、矿山、铁路等）中。是保证电网及发电厂安全运行的重要设备，为各类断路器（电磁操动式、弹簧储能式）提供分、合闸电源，以及给二次回路中的仪表、控制回路、继电保护和事故照明等各类高低压设备用电提供直流电源。特别是在故障发生时，它是整个变电站内部各种控制装置，保护装置的备用电源，在整个变电、配电自动化系统中起着十分重要的作用。适用于：

1.发电厂和水电站以及10kV～500kV电压等级变电站及开闭所； 2.铁道、石油化工等采用直流电源设备的场所及用户变电所。 二、智能高频开关直流电源特点 1. 系统功能特点

智能高频开关直流电源系统采用智能化高频开关电源模块并联方式，自动实现均衡充电/浮充电功能，具有稳压精度高、稳流精度高、纹波系数小、可靠性高等优点，是目前可控硅整流直流电源的替代产品。

系统对三相交流输入电压，蓄电池组端口电压，蓄电池组充放电电流，合闸母线电压，控制母线电压，负载总电流进行监测；并实现空气开关跳闸，防雷器损坏、电网停电、电网电压过／欠压，蓄电池组电压过／欠压，蓄电池组充电过流，蓄电池支路熔丝断，合闸母线过／欠压，控制母线过／欠压，各输出支路断路或接地等故障告警。

－ －2

北京凯福电气有限公司 以微处理器为核心的集散式测量系统对充电模块、充馈电柜、电池组、直流母线对地绝缘情况实时全方位监视、测量和控制。先进的电池管理功能。能对电池的端电压、充电电流进行检测。自动完成电池充电的智能化管理，并可实时计算电池容量显示于屏幕上；有充电（恒流、限流恒压充电）、浮充电及自动转换的功能，并具有软启动特性。充电装置以稳流充电方式运行，当充电电压达到限压整定值时，设备能够自动限制电压，自动转换为恒压充电运行。充电浮充电装置以稳压充电方式运行，若输出电流超过限流的整定值，设备能自动限制电流，并自动降低输出电压，输出电流将会立即降至整定值以下。实现了全智能化，不需任何人工干预。最大限度的延长电池使用寿命。 高可靠性：

? 传统的相控电源采用设备备份方式，高频开关电源采用N+1热备份，使得任意一个模块

退出运行均不影响系统的正常运行，保证了整个系统的可靠性。

? 交流输入部分加输入滤波器，尖峰抑制电路，减少对电网的污染，同时避免电网中的谐

波污染电源，直流输出部分加输出滤波器，减少由于高频工作产生的高频传导干扰。 ? 整流模块机箱的输入输出均采用进口一体化插座，选用镀金插针，并具有独特的长短针

专利设计，接触电阻小，瞬间通断，可带电热插拔。平均维护时间大幅度减少。 ? 关键器件全部采用高质量的进口名牌产品，直流馈线开关选用进口直流专用断路器。 ? 具有较低的纹波电压和稳定的输出电压，稳定和准确的蓄电池浮充电流，保证蓄电池不

会被长时间过充电，尽可能减少免维护蓄电池安全阀动作次数，延长蓄电池的使用寿命。 ? 动力母线和控制母线可以由充电模块单独直接供电，也可以通过降压装置热备份。 ? 硬件低差自主均流技术，模块间输出电流最大不平衡度小于3%。

? 可靠的防雷和电气绝缘措施，选配的绝缘监测装置能够实时监测系统绝缘情况，确保系

统和人身安全。

? 系统设计采用IEC（国际电工委员会），UL等国际标准，可靠性与安全性有充分保证。 高智能化：

? 监控模块采用大屏幕点阵式液晶显示器，汉字、背光显示，声光告警。具有100条最新

故障记录功能（含故障起、止时间），掉电后不消失。 ? 可通过监控模块进行系统各个部分的参数设置。

? 模块具有平滑调节输出电压和电流的功能，具备电池充电温度补偿功能。

? 备有多个扩展通讯口，可接入多种外部智能设备（如电池监测仪、绝缘监测装置等）。 ? 开放式接口设计，具有强大的通讯功能，方便地实现与变电站RTU装置或电厂计算机监

