導語：如何才能寫好一篇交流電源，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：交流電源，短路，電流，熔斷器

 

1、引言

某機交流電源系統由兩套獨立的交流發電系統組成，它保證向用電設備提供固定頻率和電壓的三相交流電。正常狀態下，兩個系統彼此獨立工作，分別向各自的負載匯流條供電。在單通道故障情況下，兩個系統的負載可以互相轉換。每套電源系統都具有發電機接通、斷開的控制，電壓、頻率自動調節，過電壓、欠電壓、過頻、欠頻、過頻保護及系統轉換、相序鑒別等功能。在雙通道均故障的情況下，由交流變流器向用電設備提供應急交流電源，保證用電設備的正常工作。地面交流電源通過交流地面電源插座及相序保護器將地面固定頻率和電壓的三相交流電送至機上左、右交流匯流條。

2、故障現象

某用電設備在接通地面交直流電源后進行正常的通電檢查過程中，交流電壓表指示為零，交流電源突然斷電。

3、故障分析

將用電設備的各開關均恢復，斷開地面交流電源向用電設備供電的接頭，檢查地面交流電源的輸出，測量交流電壓為117V，地面交流電源工作正常。

由交流地面電源向機上供電原理圖（圖一所示）分析：

圖一

地面交流電不能向用電設備供電原因應是交流接觸器盒中的地面電源接觸器（以下簡稱接觸器）斷電不工作造成。接觸器工作電壓直流＋27V輸入端為左中心匯流條，接觸器負端經過相序保護器與用電設備的殼體連接。

因此，初步認為造成接觸器不工作的原因主要有以下三種：

其一是工作電壓線路短路，即：＋27V（地面直流電源）→左中心匯流條→左交流電源控制供電熔斷器（以下簡稱熔斷器）→交流地面電源插座（F、E）→交流接觸器盒的P36插頭的1號針→接觸器的A端線路中有接地現象，造成熔斷器熔斷，致使接觸器無正電輸入，而停止工作；另外還有兩條可能造成短路的線路，即：＋27V（地面直流電源）→左中心匯流條→左交流電源控制供電熔斷器→控制保護器插頭1號孔（交流電源檢查插銷13孔）中如有短路現象也可以造成熔斷器熔斷，接觸器停止工作。

其二是接觸器B端地線斷路，即：接觸器的B→交流接觸器盒的P36插頭的2號針→相序保護器的5（10）號針→相序保護器的4（9）號針→用電設備的殼體線路中出現斷路，也可以造成接觸器工作線路不能構成回路，致使接觸器不工作。

其三是成品故障，即熔斷器、接觸器、相序保護器和控制保護器中其一出現故障也會造成交流不供電。

綜合上面的分析，首先對機上線路進行短路和斷路的檢查。測量中發現熔斷器已經被熔斷，而其它線路導通正常，也沒有短路現象。換裝一個新的熔斷器，接通地面交直流電源，通電檢查系統供電正常。然后連續進行兩次通電檢查工作，也未發現異常。

遂通知相關人員重新進行該項檢查工作，當專業人員接通油泵車（一種地面向用電設備輸送液壓油的裝置）時，交流電再次突然斷電，交流電壓表突然指零，拆下熔斷器測量，發現其已被熔斷。論文參考網。由于該現象再次出現，于是對用電設備的線路進行全面重新測量，并將相關的成品進行檢查。論文參考網。測量發現機上線路并沒有出現短路和斷路情況，相關成品經有關單位檢查均工作正常。然后對各插頭進行清理，并重新安裝、固定。換裝一個新的交流接觸器盒和一個熔斷器后，通電檢查工作正常。

再次通知相關專業進行該項檢查工作，同第二次現象一樣，當專業人員接通油泵車時，交流電源再一次出現斷電現象。檢查發現熔斷器再次被熔斷。連續燒壞三個熔斷器，而線路測量又都正常，該如何解釋被燒壞的三個熔斷器呢？為了能將造成熔斷器熔斷的真實原因弄清楚，決定在換裝另外一個新的熔斷器基礎上，在中心匯流條至熔斷器線路中串聯一塊電流表，用以觀察是線路中電流的變化。測試工作準備好以后，專業人員先進行通電，此時電流指示為0.3A（正常值）。論文參考網。準備工作結束后，通知專業人員接通相關的設備，當各個專業將設備接好后，電流表的電流驟然間增大到18.27A，持續一段時間（3秒左右）后，電流消失。保持座艙各開關及油泵車所在狀態，斷開座艙總電門，測量熔斷器發現其再次被熔斷。

為了準確的進行故障定位，決定依次斷開所接通的開關及設備，確定造成故障的原因。當依次斷開座艙各開關，接通總電門時，觀察電流表指示仍然為18.27A。當拔掉油泵車供油管接嘴，接通總電門后，發現電流表的指示為0.3A。然后依次接通座艙內與交聯工序相應的開關，發現電流仍為0.3A。當接通油泵車接嘴后，電流又驟變至18.18A，現象很明顯，線路的短路是由油泵車造成的，然而油泵車和交流電源系統是兩個根本毫無關系的系統，怎么會造成機上線路短路呢？

從現象上看，造成短路的原因是接通油泵車引起的，而從原理上確找不到合理的解釋。短路是要構成回路的，表面上看油泵車是如何也不能構成短路條件的。從油泵車的結構及其工作原理我們知道，油泵車所使用的是廠房內380V的交流電，其地線是保護地與用電設備殼體相連；地面電源也使用廠房內的380V交流電，地線也同樣是保護地并與用電設備殼體相連。兩者在保護地上是關聯的，也就是說兩者是導通的。而用電設備的線路是經過地面電源插座的F、E與接觸器相連的，如果F、E與電源車的電源車殼體相連，就會形成圖二所示這樣的回路。

圖二

而實際測量發現F、E與電源車殼體確如所分析被焊接在電源車殼體上，因此就形成以下回路：正電＋28.5V→左中心匯流條→左交流電源控制供電熔斷器→地面電源檢查插座F、E→電源車殼體→保護地→油泵車殼體→油泵車供油管內部鋼絲→用電設備殼體地。即在用電設備殼體上構成一個完整的回路，此回路即是造成供電線路短路的真正原因。將F、E與電源車殼體脫離，并進行絕緣處理后，重新接通地面交、直流電源，進行該項通電檢查工作，一切正常。

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關鍵詞：福島；核電廠；移動電源；柴油發電機組

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）05-0044-03

近幾十年全球環境變化劇烈，各種特大自然災害時有發生，公眾對核電的安全性越來越關注，當局對核電廠運行的安全性要求也越來越高。為此，核電廠應針對各種大型自然災害引起的超設計基準事故工況做好充分準備。我國目前有數十座已建和在建核電廠，廠址均在沿海地區，在面臨嚴重自然災害的情況下，特別是像日本福島特大地震和特大海嘯疊加的自然災害時，可能存在因失去場內外電源而引發核事故的潛在危險。

本文通過對普通移動式交流電源的選型配置、設計方案、功能配套和運行操作等方面的研究，結合核電廠安全運行和日常管理的特殊要求，提出能夠適用于國內核電廠的移動式應急交流電源的方案，可在原有應急電源在超設計基準運行工況下發生共模故障失效后起到短期電源供應，滿足應急電源保障的安全性要求，降低嚴重事故發生的概率，使核電廠原有的安全性得到進一步加強。

1 背景分析

2011年3月11日，日本發生了由特大地震和特大海嘯災害疊加引起的福島核電廠核事故。地震發生時，福島第一核電廠1-3號機組運行，4-6號機組換料大修，地震使核電廠同時失去正常廠用電和外部電源，此時，運行中的機組啟動自動停堆程序，應急柴油發電機組啟動向余熱導出系統供電，特大地震使3臺柴油發電機組失效，但仍有10臺能維持正常運轉，滿足機組安全停堆要求。

約1h后的海嘯侵襲，使得其中9臺柴油發電機和配電設備（1-4號機組布置于常規島或核島之下）受到海水浸泡，從而導致冷卻水泵和電機受到損壞而停止工作，僅剩1臺柴油發電機組向5、6號機組供電， 5、6號機組的自動停堆程序得以維持運行，因此，這2臺機組未像1-4號機組一樣發生氫爆。

雖然福島電站后來也臨時調來了移動式應急電源，但因接口不匹配而無法使用；重新施工從外部引入電源耗時較長，從而錯過最佳救援時機而釀成特大事故。鑒于此，“確保緊急情況下的電源”被日本政府列入福島事故的經驗教訓之一。