－ －3

北京凯福电气有限公司 控系统（DCS）相连，并根据用户需要传递相应的实时数据和告警信息。

? 现代电力电子与计算机网络技术相结合，所有信号均可记忆，可在现场或远方手动复归。

各故障信号在现场能显示，并可以无源接点形式引至电站监控系统。提供对电源系统的“遥测、遥控、遥信、遥调”的支持，实现无人值守。

? 蓄电池自动管理及保护，实时自动监测蓄电池组的端电压、充放电电流，并对蓄电池的

均浮充电进行智能控制，设有电池过欠压和充电过流声光告警。 2. 结构特点：

柜体材料采用优质冷轧宝钢板（厚2.0㎜）。框架结构件均由数控机床加工而成。机柜外形尺寸2260×800×600mm（高×宽×深）。柜前配有前门，柜后左右门，便于维护人员在柜前、后操作保养。

柜体采用焊接结构，整体性好，有足够的机械强度和刚度及抗震性能，并具有独特的通风设计，保障柜内的散热。

采用欧洲标准，模数化设计，防护等级达到IP20～IP40。 柜体表面采用静电喷塑工艺涂层，抗冲击、抗腐蚀能力强。

内部电气元件安装紧固件采用镀彩锌处理，汇流排采用镀鉻处理，电池托盘采用加强型镀锌托盘。 3. 工艺特点：

交、直流，强电与弱电分开布线，通过对系统的功能分区，对系统分块布线后进行总成。二次布线均采用行线槽布线，既保护线路又美观实用。

对电线电缆的压接采用先进的冷压带预绝缘技术和母排套热缩套管技术，保证了电气的绝缘性能。各馈线输出均采用独立的、底座封闭的阻燃型端子，连接可靠，端子上加以编号，一目了然。

各电路板表面均涂有绝缘层，能在气候恶劣，尘雾严重的环境下可靠运行。 三、智能高频开关直流电源使用条件 1. 环境条件

1. 海拔高度：2000米以下；

2. 环境温度：设备运行期间，周围空气温度-5℃～+40℃；设备停用期间，周围空气温度

-25℃～+55℃。

－ －4

北京凯福电气有限公司 3. 相对湿度：日平均相对湿度≤95%，月平均相对湿度≤90%， 4. 交流电网电压幅值持续波动范围：不超过额定电压±15%； 5. 交流电网频率波动范围：不超过50Hz±10%；

6. 安装地基无剧烈振动和冲击，无强电磁干扰，外磁场感应强度均不得超过0.5mT。垂直倾

斜度不超过5°

7. 机房无腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体，不允许有霉菌存在，无导电尘埃和引发火灾及

爆炸的危险介质。 2. 电气条件：

1) 交流输入：三相四线制，对三相电源无顺序要求。 2) 频率变化范围不超过50Hz±10%。 3) 交流输入电压波动范围不超过380V±20%。 4) 交流输入电压不对称度不超过5%。

5) 交流输入电压应为正弦波，非正弦含量不超过10%。 四、智能高频开关直流电源系统工作原理

直流电源系统工作原理框图

1. 交流输入正常时

系统交流输入正常时，两路交流输入经过交流切换控制板选择其中一路输入，并通过交流配电单元给各个充电模块供电。充电模块将输入三相交流电转换为220V或110V直流，经

－ －5

北京凯福电气有限公司 隔离二极管隔离后输出，一方面给电池充电，另一方面给合闸负载供电。此外，合闸母线还通过降压硅链装置与控制模块构成备份系统提供控制母线电源。

系统中的监控部分对系统进行管理和控制，信号通过配电监控分散采集处理后，再由监控模块统一管理，在显示屏上提供人机操作界面，还可以接入到远程监控系统。系统还可以配置绝缘监测仪或绝缘监察继电器，监测母线绝缘情况。 2. 交流输入停电或异常时

交流输入停电或异常时，充电模块停止工作，由电池供电。监控模块监测电池电压、放电时间，当电池放电到一定程度时，监控模块告警。交流输入恢复正常以后，充电模块对电池进行充电。

交流输入充电模块配电输出交流正常时交流停电或异常时电池

系统能量流动图

五、智能高频开关直流电源系统组成

智能高频开关直流电源系统一般由以下几部分组成：交流配电单元、整流单元、监控单元、直流馈电单元、降压单元、电池单元、绝缘监测单元等。 ? 交流配电单元

将交流电源引入分配给各个充电模块，并实现两路交流电源的自动切换。系统默认第一路交流电源为主电源，特殊情况可用两路交流输入切换开关手动选择任一路交流电源投入使用。在交流线路上设有C级避雷装置，可有效地防止过电压的冲击，保障充电模块正常工作。 ? 整流单元

完成AC/DC转换，实现系统最为基本的功能。一方面给电池充电，另一方面给经常性负载提供电源。可以在自动（监控模块控制）和手动（人为控制）两种工作方式下工作。 ? 监控单元

是电源系统的控制、管理核心，主要为电池管理和实现后台监控。具有四遥功能：“遥测、遥信、遥控、遥调”，可使电源系统达到少人之手或无人值守。采用分散测量和控制，集中管

－ －6

北京凯福电气有限公司 理的集散模式，使系统组成扩容方便、灵活。

监控模块可在“自动”和“手动”两种方式下工作。 ? 直流馈电单元

将直流输出电源分配到每一路输出。各直流输出支路采用相应规格的直流断路器，保证在直流侧故障时各支路能可靠分断。电压及电流信号的检测采用带隔离的器件或电路，保证了强弱点之间的可靠隔离。

闪光单元为选配元件，当控制开关与断路器位置不对应时，闪光母线接入负荷，闪光指示灯即开始闪动。 ? 降压单元

动力母线通过降压单元为控制母线提供基本稳定的电压。利用大功率整流二极管的PN结正向压降叠加来产生调整压降，相比于其他形式的控制母线电压调节方式，具有安全、可靠、抗电流冲击性好。可以自动或手动方式调节降压值。标称降压值35V/18V，单级降压值7V/4V（220V/110V），额定电流20A～80A可选。 ? 电池单元

蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，额定电压220V系统：若电池单体电压为2V，选用104只或108只；若电池单体电压为6V，选用36只；若电池单体电压为12V，选用18只。额定电压110V系统：若电池单体电压为2V，选用52只或54只；若电池单体电压为6V，选用18只；若电池单体电压为12V，选用9只。

可选配电池监测仪，支持单体电池电压监测和告警。可以设置告警限，适应不同电池厂家的电池及不同的使用环境等条件。单个监测仪可监测两组独立的电池，并可对两组电池参数进行分别设置。

可选配温度传感器，对电池的均浮充电压进行温度补偿。温度传感器将温度信号转换为电信号，温度变送器将此信号放大调理后，输出标准的测量信号。可在监控模块中对温度补偿中心点、温度补偿系数及行设置。监控模块会根据电池柜（房）内的温度自动对均/浮充电压进行调节。 ? 绝缘监测单元 绝缘监察继电器

监视馈线接地情况，当母线出现接地时，产生告警信号并上报数据到监控模块。

－ －7

北京凯福电气有限公司 绝缘在线监测及接地检测装置

根据用户需要可在母线上安装直流系统接地检测装置。实时检测正负母线对地电压、计算母线对地电阻，判断是否发生故障。当系统发生绝缘故障时投入低频交流信号，计算支路的对地电阻和分布电容。

有两种工作状态：常规检测和支路巡检。在常规检测状态，绝缘监测仪实时监测正负母线对地电压，计算母线绝缘电阻，并与系统设定的值比较。当检测电阻小于设定值时，即认为绝缘故障，绝缘监测仪进入支路巡检状态，找出发生绝缘下降的支路，并计算支路的电阻值和支路分布电容值。可通过RS485通讯口与监控模块通讯。可监测一段独立的直流母线或单母线分段等情况。