對比國內現有的已建和在建核電廠，核電廠內應急柴油發電機組的固定安裝位置的一般在絕對標高9.0～10.0 m的水平上，同樣處于海拔高度較低的位置，如面臨福島遭受到的特大地震和特大海嘯沖擊，仍可能存在較大的失效風險。

核電廠除了可通過設置多類應急電源、采用環境適應性高的配電盤和電池充電用電動機、增加高位應急電源等措施來增加原有應急電源的可靠性外，對于現有已建和在建核電廠，還應考慮配備具備系統獨立、分散存放、機動靈活、快速響應、多臺快速并聯大功率輸出等優勢突出的移動式應急電源裝置。作為核電廠原有應急電源的補充和后備，移動式移動電源可在原有應急電源在超設計基準事故工況下失效后起到短期電源保障的作用，以降低嚴重事故發生的概率，進一步加強核電廠安全可靠性。

2 常規移動電源現狀

目前，國內的移動電源在石化、通信、電力等諸多行業有著廣泛和成熟的應用，并有多種配置方式：按電源種類可劃分為移動式蓄電池組、移動式汽油發電機組、移動式柴油發電機組、移動式燃氣輪機發電機組等；按車輛形式可劃分為手推車式、底盤拖車式、掛車式移動電源。

從國內發動機制造業水平和各行業使用業績來看，對于容量不超過2 000 kW的移動電源設備，國內已具備較為成熟的供貨和運行經驗；但對于容量超過2 000 kW的移動電源設備，一方面是市場需求不足，另一方面，因柴油機一體化程度降低，國內制造和成套水平不足，目前尚無成熟的供貨和運行經驗。

3 核電廠移動式應急電源配置技術要求

3.1 廠區內布置

為使移動式應急電源能承受地震和洪水的疊加效應，該移動電源日常應存放于抗震和防水的儲存廠房內，儲存廠房應選擇高于設計基準洪水位至少10 m以上的地點，且應設置在離核電廠房直線距離至少1 km以外。

儲存廠房應配有通風、照明、消防、起吊等配套設施，同時還應包括電源設備的試驗及工具間。

同時廠區內還應考慮設置多條抗震道路以符合專用交通的安全性、可達性和多樣性，且專用交通道路應盡量保證減少彎道和過陡區段。

另外，為分散共模失效的風險，保證震后設備使用的有效性，也應考慮該移動電源設備在廠區內進行分散布置。

3.2 日常管理

移動電源應進行日常維護，保證處于熱備用狀態，以便緊急情況下能夠快速投入使用；移動電源應定期進行啟動試驗和滿載試驗，在移動電源車庫內設移動或固定式試驗負載，或設計為可并網模式進行定期試驗，以保障機組性能。在定期試驗的同時，對于連接電纜應定期檢查絕緣等狀態參數，以保證連接電纜的可靠性。

同時，核電廠還應定期組織移動電源的應急演習，以保證操作人員的熟練操作。核電廠運行與應急管理規程中應對移動電源的人員配備、應急準備、車輛啟動、抵達時間評估、路線選擇、運行操作等要求作出規定。

3.3 供電時間

從緩解事故影響的角度來看，移動電源應盡可能具備長時運行能力。結合國內核電廠外部電源恢復的強制時間要求，移動電源應具備至少72 h的長時不間斷持續運行能力，并能通過在線燃料補給或在線充電等方式延長供電時間，為恢復外電源、防止LOCA等發揮作用。

3.4 啟動和停機

每套移動式電源設備應配備兩套獨立完整的啟動系統，以提高冗余程度來增加設備啟動可靠性。

移動電源應通過手動操作啟停，且應具有緊急停機裝置和滿足低溫條件下啟動的措施。當移動電源發生起動不成功或運行中發生故障而停機時，應能發出故障報警信號，如就地報警或者短信通知等告知運行操作人員當前機組狀態。

3.5 抗震和減震

移動電源設備自身及其輔助設備均應考慮采用抗震結構，與外部承載箱體的連接和安裝也應采用減震系統，并通過承載箱體與車輛底盤進行二級防震處理，以滿足抗震和減震要求。

同時，為進一步保證移動電源設備的抗震或減震能力，應通過設置擋板、拉鎖等裝置，在儲存廠房內設置防溜車、防側翻等輔助機械設施。

3.6 全天候工作

移動電源整體布局應采用在特殊路況下運輸和使用中優先保護電源機組的方式，以減少機組的故障，延長使用壽命，并預留合理的燃料補給箱、電纜絞盤和日常維護作業的操作空間；整車應配置可調節液壓或機械支撐系統，通過四點或更多支撐以減輕車輛輪胎在作業中的承重受壓；通過調節手搖桿或液壓桿的支撐高度，以維持在不平整地面停放車輛時的整體水平度，并在車輛長時間不用時，保護車輛輪胎及懸架系統。

移動電源承載廂體應采用全封閉結構，可充分做到防雨、防塵、隔熱、防火、防銹、降噪；電源機組與廂體、控制系統、加熱系統、交直流輸入輸出系統等應配有與車架組成的可靠接地，配有接地線及接地樁，電源車照明和檢修用電部分有相應的漏電保護系統；高溫部分結構應使用防火、阻燃、隔熱材料，如有消聲器裝置，其結構必須避免聚火的可能性，同時，車廂內可設置智能式消防滅火系統，并必須配備不少于兩套滅火器。

車輛的改裝、外部升降式燈柱和外部警報裝置的增設應符合交通法規的要求。

總體上移動電源應操作簡便，堅固耐用，可全天候開展應急工作。

3.7 電力接口

移動電源設備與廠內原有配電系統相連的外部接口應設置在便于移動電源到達的位置，并滿足防水和抗震要求，且不應影響原有系統的正常運行。

移動式電源設備也可通過連接電纜直連應急母線的方式實現快速敷設和連接，接頭可采用快速插頭或銅鼻子方式安裝，對于中壓移動電源的輸出電力電纜接口連接，不宜采用專有插頭。

對于日常情況下移動電源本身因熱備用所需要的電力供應，應在移動電源設備本身設置對外接口與儲存廠房內供電電源的連接

4 核電廠移動應急電源建議方案

4.1 移動電源選擇

考慮全廠失電疊加廠內原有應急發電機組全部失效的極端情況下，移動應急電源起到替代廠內原有應急發電機組的全部或部分功能，在規定的不干預時間內，為冷卻水泵或維持軸封水泵進行供電，保障事故應急的電源需求，同時也為廠內部分測量、監視、控制等負荷進行供電，起到緩解事故的作用。

然而，由于各個核電廠堆型的區別，電源下游負荷均有不同，因此，各核電廠的負荷需求應根據其所配置的安全設施進行分析，以尋找市場上較合適的電源設備。

目前雖然無法具體計算各類核電廠中不同事故工況下的負荷需求，但可以明確，事故工況下的電源設備應保證容量水平盡量大，從而應對事故情況下出現部分不可預想的負荷需求。

根據現有市場上的成熟設備，以滿足總結出可能的移動電源設備如下：

蓄電池組具有維護便利等優點，也適用于部分應用范圍，但因其壽命較短，負荷范圍和供電時間有限，加之對運行環境要求嚴格等因素，不宜選作移動式應急電源。

燃氣輪機發電機組因在尺寸和重量方面相比同功率水平的柴油發電機組要小，在要求功率較高和空間較狹小的情況下，燃氣輪發電機組具備優勢，但因其經濟性較差，其應用范圍相對柴油發電機組要小。因此本文推薦采用成熟的移動式柴油發電機組。

4.2 移動式柴油發電機組

移動式柴油發電機組可選擇廂式、箱裝式機組。箱裝體可采用牽引重型卡車移動，或直接安裝在汽車上。采用牽引拖掛車時，箱裝體底部應裝有車輪和液壓或機械支撐及其他固定裝置。

廂式電源機組本體應通過減振器安裝在箱裝體底座上，如采用內燃機驅動的發電機組，則進氣可采用廂體內進氣，排氣經排氣管排至廂體外；冷卻水散熱器安裝在箱裝體的前部，以便于散熱空氣的排出。散熱器風扇兼作箱裝體通風的排風扇，通風入口盡量設置在發電機側的前頂部，便于發電機的散熱，另外設有補水接口。

為延長供電時間需配備較大容量的燃油箱，但燃油箱過大將使機組整體體積、重量增大，影響其機動性能。根據設備和現場的實際需求情況，車載油箱應急時間可按常規標準設定為4～8 h左右，并考慮利用原有固定式柴油發電機組的油箱或者外部油罐車等為其提供在線補給。