六、智能高频开关直流电源系统型号与额定参数 1. 系统型号的命名规则 智能高频开关直流电源系统命名规则

如GZDW33-20/220/10Y1-65Ah表示33接线方式、系统额定输出电流20A，额定电压220V，单台模块输出电流10A，蓄电池容量为65Ah的一体柜系统。 8种接线方式说明：

30：单电池组，单母线分段，无降压装置，整流模块单一电压输出，控制母线与动力母线合一。

－ －8

北京凯福电气有限公司 31：单电池组，单母线不分段，无降压装置，整流模块单一电压输出，控制母线与动力母线

合一。

32：单电池组，单母线分段，带降压装置，整流模块单一电压输出，控制母线与动力母线分

开。

33：单电池组，单母线不分段，带降压装置，整流模块单一电压输出，控制母线与动力母线

分开。

34：单电池组，单母线分段，带降压装置，整流模块分两组不同电压输出，控制母线与动力

母线分开。

35：单电池组，单母线不分段，带降压装置，整流模块分两组不同电压输出，控制母线与动

力母线分开。

40：双电池组，单母线分段，双组整流模块单一电压输出，无降压装置，控制母线与动力母

线合一。

42：双电池组，单母线分段，双组整流模块单一电压输出，带降压装置，控制母线与动力母

线分开。

2. 系统性能参数

输入参数

交流输入电压 频率 功率因数 效率 380VAC ± 15%（三相四线制） 50 Hz ± 10% ≥0.92 ≥94% 输出参数

系统类别 直流额定电压 输出电压范围 输出电流范围 蓄电池的额定容量 纹波系数 稳压精度 稳流精度 负载调整率 电网调整率 电压上升时间 输出恒流范围 温度系数（1/℃） 220V系统 220VDC 198～286VDC 10A～400A 10～3000Ah ≤0.05% ≤±0.5% ≤±0.5%负载电流 ≤±0.5% ≤±0.1% 3~8秒 10%~100%额定电流 ≤0.2‰ － －9

110V系统 110VDC 99～143VDC

北京凯福电气有限公司 均流特性 噪声 充电模块间电流不均衡度≤±3% ≤45dB 保护参数

输入过压告警 输入过压切换点 输入欠压告警 输入欠压切换点 动力母线过压告警 动力母线欠压告警 控制母线过压告警 控制母线欠压告警 充电模块输出过压保护 充电模块输出欠压告警 电池组浮充电压 电池组均充电压 电池组过充告警值 电池组过压告警点 电池组欠压告警点 可设置（默认值437VAC） 470±5VAC 可设置（默认值323VAC） 324±4VAC 可设置（默认值260V/130V） 可设置（默认值200V/100V） 可设置（默认值242V/121V） 可设置（默认值198V/99V） 可设置（默认值287V/144VDC） 198V/99VDC 可设置（默认值243V/121V,按108/54节电池） 可设置（默认值253V/127V,按108/54节电池） 根据电池容量决定 根据电池电压设置 根据电池电压设置 绝缘特性

输出对地 输入对地 输入对输出 2KVAC 2KVAC 2KVAC 漏电流≤30mA 漏电流≤30mA 漏电流≤30mA 四遥功能

时间 1min 时间 1min 时间 1min 无飞弧 无飞弧 无飞弧 项 目 遥测 遥信 遥控 遥调 指 标 系统母线电压、负载总电流：电池电压、电池充放电电流；输入市电电网电压；各充电模块输出电压、输出电流；母线对地绝缘情况 直流配电各输出支路空开通断状态；电池组熔断器通断状态；电池充电电流过大，电池电压欠压、过压；市电电网停电、缺相，电网电压过高、过低；合闸控制母线过/欠压、充电模块保护、故障 充电模块开、关机控制 充电模块均、浮充转换控制 充电模块输出电流无级限流控制（根据监控单元命令，在10%~100%范围内调节充电模块输出电流限流点） 充电模块输出电压调节控制（根据监控单元命令，调节充电模块输出电压的大小） － －10

北京凯福电气有限公司 七、智能高频开关直流电源配置原则

充电／浮充电装置采用多个智能高频开关电源模块并联，N+1热备份工作。智能高频开关电源模块数量可按如下公式选择（即确定N的数值）。

N×模块额定电流≥最大经常性符合+满足蓄电池要求的均充电流（阀控式铅酸电池一般为0.1C10）

例如：直流电源系统电压等级为220VDC，蓄电池容量为200AH，经常性负荷为5A。 充电电流（0.1×200 AH）+经常性负荷（5A）＝25A。若选用HD22010电源模块4台即可满足负荷需求（N＝3），再加一个备用模块共4个电源模块并联即可构成所需系统。

八、智能高频开关电力操作电源系统类型

北京凯福电气有限公司生产的智能高频开关电力操作电源系统是电力操作电源系统的高可靠产品，由高频开关电源模块组成，有充馈电一体柜系统、分屏柜系统等多种类型。 （一）充馈电一体柜系统 1. 系统组成

充馈电一体柜系统即将充电、馈电合并在一个机柜里。由充电模块（数目根据实际需要配置）、监控单元、降压单元（可选）、绝缘监测单元（一般配置为绝缘监测继电器，也可根据用户需求配置绝缘监测仪）、交流配电单元、直流馈电单元组成。

此类系统为小型系统，主要在35KV及以下变电站使用，直流负荷小，馈出支路较少，蓄电池容量多在100Ah以下，电池电压多为12V/只，蓄电池安装在蓄电池柜中。如下图所示:

－ －11

北京凯福电气有限公司 2. 电气特点

? 采用自然冷却的智能高频开关充电模块，充电模块可选用HD22010、HD22005、HD11010,

单机柜最多可配6个充电模块。

? 提供两路交流输入接口，可完成两路交流输入的主备自动切换和互锁。

? 提供一路电池接口，动力与控制输出支路数量可由用户指定，可提供闪光信号输出。 ? 可提供31、33、35三种接线方案。

? 采用绝缘监测继电器或绝缘监测仪（若选用绝缘监测仪，单机柜最多可配5个充电模块，

绝缘监测仪占用一个充电模块安装位置）对母线绝缘状况进行监测。 ? 柜内安装C级防雷组件，防雷通流容量可达40KA。

? 系统具备完善的监控功能，由监控模块、配电监控板、充电模块内置监控等构成分级集

散式控制系统，对电源系统进行全面的管理和控制，并具备“四遥”功能，可方便地实现无人值守。 （二）分屏柜系统 1. 系统组成

分屏柜系统即将充电、馈电分柜布置，可以通过多个充电柜、多个馈电柜并联组成大型直流电源系统。充电柜包括交流配电单元，充电模块，监控单元。充电模块选用HD22010、HD11020的充电柜叫充电柜Ⅰ，充电模块选用HD22020的充电柜叫充电柜Ⅱ。两种柜体的基本功能是一致的，区别在于模块插箱和柜体结构安排上,标准馈电柜包括绝缘监测单元（可选）、配电监控单元、切换单元、直流馈电单元和一路电池接口。

－ －12

北京凯福电气有限公司 充电柜I 充电柜II

2. 充电柜

充电柜的主要功能是实现输入交流的自动切换、交流电的分配、AC/DC变换、电池接入和系统监控管理等。

充电柜的工作原理

3. 馈电柜

馈电柜的将控制电压和合闸电压分配给各负载支路，可实现多种母线的接线方式，并具有直流绝缘监测、配电监控、闪光输出的功能。

+KM+HM-KM切换单元+KM+HM-KM…到监控模块绝缘监测单元配电监控单元合闸输出单元…合闸输出单元控制输出单元控制输出单元

馈电柜的工作原理图

馈电柜可与各种充电柜配合工作。采用单元化设计概念。系统主要由挂在母线上的各个单元构成，同时各个单元提供两种信号输出：开关状态信号和绝缘监测传感器信号。切换单

－ －13

北京凯福电气有限公司 元的输入由充电柜直接连入，通过切换单元的不同组合形式而实现不同的母线连接方式。

分屏柜系统一般在110KV及以上变电站或中小型发电厂、水电站使用，直流负荷较大，馈出支路较多，蓄电池容量在200Ah以上，单只电池电压多为2V，蓄电池容量在300Ah以下可安装在蓄电池柜中，容量在300Ah以上建议安装在电池室内。 4. 电气特点