燃油箱設有液位指示、補油接口，液位指示等，補油接口設在箱裝體的外側，補油接口采用快接接口，在必要的情況下可增加手動補油泵。

移動式柴油發電機組的啟動系統可設置為雙冗余系統，每套系統均包括：起動蓄電池組、起動馬達（含啟動控制器）或者采用壓縮空氣系統完成機組的啟動。蓄電池組充電備用時，應采用直流配電設備由外部正常電源進行充電，機組運行后由柴油機自帶的充電機進行充電；采用壓縮空氣系統啟動時，應考慮空氣罐內的氣壓條件是否能改保證滿足啟動要求。

電氣設備安裝在遠離散熱器的一側，發電輸出由出口開關柜進行分合控制，出口開關柜盡量靠近發電機側，并盡量采用銅排聯接，發電輸出與電廠的接線端子設置在箱裝體的外側。

柴油發電機組的控制、保護、監測由發電機控制柜和機組控制柜完成，同時，熱工參數監測、指示也應在箱裝體外側設置有機組起動、停機等操作面板。

移動電源整車參考外形如表1所示。

對于電力負荷較高的情況，可采取多車并機的方式以滿足要求。并機方式需要增加并機功能控制器、開關，并機模塊間可通過總線進行快速連接，避免出錯并減少現場應急發電準備時間。

5 其他關注的重要問題

本文僅對核電廠移動電源提出初步方案，具體到一個目標核電廠，需對該核電廠原有應急電源、廠址條件、原設計基準等進行分析論證，綜合設計院、業主、運營單位的具體情況等諸多因素確定該核電廠的移動式電源。

核電廠建設需嚴格遵守法律法規，因此須盡快制定核電廠移動式電源標準規范，對移動式電源的車輛以及電源設備抗震能力的檢驗方法、工作范圍和負荷特性、電源輸出接口等方面進行規范。

核電廠運營規范也需增加對移動式電源的日常管理、保養、日常的演練演習、事故情況下的介入時機等相關規定。

6 結 論

①國內現有的已建和在建核電廠增配移動式應急電源，是保障核電廠在面臨嚴重自然災害所導致的超設計基準事故時應急電源供應的有效方法，可為救援爭取先機，從而使核電廠的安全性得到進一步提升。

②增配移動式應急電源，可大大降低現有已建和在建核電廠為應對嚴重自然災害引起的超設計基準事故而必須進行的對原有應急電源的改進或改造升級費用，保證核電廠在很短時間內完成升級改造，滿足當局對核安全的要求。

③國內移動式電源種類繁多，市場供應成熟，只需很短的時間按核電廠要求進行改進、改裝，即可作為現有核電廠應急電源投入使用。

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【關鍵詞】試驗變壓器；串聯諧振設備；電力變壓器；特點

【中圖分類號】TM832【文獻標識碼】A【文章編號】1006-4222（2015）23-0181-02

前言

對于特高壓輸電技術和絕緣的研究需要使用特定的特高壓交流試驗電源，而隨著特高壓輸電技術的進步，對于特高壓交流試驗電源的要求也越來越高，一般來說，特高壓交流試驗電源需要更大的工作電壓和充電容量，能為試驗提供更多的輸入電壓和電源容量，同時能在標準工作電壓下長期穩定運行，符合相應的絕緣水平的標準要求。在試驗頻率上要高于工作頻率，能適應電壓調整并且能沖擊合閘。因此對于特高壓交流試驗電源不同類型電源進線特點研究和比較顯得極為重要。

1特高壓交流試驗電源特點探討

1.1試驗變壓器

1.1.1電壓和電源容量

試驗變壓器一般來說包括單級式試驗變壓器和串級式試驗變壓器，串級式試驗變壓器能滿足三相組的電流和電壓需求。從電壓的角度來看，試驗變壓器的輸出電流較小，輸入容量受到嚴格的控制，因此電源容量較小，而利用串級式試驗變壓器提高電源容量在理論層面可行，但是從經濟性和操作可行性的角度來看并不現實，經濟效率較低，而且實際意義不大。

1.1.2運行方式和絕緣效果

試驗變壓器是運行效果并不算優異，由于其自身的散熱性能的影響，并不能長期的運行，而且絕緣系數較小，絕緣效果不理想，并不能滿足絕緣要求，在大氣電壓和操作電壓增大的同時很難做出相應的調整。

1.1.3輸入頻率

試驗變壓器的輸入頻率采用工頻源輸入，利用調壓器來調節電壓。試驗變壓器經濟效益好，適用于容量較小的短時間試驗。

1.2串聯諧振設備

1.2.1電壓和電源容量

串聯諧振設備主要適用于單相高電壓的試驗，在三相電壓試驗中并不能應用，而且在一定程度上根據具體的調節情況，數據分析可以選擇其中一相來進行分析，在每一相都對稱的情況下，選擇哪一相對整體結果影響都不大，而三相電壓試驗中三相負荷并不對稱，選擇其中一相很難準確。從具體的特高壓交流試驗中可以看出，對負荷特性的要求較高，尤其是不能影響品質因素，而串聯諧振設備對三相串聯諧振回路的調節很困難。串聯諧振設備主要的原理就是諧振原理，利用電感補償容性來調節無功功率，利用較小的輸入電源來達到較好的試驗效果，但是串聯諧振設備主要還是適合容性容量較小的試驗。

1.2.2運行方式和絕緣效果

串聯諧振設備本身具有散熱裝置，能長時間穩定運行，但是絕緣系數較小，絕緣效果不理想，并不能滿足絕緣要求，在大氣電壓和操作電壓增大的同時很難做出相應的調整。

1.2.3輸入頻率

串聯諧振設備的回路主要有工頻串聯諧振回路和變頻串聯諧振回路，兩種不同的回路的輸入頻率不同。工頻串聯諧振回路一般來說，需要選擇工頻源，然后通過對電感量和電壓的調節來達到諧振效果，而變頻串聯諧振回路利用調節變頻裝置源來調節如初頻率，然后調節變頻范圍和電壓達到預期目的。串聯諧振設備適用于單相高電壓試驗，并且容量較大。

1.3電力變壓器

1.3.1電壓和電源容量

電力變壓器本身的容量較大，尤其是和其他類型的特高壓交流試驗電源來說容量更大，而且在實際的電力系統中應用更為普遍。電力變壓器本身就是一種較為常見的交流試驗電源，可以通過升壓變壓器將試驗電壓進行調整，同時也能滿足三相組的要求，容量更大。對于電壓來說，由于輸入電流較大，因此輸出容量受到一定的限制，在具體的特高壓交流試驗中可以降低電壓的空載損耗，選擇最小的限制容量，這樣能保證其長期穩定運行。

1.3.2運行方式和絕緣效果

電力變壓器和試驗變壓器的結構有很大的差異，其中有較大的設計亮點，散熱能力和絕緣水平較好。電力變壓器能長期穩定的運行，保證試驗長時間的工作，但是需要注意的是，如果電力變壓器的容量長期比試驗用的容量大會在一定程度上影響機械設備的運行成本，因此需要增加試驗容量。在電力變壓器的絕緣效果上考慮，根據標準的設計要求，能承受較大電壓的侵襲，絕緣效果較好，因此不需要進一步的電壓限制措施。

1.3.3輸入頻率

電力變壓器的工頻源能滿足工頻頻率的要求，并且能滿足不同試驗頻率的要求，也能將電源電壓進行調整，產生變頻源，使其符合試驗電壓的要求。電力變壓器能通過調壓器和調壓機組來進行電壓調節。電力變壓器經濟效益較差，但是適應能力強，適合大多數的特高壓交流試驗。

2特高壓交流試驗電源特點比較

特高壓交流試驗電源中試驗變壓器、串聯諧振設備和電力變壓器這三種特高壓交流試驗電源的具體特點，從電壓和電源容量、運行方式和絕緣效果、輸入頻率、適用范圍四個方面對這三種特高壓交流試驗電源進行比較，能直觀的看出每種交流電源的具體特點。通過對特高壓交流試驗電源不同類型的比較，可以分析出每種交流電源的特點和適用范圍，同時也能根據具體的試驗選擇不同類型的電源。在特高壓交流試驗電源想選擇上可以從經濟性、時間范圍和容量以及相數等方面選擇，通過不同指標的綜合衡量選擇最佳的特高壓交流試驗電源類型，能更好的保證試驗效果，為特高壓輸電技術試驗提供更為標準、穩定的電源。

3結語

綜上所述，特高壓交流試驗電源主要包括試驗變壓器、串聯諧振設備和電力變壓器這三種特高壓交流試驗電源，通過對每種交流電源的特點分析，明確了每一種交流電源的特點和適用范圍，具體來說，試驗變壓器經濟效益好，適用于容量較小的短時間試驗，串聯諧振設備適用于單相高電壓試驗，并且容量較大，電力變壓器經濟效益較差，但是適應能力強，適合大多數的特高壓交流試驗。根據三種特高壓交流試驗電源的特點探討和比較能在之后的工作中根據實際情況選擇不同的電源，滿足試驗的要求。