? 对于充电柜Ⅰ采用自然冷却的智能高频开关充电模块，对于充电柜Ⅱ采用智能风冷的高

频开关充电模块，单机柜最多可配6个充电模块。

? 提供两路交流输入接口，可完成两路交流输入的主备自动切换和互锁。

? 提供一路电池接口，动力输出与控制输出支路数量可由用户指定，可提供闪光信号输出。 ? 可提供30、31、32、33、34、35、40、42八种接线方案：

? 馈电柜采用绝缘监测仪对母线及各直流输出支路绝缘状况进行监测。

? 充电柜内安装C级、D级两级防雷组件，C级防雷组件通流容量可达40KA,D级防雷组件

通流容量可达8KA。

? 系统具备完善的监控功能，由监控模块、配电监控板、充电模块内置监控等构成分级集

散式控制系统，对电源系统进行全面的管理和控制，并具备“四遥”功能，可方便地实现无人值守。

九、智能高频开关直流电源核心部件特点 1. 整流模块（充电模块）

整流模块是电力操作电源的重要核心部件，主要功能是实现AC/DC变换，此外还有系统控制、告警等功能。整流模块可在自动（监控模块控制）和手动（人为控制）两种工作方式下工作。根据开关电源N+1备份思想，一套电力操作电源至少配备2个充电模块。

模块型号说明

整流模块型号 HD22005 HD22010 HD22020 HD11010 HD11020

输 出 220V/5A 220V/10A 220V/20A 110V/10A 110V/20A 冷却方式 自然冷 自然冷 智能风冷 自然冷 自然冷 自然冷模块散热片采用高级铝合金压铸模一次成型，散热效果更好，模块稳定性高。

－ －14

北京凯福电气有限公司 智能风冷模块采用“温控风冷”技术，即风扇的转速与模块的温度有关，在低负荷状态下风扇不转以自冷状态工作，使风扇故障率大大减少。 1.1 工作原理

充电模块工作原理如图所示： 交流输入尖峰抑制 工频整流EMI滤波PFC功率因数校正DC/AC高频逆变高频整流LC滤波EMI滤波直流输出交流检测脉宽调制（PWM）电压/电流检测RS485计算机监控 充电模块工作原理图 如上图所示，三相380V交流电首先经过尖锋抑制和EMI电路，主要作用是防止电网上的尖锋和谐波干扰串入模块中，影响控制电路的正常工作；同时也抑制模块主开关电路产生的谐波，防止传输到电网上，对电网污染，其作用是双向的。

三相交流电经过工频整流后变成脉动的直流，在滤波电容和电感组成的PFC滤波电路的作用下，输出约520V左右的直流电电压。电感同时具有无源功率因数校正的作用，使模块的功率因数达到0.92。主开关DC/AC电路将520V左右的直流电转换为20KHz的高频脉冲电压在变压器的次级输出。DC/AC变换采用移相谐振高频软开关技术。变压器输出的高频脉冲经过高频整流、LC滤波和EMI滤波，变为220/110V的直流电压。

PWM控制电路采用电压电流双环控制，以方便实现对输出电压的调整和输出电流的限制，即使在短路情况下，回缩电路起作用，不会损坏模块，提高模块工作的可靠性。同时将交流输入采样得到的前馈信号送入PWM控制电路，提高电路工作的稳定性。另一方面，为了实现模块输出的遥调，计算机输出的数字信号经D/A变换后送入PWM控制器对输出电压进行调整，监控电路监测到模块异常时，使模块停止输出，有效保护模块。

－ －15

北京凯福电气有限公司 模块面板上有控制开关、状态指示灯和数码管显示，它们是充电模块与人交流的窗口，显示充电模块的输出电压或电流值，指示均浮充状态和各种保护告警状态。通过控制开关来设置、控制充电模块的工作方式和地址，调整其输出电压。 1.2 充电模块关键元器件选型

使用器件规格和型号 整流桥 工频滤波电容 MOSFET 高频变压器 高频滤波电容 高频整流二极管 PWM芯片

1.3 主要特点

? 模块采用先进的移相谐振高频软开关电源技术，模块效率大于94%；采用无源PFC技术,

功率因数大于0.92。

? 真正的热插拔设计，插针选用高品质镀金插针，并有独特的长短针专利设计，方便了系

统维护。

? 具备电磁兼容和安规措施,抗干扰能力强，符合IEC相关标准。 ? 与传统相控电源比较,输出纹波大大减小。

? 模块间的均流采用了低差自主均流技术,多个充电模块并机运行时,具有理想的均流性

能。

? 模块直流输出采用无级限流方式,可根据负载电流的大小和电池容量,由系统监控模块选

择限流点，稳流精度优于0.5%,模块内设置了短路回缩特性,即使模块处于长期短路状态也不致损坏。

? 模块内置CPU，可显示电压电流并故障告警，离开监控仍可独立正常工作。

? 充电模块内部监控板在监视控制模块运行情况的同时,还与系统监控模块通信,使充电模

块具有遥控、遥测、遥信、遥调功能。

2. 监控模块

电源监控系统是电源系统的控制、管理核心。具有四遥功能:“遥测”、“遥信”、“遥控”、

－ －16

生产厂家 美国IXYS 日本Nichon 美国IXYS 德国西门子 美国Marcon 美国IXYS 美国Unitrode

北京凯福电气有限公司 “遥调”，可使电源系统达到少人值守或无人值守。电源监控系统采用分散测量和控制，集中管理的集散模式，即如模块、绝缘仪、电池巡检、配电监控等单元均有自己的CPU，自身具备独立工作的能力及告警功能，所有数据就地处理，和监控模块仅通过485方式进行数字通讯。该监控方式简化系统接线，抗干扰能力强，扩容方便、灵活，并可减少监控系统引入的故障因素。

2.1 工作原理 1）硬件管理

监控模块采用Intel 386 EX作为CPU，主频33MHz。主电路以CPU为核心，扩展了存储器，包括EPROM、RAM、EEPROM以分别存储各种数据。此外，为了提高监控模块的可靠性，还设计了硬件看门狗电路。电路扩展了多个串口，实现多个下级设备的连接。为了实现人机对话，扩展了I/O接口，以连接键盘、LCD模块和输出告警的干接点。

此外，监控模块的电源板将48V直流电压变换为5V、12V等电压供给CPU和其它芯片。 2）软件管理

监控模块软件设计采用了面向对象的编程方法，将程序运行软件和系统配置数据分别处理，增强不同型号的系统的兼容性。 2.2 主要特点

● 以微处理器为核心的集散式测量系统对充电模块、充/馈电柜、电池组、直流母线对

地绝缘情况实施全方位监视、测量、控制。

● 监控系统采用模块式结构设计，每部分承担相对独立的工作，某一部分出现故障，不

影响其它部分的工作，一方面提高了系统的可靠性，同时便于维护管理，使维修工作变得简单、快捷。

● 电源系统扩容方便、灵活，不需要在监控系统方面额外投资，就可以将系统扩容。 ● 电源系统监控模块提供RS232、RS485、RS422、MODEM多种通讯方式，用户可根据需

要，组成多种形式的电源集中监控系统。

● 开放式接口设计，使电源系统很方便地接入到其它集中监控维护系统中。

● 电源系统监控模块采用大屏幕点阵式液晶显示器，全汉化显示，操作简便，便于学习

掌握。

－ －17

北京凯福电气有限公司 ● 各种状态、告警信息的显示直观、明了，可使用户及时、准确地掌握电源系统的运行

状况。

● 电源后台维护管理软件，提供友好的全中文图象界面。充分考虑通讯线路情况，具有

多种纠错功能。

2.3 通信口配置

串口（柜内通信）：4路 串口（RS485/422）：1路 串口（RS232）：1路 串口（外置MODEM）：1路 电话口（内置MODEM）：1路 干节点输出：7路 十、智能中央信号报警装置 1. 简介