參考文獻

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篇4

關鍵詞：直流系統 交流不間斷電源系統 充電器 逆變器

中圖分類號：TG457.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0107-02

核電廠的直流系統作為斷路器的分閘、合閘回路，繼電保護裝置的操作、控制、信號和保護回路的工作電源，是核電廠廠用電系統最重要組成部分。220 V交流不間斷電源（UPS）系統是核電廠計算機、通信系統以及安全保護設備必需的一種不間斷、高可靠的電源。直流系統和UPS系統對保證核反應堆的安全運行有著至關重要的作用，為了滿足單一故障準則，核安全級的直流和交流不間斷電源系統需要冗余配置。并且電氣上隔離，實體上分隔。

1 直流和UPS系統的運行

1.1 直流系統的運行方式

在核電廠中，直流系統按電壓可以分為24 V、48 V、110 V和220 V四種等級，其中某些系統為核安全級，必須按照RCC-E標準進行設計制造和試驗。

核電工程的直流系統接線通常采用單母線分段形式，包括兩臺充電器和一組蓄電池，母聯開關將母線分為A和B兩段，A段母線上連接有一臺充電器、一組蓄電池和蓄電池試驗回路；B段母線連接有另一臺充電器、微機絕緣監測儀以及饋線回路。正常運行時，由B段母線上的充電器向直流負荷供電，同時向蓄電池組浮充電，該充電器能提供最大持續負荷電流，同時維持蓄電池組端電壓不變。當運行的該臺充電器發生故障時，就地手動切換到A段母線上的充電器，切換期間由蓄電池組為負荷進行供電，為了提高供電的可靠性，兩臺充電器允許并聯運行，中間不設機械閉鎖。直流系統進線電源取自不同的380 V母線段。

蓄電池組工作在浮充電狀態時，它僅需提供瞬時尖峰負荷。一旦充電器或其交流電源故障，蓄電池組能夠向本系統全部直流負荷供電至少1 h。如果1 h后還未恢復充電器供電，則系統有可能失電。

蓄電池試驗回路系統與直流系統相配套，用于檢驗安裝在廠區內的鉛酸蓄電池是否處于良好的工作狀態。當直流系統停用時，即可進行蓄電池10 h容量放電試驗以及1 h核對性放電試驗。放電電流可以在放電試驗小車上進行調節。

1.2 交流不間斷電源（UPS）系統的運行方式

220 V交流不間斷電源（UPS）系統結構圖如右圖所示，其主要有以下幾種工作模式：正常工作模式，電池工作模式，旁路工作模式和充電器工作模式。（如圖1）

正常工作模式下，由交流線路通過AC-DC整流電路、逆變器，向負載供電。交流線路欠壓或失電時，由蓄電池通過逆變器向負載供電。如果逆變器過載或者失效，靜態開關斷開逆變器通路，同時將負載與旁路回路接通。當負載恢復正常，或者系統恢復供電條件時，系統會自動從旁路工作模式切換回正常工作模式。逆變器自動跟蹤旁路電源的頻率并與旁路電源同步，當旁路電源超出正常范圍50Hz±6%時，逆變器放棄跟蹤，轉為自動調整輸出頻率為50 Hz。以上的相互切換，是靠控制靜態開關EA&EN來實現的。靜態開關切換時間不大于1 ms。以上的工作模式切換是調試的重要內容，是保證對重要負荷不間斷電源供給的重要一環。

2 直流系統的組成結構和功能

直流系統設備主要包括蓄電池、充電器、直流配電柜以及接地故障探測儀等。

2.1 蓄電池

目前，核電廠直流系統廣泛使用鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池由二氧化鉛（PbO2）的正極板、鉛（Pb）的負極板和密度為1.2～ 1.4 g/cm3的稀硫酸（H2SO4）電解液構成。單個蓄電池的均衡充電電壓為2.30 V，浮充電電壓為2.23 V，事故放電終止電壓為 1.87 V。

蓄電池初次使用前必須進行初充電。初充電可恒流充電或恒壓充電。蓄電池10 h容量放電試驗和1 h核對性放電試驗結束后，必須進行補充電。此外為了使全列蓄電池的電解液密度、電壓均衡一致，還需進行均衡充電。

對蓄電池的充放電試驗和容量測試試驗，應根據廠家提供的操作說明書和相應的規范來進行。

2.2 充電器

直流系統充電器的整流模塊為三相橋式全控整流電路，包含電力二極管和可控硅。功率半導體用快速動作高分斷能力的熔斷器保護。充電器裝有限流保護，防止充電器過熱及部件損壞。為滿足對蓄電池的充電要求，充電器還應具有穩壓、均流、限流以及輸出電壓可調等特性。

2.3 直流配電柜

核電廠直流配電柜常采用抽屜柜。共有三路進線，其中兩路由充電器供電，一路由蓄電池組供電，正常運行時只有一臺充電器向配電柜供電，同時經直流母線向蓄電池組浮充電。當充電器或其380 V交流電源故障時，則由蓄電池組向配電柜供電。

蓄電池進線、充電器進出線斷路器均配有延時動作的電磁脫扣器，以使短路保護具有選擇性。

2.4 接地故障探測儀

直流系統接地故障探測器可連續地監測系統絕緣完整性，它能夠測出母線電壓，各分支回路的正極、負極對地的電壓值和絕緣電阻值，發生故障時，可以指示故障極性及報警。

調試試驗時，應分別在母線和各分支回路出線端中接一滑線電阻器（35～80 kΩ），調節滑線電阻器，當其電阻值低于設定電阻值時，探測器上的紅燈亮并發出報警，同時液晶顯示屏上顯示發生接地故障的支路數和接地電阻值，同時通過DCS向主控室發出報警信號。

3 交流不間斷電源（UPS）系統的組成結構和功能

UPS系統包括逆變器、整流器、靜態開關、手動旁路開關、隔離變、調壓變和交流配電屏等。

3.1 逆變器

UPS系統使用的逆變器單元主要由以下元件組成：逆變器、靜態開關EA&EN、三位手動旁路開關和旁路變壓器。其中的逆變功能模塊由IGBT組成的電壓型單相全橋逆變電路完成，使用SPWM控制技術使輸出得到品質優良的正弦波。逆變器調試時，需要測量輸出波形并計算諧波總畸變（THD）以判斷是否達到性能要求。

3.2 整流器

380 V三相交流電通過隔離變和LC濾波后，輸入整流器轉化為直流電，再輸送給逆變器，由于在蓄電池回路加裝逆止二極管，整流器正常工作時，不對蓄電池進行充電，這樣能保證對逆變器負荷的能量供給。對于直接由直流系統供電的逆變系統，則沒有整流器設備。

3.3 靜態開關

靜態開關是實現逆變器輸出和旁路回路切換的裝置，當UPS的輸出故障或負載異常時，逆變器的輸出可自動的切換到旁路市電，切換也可以是手動完成，手動切換同樣無中斷供電。

4 結語

核電廠直流和UPS電源系統包含子系統很多，供電負荷也多。由于部分系統涉及到核安全，因此結構復雜，運行方式靈活。在這些系統試驗調試前，要做好充分的準備，熟練掌握系統的設備、組成結構、功能和運行特性以及相關試驗內容和方法，才能確保調試工作順利進行。

參考文獻

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篇5

（中國船舶重工集團公司第七四研究所，上海200031）

摘要：為滿足船上不同特性單相交流負載，特別是不控整流橋非線性負載的供電需求，使220 V單相交流供電具有強的抗電流沖擊的能力，運用先進的電力電子控制技術，研制了一種船用高性能單相交流不間斷電源裝置，討論其工作原理，并研究了關鍵技術。最后，通過原理樣機，驗證了船用高性能單相交流不間斷電源裝置的優越性能。

關鍵詞 ：船用電源裝置；單相交流；電流沖擊；不間斷電源

中圖分類號：TN86?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）16?0149?03

收稿日期：2015?03?25

20世紀80年代以來，越來越多的計算機自動化監控設備運用到船舶動力、電力及通信等系統里，大大提升了船舶自動化水平，同時，這對供電電源品質及可靠性要求也越來越高[1?2]。當主電網不正?；虬l生中斷故障時，輸出需不間斷供電以保證重要系統穩定工作，即要求給負載提供不間斷的高質量電源，其中包括220 V單相交流電源。單相交流不間斷電源裝置[3?5]，扮演著給船舶動力、電力、通信等系統重要負載，不間斷提供穩定的高質量220 V單相交流電源的角色，但隨著自動化程度的提高，各種特性負載不斷增多，也包括不控整流橋非線性負載[6?7]，其突加可帶來20 倍于額定值的沖擊電流，極易造成系統誤保護，因此，一般的單相交流不間斷電源裝置已不能滿足目前實船舶發展的需要。為了適應船上220 V單相非線性負載的實際特性，保證負載順利啟動及掛網負載正常工作，本文研制了一種船用高性能單相交流不間斷電源裝置，采用十二脈波整流、基于單極倍頻SPWM調制的電壓電流雙環數/模混合逆變控制及電源切換動態跟蹤鎖相等先進技術，實現了優良的輸出性能，具有較好地抗負載沖擊能力。

1 工作原理

船用高性能單相交流不間斷電源裝置原理框圖，如圖1所示，主要由十二脈波不控整流電路、逆變電路、充電電路、放電電路、電源切換控制電路、輔助電源電路和監控系統等組成。主電路中，三相電網電壓經EMI 濾波，通過Δ?Y/Δ型變壓器隔離降壓，經由兩組不控整流橋十二脈波整流獲得逆變電路所需的250 V 直流母線電壓，再通過基于電壓電流雙環控制SPWM倍頻調制的單相全橋逆變電路，由輸出升壓變壓器和LC低通濾波輸出負載所需的220 V/50 Hz 單相正弦電壓。充電電路，輸入由母線電壓直接提供，采用一個具有恒壓恒流充電功能的Buck型充電電路，對蓄電池進行充電；放電電路，采用Boost型升壓電路，輸出直接連接直流母線，提供逆變電路所需的直流母線電壓。電源切換控制電路，采用動態跟蹤鎖相技術，實時采集跟蹤備電網電源相位，執行機構由雙向可控硅與功率繼電器組成，根據逆變控制單元DSP的控制信號動作，保證負載突變致使沖擊電流過大等情況時，由逆變電路供電自動切換到備電供電，切換過程中無相位差引起的電流過沖。

輔助電源電路，輸入由三相Δ/Y降壓變壓器及三相不控整流電路得到的80 V直流電壓，或者72 V蓄電池電壓不間斷提供，經高頻化DC?DC變換后，輸出整個交流不間斷電源裝置控制所需的±15 V，+24 V，+15 V，-9 V與+5 V電源。

監控系統，采用基于DSP TMS320LF2407A 的數字式監控模式，對整個交流不間斷電源裝置進行監視與控制，人機界面則采用基于MCU ATmega128 的集成化液晶顯示方式，方便用戶操作。

2 關鍵技術

2.1 逆變電路設計

逆變電路設計，是船用高性能單相交流不間斷電源裝置具有強負載沖擊承受能力的技術保證。本文逆變電路主電路拓撲采用IGBT 模塊組成的單相全橋式結構，控制方式采用先進的單極性倍頻SPWM 調制的電壓、電流雙閉環數/模混合控制模式，功率器件工作頻率設定在20 kHz，以提升裝置承受負載沖擊的能力，降低高頻噪聲，電路原理示意圖如圖2所示。

圖2中，逆變電路以濾波電感電流iL (s) 作為內環，輸出電壓uo (s) 作為外環，發揮了電流內環給裝置帶來的快速動態響應性，電壓外環又保證了裝置高質量輸出波形。單極性倍頻SPWM調制的電壓、電流雙閉環控制方式及功率器件20 kHz的工作頻率，使逆變電路對負載的擾動和突加突卸具有快速的動態響應，當負載突加致使輸出端形成強沖擊電流時，輸出電壓跌落，此時電壓、電流雙閉環控制系統迅速反應，使跌落的輸出電壓迅速恢復正常。同時，當負載突加過大致使輸出電壓跌落至零時，電流環控制電路將對流過IGBT模塊沖擊電流進行限流，以保護功率器件。電壓、電流雙閉環控制方式與優化PI參數，使得交流不間斷電源裝置具有強承受負載沖擊電流的能力。另外，IGBT模塊20 kHz的固定開關頻率也使輸出濾波變得簡單，1.2 mH輸出濾波電感10 μF的輸出濾波電容組成的LC濾波電路，不僅使輸出電壓波形畸變率減小，而且使輸出高頻噪聲降低；全橋式主電路拓撲能夠適應先進的逆變控制技術，其固有的中大容量工作特性，也為交流不間斷電源裝置容量的拓展提供了便利。

2.2 電源切換控制電路設計

電源切換控制電路設計，是船用高性能單相交流不間斷電源裝置在非線性負載突加致使沖擊電流過大以及輸入電源故障等情況時，逆變電路供電與備電供電之間自動切換的技術保證。本文電源切換控制電路采用雙向可控硅與功率繼電器并聯的控制模式，并且引入動態跟蹤鎖相技術，使逆變輸出波形與備電波形基本保持同相位。其中，雙向可控硅用來實現逆變電路供電與備電供電的快速切換，功率繼電器則實現負載供電的可靠性，動態跟蹤鎖相技術，則保證逆變供電與備電供電之間切換時負載電壓波形基本連續，避免負載受到沖擊。電源切換控制電路，根據輸入、輸出端的采樣信號由DSP（TMS320LF2407A）的邏輯判斷產生的控制信號動作，保證在負載突加逆變電路無法承受沖擊、三相輸入電源故障且蓄電池欠壓等情況時，由逆變電路供電自動切換到備電供電；當負載突加結束、三相輸入電源或蓄電池恢復正常等情況時，輸出由備電供電自動切換回逆變電路供電，原理電路如圖3所示。

當沖擊性負載突加后，輸出電壓跌落，由DSP檢測判斷輸出電壓能否立刻恢復，能恢復電源切換控制電路則不切備電，不能恢復則自動切備電，同時采樣輸出電流，在負載電流有效值恢復正常后自動切回逆變供電；當三相輸入電源正常時，逆變電路直流母線由交流輸入供電，同時使能蓄電池充電電路，封鎖放電電路；當三相輸入電源故障且蓄電池欠壓時，封鎖充電電路和放電電路，同時自動切換到備電供電，保證負載的可靠運行。

3 實驗結果與分析

為了驗證理論研究的正確性，搭建了一臺220 V/4 kA船用高性能單相交流不間斷電源裝置樣機，采用十二脈波不控整流與電壓源全橋逆變拓撲結構，單極性倍頻SPWM 調制電壓、電流雙閉環數/模混合控制及電源切換動態跟蹤鎖相技術，IGBT為CM200DY?12NF，隔離變壓器變比為1∶2，濾波電感為1.2 mH，濾波電容為10 μF，開關頻率20 kHz，等效開關頻率為40 kHz，示波器型號為泰克TPS2012。樣機突加4.0 kV·A二極管不控整流、電容濾波整流性負載沖擊試驗波形，如圖4所示。

試驗結果表明樣機最大能承受200 A電流峰值而不切備電，輸出電壓在2～4 ms內恢復正常，基本0 ms斷電。樣機在輸入電源故障且蓄電池欠壓時自動切換至備電供電試驗波形見圖5。輸入電源恢復正常后由備電自動切回逆變供電試驗波形見圖6，不難看到，逆變輸出與備電220 V之間實現了零相位差無縫切換，切換過程中無電流沖擊，負載0 ms斷電。

4 結論

本文針對船上220 V單相非線性負載的實際特性，研制了一種船用高性能單相交流不間斷電源裝置。重點研究了其單極倍頻SPWM調制的電壓電流雙環數/?；旌夏孀兛刂?、電源切換動態跟蹤鎖相等先進技術。通過研制的220 V/4 kA樣機，驗證了船用高性能單相交流不間斷電源裝置能夠實現良好的抗非線性負載電流沖擊的效果，具有優良的輸出性能。

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[6] 方超.逆變器帶非線性負載的控制方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2013.