目前电力系统中大量使用的信号报警系统，一般由一些冲击继电器、时间继电器、闪光继电器、信号继电器、中间继电器和光字牌等电气器件组成。这些常规电器普遍存在着功耗大、灵敏度低、占地面积大等特点。我公司研制开发的XHQ-KF/32(64)型智能中央信号报警器是常规信号报警系统的更新换代产品。该系统采用先进的微机控制技术，以成熟的控制理论实现声、光、电、报警，完全能做到故障及时报警，及时处理。友好的人机对话，信号的智能记忆，灵活的编程设定。具有灵敏度高、体积小、系统接线简单等特点。

XHQ-KF/32(64)型智能中央信号报警器通用性强。可适用于一切需要显示信号及报警的场合，特别是电力系统的信号报警。 2. 工作原理

该设备采用抗干扰性能好的开关电源供电，显示使用高效节能的光子牌，信号输入部分利用光电隔离技术，电压等级为DC5～250V，取代一切继电器控制，信号采集处理使用计算机软技术，消除了冲击电流对直流电源的干扰。克服了传统中央信号报警器的功耗大、体积大、接线多、施工复杂、冲击继电器的误动等特点。从而大大降低了发电厂、变电站的直流负荷。 3. 性能特点

1. 32路64路信号通道报警，直接驱动点亮相应光字牌

－ －18

北京凯福电气有限公司 2. 对每一路信号通道根据报警要求不同，可作多种定义：

（1） 可以开放或屏蔽某一通道。 （2） 可以任选常开或常闭接点有效。 （3） 输入信号延时，可作为多种时间选择。 （4） 报警音响可选择手动复归解除或延时自动解除。 3. 直接和现场信号连接无需继电器转换

4. 备有音响报警装置，可根据现场对报警音响的需要，驱动电铃或电笛。 5. 可记忆32路64路最近发生的事件，并按时间先后自动排序。 6. 信号输入电压等级为DC 5V～250V。

7. 七位数码显示及八个操作键可方便地实现人机对话。 8. 可方便地检查和修改各信号通道的定义数据。 9. 内部软件、硬件均设有恢复启动功能。

10.扩展性强，根据用户的需求可进一步开发远程通讯。 4. 技术参数

1. 工作电源 AC220V±10%，DC220V±10% 2. 信号电压 DC 5～250V 3. 环境温度 －10℃～＋50℃ 4. 信号分辨率 10MS

5. 单机信号容量 32路 64路

十一、所内交流电源屏

所内交流电源屏可实现双路进线电源自动/手动投切，母线联络供电，事故照明切换可实现交流失电时事故直流自动投入。各种表记均为国内优质产品，断路器选用进口产品，各馈线开关配以独立阻燃端子。相序分明，接线方便。

十二、附图

01：GZDW30方案系统图 02：GZDW31方案系统图 03：GZDW32方案系统图 04：GZDW33方案系统图 05：GZDW34方案系统图 06：GZDW35方案系统图 07：GZDW40方案系统图 08：GZDW42方案系统图 09：充馈电一体柜屏面布置图（10A模块，单插框）

－ －19

北京凯福电气有限公司 10：充馈电一体柜屏面布置图（10A模块，双插框） 11：充电柜屏面布置图（20A模块） 12：电池柜屏面布置图 13：馈电柜屏面布置图

14：智能中央信号系统屏面布置图（64路） 15：直流屏安装尺寸图 系统图中各个字符的含义为：

K — 交流进线开关 MK — 模块控制开关 FSK — C级避雷器开关 D — 隔离二级管 FU — 熔断器 DY — 电压变送器 QK —切换开关 KM — 控制母线 JYJ — 绝缘监察继电器

－20

－ JC — 交流接触器 FSC — C级避雷器 P — 充电模块 GD — 降压装置 HL — 霍耳电流传感器 HK — 合闸回路输出开关 KK — 控制回路输出开关HM — 合闸母线 JY — 绝缘监测仪

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r5yo.html