篇6

煉鋼轉爐氧槍電機目前多采用交流電動機，交流電源正常時由變頻器供電，實現氧槍的下降、吹氧、提升的調速運行;交流電源事故停電時必須由另一套應急電源供電，緊急提升氧槍，防止發生設備事故。

根據某鋼廠煉鋼轉爐的工藝要求，在交流事故停電時應急電源需要供電的負載為:

(1)氧槍電機1臺，電壓380V，容量55kW;

(2)氧槍抱閘電機1臺，電壓380V，容量0.33kW;

(3)轉爐抱閘電機4臺，電壓380V，

容量0.45kW×4＝1.8kW;

(4)事故控制電源，電壓380V，容量2.4kW;

(5)要求應急電源的備用時間為1小時。

應急電源的工作情況有以下2種情況:

當轉爐正在煉鋼吹氧時，交流電源突然停電，應急電源中的可變頻逆變器應首先輸出給氧槍電機使其處于堵轉狀態，同時應急電源中的工頻逆變器輸出事故控制電源，給氧槍抱閘電機供電，松開氧槍抱閘，然后緊急提升氧槍到最高位。因為煉鋼時，轉爐已經在零位，應急電源不需給轉爐抱閘電機供電。

如轉爐正在出鋼時，交流電源突然停電，應急電源中的可變頻逆變器應輸出給轉爐抱閘電機，松開轉爐抱閘，轉爐靠自重傾轉回到零位。因為出鋼時，氧槍已經在最高位，應急電源不需給氧槍電機供電。

2應急電源的配置

根據上述工藝要求，應急電源的配置應為:

(1)75kW可變頻逆變器1臺(考慮氧槍最大負載情況，過載能力150%，60s)

(2)3kVA工頻正弦波逆變器1臺(按氧槍抱閘電機全壓啟動及交流接觸器線圈最大吸合功率考慮)

(3)充電模塊2臺(輸出電流按電池容量的10%計算)

(4)免維護鉛酸蓄電池1組(電池容量按負載電流和后備時間計算)

3應急電源的原理設計和參數計算

3.1原理設計

因為在交流電源正常時，氧槍電機由一臺變頻器供電，控制電源、氧槍抱閘電機、轉爐抱閘電機都是由交流電源供電，只有交流電源停電時，氧槍電機、控制電源、氧槍抱閘電機、轉爐抱閘電機才由應急電源供電，所以應急電源設計成離線式。

氧槍電機變頻器和應急電源的可變頻逆變器分別通過兩臺輸出交流接觸器給氧槍電機供電，兩臺接觸器由操作連鎖系統控制，接觸器線圈分別由交流電源和應急電源中的工頻正弦波逆變器供電，交流電源正常時，氧槍電機由原控制系統控制工作，交流電源事故停電時在機旁箱操作事故氧槍提升按鈕和事故松轉爐抱閘按鈕。氧槍提升到上極限自動停止，轉爐傾轉到零位停止。應急電源系統主回路及控制回路見圖1。

3.2參數計算

(1)可變頻逆變器技術參數

可變頻逆變器采用西門子矢量型逆變器，其電氣參數為:

輸入:DC510V(-15%)~650V(+10%)

輸出:0~3AC380

額定頻率

輸入:直流

輸出:0~50Hz

額定電流

輸入:174A

輸出:146A

過載電流:198A

過載時間:60S

(2)工頻正弦波逆變器技術參數

直流輸入電壓:180~300V

直流輸入電流:13.6A

交流旁路輸入電壓:380V±15%

交流旁路輸入電流:4.5A

切換時間:≤5ms

交流輸出電壓:380V±3%

交流輸出電流:3.6A

過載能力:120%1min;150%10s;200%1s

(3)逆變器容量核算

a)可變頻逆變器容量核算

氧槍電機容量為55KW，額定電流約110A，考慮氧槍刮渣過負荷情況，電流1.5倍為165A＜198A(逆變器過載電流)，故逆變器容量能夠滿足。

b)工頻正旋波逆變器容量核算

該逆變器負載是氧槍抱閘電機(直接啟動)和控制電源，氧槍抱閘電機容量為0.33kW,額定電流約0.66A，直接啟動電流按8倍計算為5.28A，逆變器額定輸出電流為3.6A,過載1.5倍電流為5.4A＞5.28A。

控制電源的負載為氧槍電機、氧槍抱閘電機、轉爐抱閘電機輸入接觸器線圈，因為他們不是同時工作，所以可以按最大線圈的吸合功率考慮，氧槍電機輸入接觸器為250A，線圈吸合功率為1430W，電流為1430W/220V＝6.5A，吸合時間0.5s;而逆變器過載能力:200%1s，既容許電流為3.6×2＝7.2A＞6.5A。

因為氧槍抱閘電機啟動和接觸器操作不是同時進行的，所以可以按最大負載考慮，由以上計算可以看出逆變器容量可以滿足。

(4)電池容量和串聯只數的計算

a)電池容量計算

電池組是當交流事故停電時，作為2臺逆變器的輸入電源為負載提供能量，電池組的容量由逆變器輸出的最大負載電流和持續時間決定。

由西門子逆變器技術參數可知:額定交流輸出電流為146A時，直流輸入電流為174A，那麼氧槍電機工作在額定電流110A時，直流輸入電流為110A×174A/146A＝131A。

由工頻正弦波逆變器技術參數可知:在額定情況下，逆變器直流輸入電流為13.6A。因此2臺逆變器總的直流輸入電流為144.6A。既電池組需要提供的最大持續電流為144.6A，而持續時間為60min。根據這兩個數據就可以計算電池組的容量。

按恒流放電計算電池組容量，已知條件為:

單只電池額定電壓:12V

單只電池放電后的截止電壓:10.8V

恒流放電電流:144.6A

放電持續時間:1h

放電容量為144.6A×1.0h＝144.6Ah

從圖4電池放電曲線可以得出1h對應12×J20曲線，再由圖5電池容量曲線可以得出容量60%;設所求電池容量為C，按下面公式計算:

60%×144.6=100%×C

C=100×144.6/60=241Ah故選240Ah電池。

b)電池串聯只數計算

串聯只數N取決于逆變器輸入直流電壓的最大和最小允許值。不間斷電源在正常運行時，系統處于浮充電狀態，電池只數應為:

N=Ue/6Uf(12V/單只電池)

式中:N為蓄電池組串聯只數

Ue逆變器輸入或變頻器中間直流回路額定電壓

Uf單體電池的浮充電電壓

以12V/單只電池為例，單體電池的浮充電壓Uf=2.25V,單只電池的浮充電壓Uf=13.5V。

西門子逆變器的輸入電壓為:

Ue=510～650V±10%,即Ue(min)=510V﹡

650V和715V是逆變器能正常工作的電壓上限和下限值，取平均值:Ue=(459V+715V)/2=587V。

則N=Ue/6Uf=587V/6×2.25V=43.48只。取N=42只。

浮充電時,電池組端電壓Ud=42×2.25V×6=567V。電壓在設備允許范圍內。

3.3應急電源的設備組成和原理框圖

應急電源的原理框圖見圖2。應急電源的組成:

(1)斷路器:1QF:交流輸入斷路器;2QF:工頻逆變器輸入斷路器;3QF:工頻逆變器輸出斷路器;QS:可變頻逆變器輸入開關;

(2)接觸器:1KM:交流輸入接觸器;2KM、4KM:可變頻逆變器輸出接觸器;3KM:變頻器輸出接觸器(用戶設備);5KM:轉爐抱閘電機輸入接觸器(用戶設備);

(3)TR:隔離變壓器;

(4)CM1、CM2:高頻開關充電模塊;

(5)DC1、DC2:免維護鉛酸蓄電池組;

(6)1NB:可變頻逆變器;

(7)2NB:工頻逆變器;

(8)VF:變頻器(用戶設備)。

4可變頻應急電源的工作狀態

4.1交流電源正常時的運行

當交流電源正常供電時，充電模塊對電池組進行浮充電，同時2NB逆變器由交流供電旁路輸出(注:2NB輸入電源以交流優先)，為控制電源供電;1NB逆變器處于熱備待啟動狀態，電機由用戶變頻器供電，見圖3。

4.2交流電源斷電時的運行

當交流電源斷電時，1KM接觸器斷開，充電模塊停止工作;2NB逆變器輸入電源由交流切換到電池組供電，保證外部控制電源不間斷;同時外部連鎖系統停電啟動信號(用戶提供)啟動1NB逆變器，輸出接觸器3KM斷開，2KM接通，用戶電機由1NB供電。此時1NB，2NB的運行是靠電池組放電來維持的，電池組對逆變器提供一個穩定的直流電壓，因時不會因交流電源斷電而影響負載工作，見圖4。

4.3交流電源恢復時的運行

在交流電源恢復正常時，應急電源可不需人工操作便可自動重新啟動，充電模塊開始對電池組補充充電，這時電源恢復到正常運行狀態，等待下次使用。

5結束語

可變頻應急電源是專門用于電動機負載的輸出電壓和輸出頻率可變的交流不間斷電源，和傳統的UPS或工頻應急電源相比，可以大大減少電源的設計容量，過載能力強、可靠性高。和傳統的柴油發電機相比，啟動時間快，無噪音、無污染，維護簡單，可無人值守自動操作，可計算機監控。是一種值得推廣的新型工業電源。

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篇7

關鍵詞：通信系統；改造；雙電源

前言

電力通信系統是電網的重要組成部分，不僅承載著電力調度，調度數據網，電量計量，遠動RTU等大量業務，還承擔著線路繼電保護和安全穩定控制的重要責任。通信系統的安全穩定運行直接影響著電網的安全穩定運行。作為通信系統的核心，電源系統的可靠性是影響通信系統可靠性的重要因素。單電源供電可靠性差，實現雙電源供電勢在必行。

1 工程概況

京海煤矸石電廠通訊機房原通信設備均由一路直流電源供電，電源系統可靠性低。2013年01月19日，就發生因通訊機房交流電源屏市電開關跳開而導致全廠通信中斷的重大事故。改造加裝了一套由邯鄲五一八自動電氣有限公司生產的ZHCIS綜合電源系統和河北創科電子科技有限公司生產的CK-DJK型直流電源遠程維護系統。ZHCIS綜合電源系統由雙路交流輸入經過機械互鎖和電氣互鎖得到一路可靠電源輸入，交流輸入除了給整流模塊供電外，還可給機房交流負載設備提供交流電源（用做交流電源分配使用）。交流輸入經整流模塊整流后，得到穩定可靠的直流電源，給通信設備供電，同時對蓄電池進行充電。監控單元貫穿整流模塊到直流輸出的整個過程，并通過RS232等串口對后臺監控進行通訊。CK-DJK型直流電源遠程維護系統實時監控直流充電機的運行狀態、電池的單體電壓、控制母線接地狀態、各路饋線開關狀態等重要電源特性參數，一旦發現電源狀態異常立即發出聲光報警，給系統安全運行提供了有利保證。

2 系統改造結構與原理

雙電源改造系統主要由交流電源屏、綜合屏、蓄電池屏三部分組成。交流電源屏，分別由兩臺機組PC段電源供電，兩路電源經過交流電源屏得到一路可靠的交流電源分別供到兩面綜合屏，綜合屏經過整流后，分別輸出48V直流供給負荷使用，同時分別對兩組蓄電池進行充電。系統框圖為（見圖1）。

我廠通信設備直流電源接口不統一，分為單電源接口設備和雙電源接口設備。對于雙電源接口設備，整流后的兩路直流可以直接接入設備實現雙電源供電。那么對于單電源接口設備怎么實現雙電源供電呢？針對單電源接口的通信設備，我們加裝一套雙電源切換裝置來實現雙電源配置，其原理圖為（見圖2）。

通信機房中，除了大部分通信設備使用DC 48V外，還有一些設備使用AC 220V， 如光纖配電架內、錄音設備等。為此，對于這些使用AC 220V的重要負荷，我們考慮配置一臺逆變器，保證在同時失去兩路市電后，由蓄電池組將48V直流電逆變為AC 220V向負荷供電。原理圖為（見圖1逆變部分）。

3 結束語

經過京海電廠通信機房雙電源的改造，所有通訊設備，包括單電源接口設備，雙電源接口設備以及重要交流輸入設備均采用雙電源控制，有效解決了單電源供電的可靠性問題，既滿足了設備正常運行期間對電源可靠性的要求，確保了系統安全、穩定運行，監控系統減少了運行維護人員的工作量，方便維護，為該廠通信系統的穩定運行發揮了重要作用。

參考文獻

[1]ZHCIS綜合電源系統使用說明書[Z].

[2]邯鄲五一八自動電氣有限公司.

篇8

關鍵詞：EX2100 數字式 勵磁系統

中圖分類號：TM3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0034-03

EX2100勵磁系統主要用于GE公司的新型燃氣輪機的勵磁調節，例如GE公司9E燃氣輪機采用EX2100與MKVI控制系統配套。隨著我國對燃氣輪機的大量引進，使得EX2100勵磁系統得到廣泛的應用。

3 勵磁控制系統比較

3.1 功率轉換部分

主要包括：從發電機定子出線處引出的11500 V電纜、一臺11500 V/525 V的1230 kVA干式變壓器、一臺115000 V/2500 A交流側閘刀、77 mm可控硅一組（6只）、RC濾波保護電路、熔斷器保護電路、直流斷路器一臺、引至發電機轉子的電纜、一臺直流起勵開關、包括一只53 mm可控硅的去磁電路。

3.2 調節器部分

（3）整套設備（包括勵磁變壓器、自動電壓調節器、可控硅整流橋等）均為GE公司制造，設備型號為EX2000-j。勵磁機最大輸出電流為2000A、可控硅整流橋為單橋方式，AVR為微機型模塊化設計。EX2000的AVR是GE公司第一代微機型勵磁控制系統，技術應用尚不成熟，該系統具有先天性的設計缺陷。

表現為以下幾點。

（3）原EX2000系統為單控制器方式，主控卡件只有一套，只要當主控卡件里的任意一塊卡出現問題，均無一例外的執行跳機程序。

（4）原EX2000系統的工作電源有兩種：一種是125 V直流電源；另一種是120 V交流電源。直流電源來自直流供電系統，交流電源由勵磁變低壓側接入，經電源轉換變壓器變為120 V。兩組電源同時進入電源卡件EXPS，正常情況下由125 V直流電源作為主電源，當125 V直流電源消失時，電源模塊自動切換至交流供電。此種供電方式有兩個弊端，其一，交流電源回路需由機組發電時的機端電壓變壓后轉換得來，因此交流電源只能在機組運行中才可提供；其二，提供交流電源的工作變壓器仍需對勵磁冷卻風機提供電源，而冷卻風機和控制系統共用一組交流電源，大大降低了供電可靠性，一旦此變壓器發生故障將失去交流控制電源，控制電源的雙冗余將得不到保證。在實際運行中，我廠曾出現過這樣的情況，由于電源轉換變壓器線圈過熱燒毀，結果使機組在其控制系統失去交流備用電源的狀況下運行。

（5）原EX2000系統中的轉子接地保護僅由單一的轉子接地保護裝置完成，無冗余配置（如圖8）。

正是由于上述原因，無論如何也無法滿足我國電力行業的《大型汽輪發電機交流勵磁機勵磁系統技術條件》和《發電機反事故技術措施補充規定》中對勵磁系統提出的“因勵磁系統故障引起的發電機強迫停運次數不大于0.25次/年”、“自動勵磁調節器應有備用，單一元件故障應不影響發電機運行。主調節器故障時應能自動轉換成備用調節器，雙回路并列運行的調節器，一回路故障時，應有監測電路?！钡南嚓P技術要求?，F大部分電廠都把EX2000控制系統升級為EX2100，除實現正常的勵磁調節功能及保護功能外，還具有功能齊全的自診斷系統及模擬器用于快速的安裝調試與故障處理，此外，其操作界面也更加友好、方便，更好的與MKVI（透平控制系統）配套。

參考文獻

[1] 周雙喜，李丹.同步發電機數字式勵磁調節器[M].北京：中國電力出版社，1998.

[2] GE Industrial Syst ems EX2100 Digital Exciter User s Guide.

[3] GE Industrial Syst ems EX2100 St atic Excit er System Product Descript ion.

篇9

論文關鍵詞：FPGA,測試設備,飛機電源參數

當前，飛機上電力電子設備日益多樣化、復雜化，飛機電源系統的品質直接影響飛行安全。因此在進行飛行時，需要對飛機提供的直流電源、交流電源進行工作特性測量，并給出其參數的基本特性和動態特性[1]。

對于電源瞬態特性參數，目前沒有相應的測量設備，從而需研制專用的瞬態電源動態特性參數測量設備對其進行測試，以滿足民機適航性試飛要求。

本設備是一種專用測試設備，主要用機交、直流電網參數采集測試，捕獲飛機電源系統的負荷突變、電壓突變，然后提供給地面數據卸載及預處理系統，以評估被測飛機電網絡供電特性是否滿足相關國軍標或設計規范的要求。

1飛機電源特性參數

飛機電源系統是飛機上電能產生、調節、控制和電能變換部分的總稱。飛機電源系統由交流電源系統和直流電源系統組成，交流電源系統向機上交流電網提供115/200V，400Hz三相交流電。直流電源系統向機上直流網路提供27V低壓直流電[2]。

根據飛行科目要求，設備需測量飛機交流電源系統、直流電源系統的穩態參數和瞬態參數，包括穩態交流電壓、瞬態交流電壓、穩態交流電流、瞬態交流電流、穩態頻率、瞬態頻率、電壓相位差、畸變頻譜幅值、直流畸變等46種參數。

電源參數的測試準確度遵照GJB5189-2003的規定[3]：穩態交、直流電壓測量在電壓為額定值時相對誤差在0.2﹪范圍內，瞬態交、直流電壓測量在電壓為最大極限時相對誤差在0.5﹪范圍內，交、直流電流測量在電流為額定值時相對誤差在0.8﹪范圍內。

2 總體設計

飛機電源瞬態特性參數測試設備主要由嵌入式CPCIE/CPCI計算機、4塊12通道數據采集卡、IRIG－B時碼卡、 ARINC429總線板卡、以及前端電壓、電流測量傳感器組成一個集成化、標準化的飛行電源動態特性參數測量設備[4,5,6]。

該設備面向試飛工程師、數據處理工程師以及其它相關人員，為他們提供電源動態特性參數測試數據。

2.1 總體結構

電源瞬態特性參數測試設備包括傳感器、信號調理設備、信號采集記錄器、編程加載裝置等。其中信號采集記錄器由采集機箱、控制器板卡、ARINC429總線板卡、時碼板卡、高速數據采集板卡、可拆卸固態記錄器、顯示器及鍵盤等組成，如圖1所示：

圖1 電源瞬態特性參數測試設備結構圖

本設備的輸入信號包括：電壓、電流信號，IRIG-B時碼信號和429總線信號。其中，機載電源的電壓、電流信號，通過傳感器、信號調理設備將實際的電壓電流信號轉成適合板卡的電壓信號。整套設備與機載電源隔離，不會對飛機干擾飛機正常工作。

2.2 硬件組成

傳感器主要用于交直流電流的變換，本測試設備的被測試信號包括電壓信號和電流信號，電壓信號直接分壓后進入測試設備，以增加系統的帶寬，改善系統的動態性能；電流信號由電流傳感器變換后進入測試設備。

為了提高抗干擾性能和動態性能，選用霍爾電流傳感器，將交直流電流轉換成200mA以下的交直流小電流輸入到信號調理設備。

信號調理設備完成信號的調理，主要包括電壓信號的衰減、電流-電壓信號的轉換、交、直流電壓畸變信號和交流電壓直流分量的調理等功能。調理后的模擬信號送入數據采集設備進行采樣。

采集器為3U CPCIE機載計算機，主要包括CPU卡、電源數據采集卡、IRIG-B時碼卡、429總線卡、以及SATA擴展口，其組成如圖2所示：

圖2 采集器組成結構圖

本采集設備主要用于捕獲飛機電源系統的負荷突變、電壓突變，屬于偶發現象，電源突變頻譜成分高，需要非常高的采樣率。

CPCI電源數據采集卡是本設備的核心關鍵部分。選用16位高精度數據采集卡，板卡有12個同步采樣通道，每個通道有獨立8檔程控增益放大器、抗混迭濾波器、過零比較器、16位A/D轉換器和12通道共享的內置192核DSP的FPGA芯片組成。有效提高了帶寬，滿足板上所有通道同步采集的數據傳輸的需求。主要功能框圖如圖3所示：

圖3 CPCI電源數據采集卡功能框圖

信號經過濾波放大之后，通過A/D采集；采集結果進入FPGA，FPGA完成大部分的數據處理，將半成品數據的結果通過高速接口PCIE總線上傳給上位機，上位機完成最后的數據處理。FPGA的主要功能包括：光纖通道（FC）數據接收、時統功能、背板ASB 總線提供100MHz 的時間標記、數據分析處理（過零點發現、數字濾波、數字信號處理）、PCI-E 接口控制。

系統采用IRIG－B時碼同步機制，通過以太網或PCM數據將電源數據、異常事件信息發送到測試以太網上供地面數據預處理系統使用。

2.3 傳感器設計

交流、直流電壓測量傳感器設計成統一通用的傳感器。傳感器輸入采樣兩個4 芯航空插頭，每個航空插頭可接一組三相交流電壓或三路直流電壓。傳感器采用28V 直流供電。

傳感器信號輸出采用光纖與采集器連接。光纖為2.5G高速光纖2 根。1 根用于采集器向傳感器發送同步信號，另一根用于傳感器向采集器發送數據。傳感器通過3 個按鈕開關進行設置，開關帶鎖住功能，防止誤動作。傳感器的設置狀態隨測試數據一起發送給采集器，連接圖如圖4所示：

圖4 傳感器與采集器連接圖

3 結束語

飛機電源瞬態特性參數測試設備是對飛機供電系統性能參數測試的主要手段，是保證飛機電氣系統正常運行的重要環節。本測試設備不僅實現了測量GJB5189-2003中規定的一些需采用特殊數據采集和分析方法才能測量的參數，還可以實時紀錄多個通道的信號波形，在飛機供電特性測試時可以代替示波器、萬用表和頻譜分析儀等儀器、儀表的功能，形成了具有自動化、開放、靈活的綜合檢測試驗設備。該設備已在新支線飛機ARJ21上進行改裝和應用。

[參 考 文 獻]

[1] 雷濤，張曉斌. 基于VXI總線的飛機供電系統特性參數綜合測試系統的設計與實現. [J] 測控技術, 2003，(22)：63-65.

[2] 張曉斌,等. 國外飛機供電特性標準匯編[Z] . 西北工業大學飛機電氣系統研究所,2000.

[3] 中華人民共和國國家軍用標準. GJB5189-2003 [S].2003.

[4] 許斯亮，吳小華，鄭先成. 飛機供電系統的網絡化分布式測試系統設計與實現. [J] 測控技術, 2006，(25)：72-77.

篇10

關鍵詞：變頻器 矢量控制 電機旋轉

中圖分類號：O47 文獻標識碼： A 文章編號：1672-1578（2012）07-0070-02

隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實現變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響，二要看對電網的諧波污染和輸入功率因數，三要看本身的能量損耗如何。變頻器的網側變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的傳動，為實現變頻器再生能量向電網回饋和節省能量，網側變流器應為可逆變流器，同時出現了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產品。脈寬調制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調制（SPWM）控制、消除指定次數諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。

交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展和開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。CVCF是 Constant Voltage and Constant Frequency 的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說的恒壓恒頻。我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波后得到的。交流電源在人們使用電源中占總使用電源的95%左右。無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規定有一定的標準，如我國大陸規定，直接用戶單相交流電為220V，三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能于我國的電壓和頻率不同，如有單相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，標準的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。通常，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。

微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向：運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低，體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機相比，處理數字運算能力增強10～15倍，以確保系統有更優越的控制性能。

數字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現復雜控制規律，使現代控制理論在運動控制系統中應用成為現實，易于與上層系統連接進行數據傳輸，便于故障診斷加強保護和監視功能，使系統智能化（如有些變頻器具有自調整功能）。

交流同步電動機已成為交流可調傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結構，功率因數高，效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交―直―交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機（BLDC）”。傳統的自控變頻同步機調速系統有轉子位置傳感器，現正開發無轉子位置傳感器的系統。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。

同步調速系統的特點：

交流電機旋轉磁場的同步轉速ω1與定子電源頻率 f1有確定的關系ω1=■異步電動機的穩態轉速總是低于同步轉速的，二者之差叫做轉差；同步電動機的穩態轉速等于同步轉速，轉差s=0。同步電動機和異步電動機的定子都有同樣的交流繞組，一般都是三相的，而轉子繞組則不同，同步電動機轉子除直流勵磁繞組（或永久磁鋼）外，還可能有自身短路的阻尼繞組

由于同步電動機轉子有獨立勵磁，在極低的電源頻率下也能運行，因此，在同樣條件下，同步電動機的調速范圍比異步電動機更寬。

異步電動機的轉子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統；與其他電機相比，異步電動機的結構簡單，制造、使用、維護方便，運行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步電動機為例，與同功率、同轉速的直流電動機相比，前者重量只及后者的二分之一，成本僅為三分之一。

矢量控制變頻調速的做法是：將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——兩相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Iβ1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流，然后仿效直流電動機的控制方法，求得直流電動機控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。在高性能的異步電機控制系統中多采用交叉閉環控制的矢量控制。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調速的動態性能。雖然這一理論的提出是交流傳動理論上的一個飛躍，但是由于它既要確定轉子的磁鏈，又要進行坐標變換，還要考慮轉子參數變動帶來的影響，所以系統非常復雜。

交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展、開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向。運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低，體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機相比，處理數字運算能力增強10～15倍，可確保系統有更優越的控制性能。數字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現復雜控制規律，使現代控制理論在運動控制系統中應用成為現實，易于與上層系統連接進行數據傳輸，便于故障診斷、加強保護和監視功能，使系統智能化。

參考文獻：

[1]王志新.同步電動機的變壓變頻調速[M].機械工業出版社，2010-10.

[2]張承慧，崔納新，李珂.交流電機變頻調速及其應用[M].機械工業出版社，2008-08-01.

[3]徐海，施利春，孫佃升，王東輝.變頻器原理及應用[M].清華大學出版社，2010-8-20.