山东金岭铁矿选矿厂已经有五十多年的历史，近几年，随着设备的增多和工艺流程的优化，铁精粉产量大幅增加。这与全厂电力系统及设备的安全稳定运行密不可分，其中直流操作电源系统作为全厂直流电源的供电系统，是全厂用电安全的重要保证，但由于设备增加、元器件老化等原因，原有的直流供电系统能已不能提供稳定的直流电压，而且存在严重的安全隐患，因此我们决定对中央配电室直流供电系统进行彻底的改造更换。

设备现状

直流操作电源系统一般是由交流输入部分、直流充电设备、蓄电池组、直流接线以及直流负荷等部分组成，它的主要作用是：①正常运行时，作为真空断路器跳闸、合闸线圈和其他设备保护与操作控制电源。②当电压降低甚至消失时，作为保护动作及设备故障时的事故操作电源，以切除故障，保证设备安全和系统的正常运行。③交流出现用电事故中断时，作为全厂的事故电源照明。因此直流系统的稳定与否，对全厂的安全、稳定运行具有重要意义。

选矿厂原有直流供电系统是多年前根据当时本厂用电的需要自己配置的，它主要采用两组桥式硅整流装置作为直流系统的整流部分，采用补偿电容组作为直流补偿部分。由于老化等原因，电容存放电能力大幅降低，而直流电源作为选矿厂控制、保护等系统的工作电源，一旦失去，势必造成不可想象的严重后果。

例如当6kV线路出现故障停电时，高压电机停止后，但由于电容放电能力降低，不能达到真空断路器跳闸线圈动作时所需的电压，真空断路器并没有断开，如果没有及时检查，通过人工方式将断路器断开，当母线故障解决送电后，高压电机将自动开车，严重影响我厂人身及设备的安全。

实施改造

1 系统组成

我厂决定对中央配电室的整个直流系统进行更换，通过外出参观，对其他单位现场应用情况进行考察，决定采用东方电子DF0210A智能型直流操作电源系统,其系统由交流配电单元、高频开关整流模块、蓄电池组、硅堆降压单元、电池巡检装置、SD-JD01微机直流系统接地监测仪、充电监控单元、配电监控单元和集中监控模块等部分组成。

由于充电装置容量较小且馈出线回路较少，充电屏和馈电屏合装在一个充馈电屏内。微机接地检测仪利用电流差原理,对因支路接地产生的对地漏电流进行在线无接触测量,实现接地故障支路的选线定位，可同时对两段母线的绝缘状况及不超过96条支路的接地状况进行检测。

图1 充馈电屏和电池屏

2 工作原理

图2 系统原理框图

选矿厂是采用铁山110kV变电站配变的两路6kV线路供电，所有的高压配电盘均采用老式的GG-1A型配电盘，其真空断路器是依靠跳闸和合闸线圈来实现分段与闭合。

为确保供电的可靠性，本次改造的直流系统采用两路独立的三相AC380V输入电源经过交流进线自动切换装置给充电机充电，充电机一方面给蓄电池充电，另一方面为常规负荷供电。其中交流切换装置就是利用两个交流接触器将两路交流电源连锁，通常由一路电源供电，当这一路出现故障跳闸时，另一路的交流接触器实现自动投切供电。

交流输入电压首先经过EMI电源滤波电路，消除电网和电源模块之间的相互干扰。在交流部分加入软启动电路，可消除电源模块开机时对电网的冲击。交流电经过桥式整流，变换为100Hz的脉动直流，由boost升压电路将脉动直流升压、滤波，变为400V左右的直流电。

为提高电源模块的功率因数，控制电路部分采用专用芯片，通过检测脉动直流的瞬时电压和电流，控制开关的开通和关断时间，使电源模块的输入电流与输入交流电压同相，使整流模块的功率因数达到0.996以上。而且通过采用有源功率因数校正电路，不但消除了对电网的谐波污染和对周围其他电子设备的干扰，而且拓宽了电源模块的交流输入电压范围。

图3 高频开关整流模块原理图

直流系统正常运行在浮充电状态，控制母线上联接的是控制、监测、信号等回路，一般情况负荷较小且稳定；合闸母线则联接的是断路器的合闸线圈回路，当断路器合闸动作时，有很大的冲击电流。为了故障处理和检修方便，将两种负荷分别用不同的母线分开。控制直流为220V电压，合闸母线直接引的蓄电池电压，经直流稳压装置供控制母线，将控制母线稳定在220～240V之间。

蓄电池组主要为交流电源或充电设备故障后，提供事故时的直流电源，确保其他系统的正常运作。选矿厂蓄电池组采用的是阀控密封铅酸蓄电池，共18组108节，每节电压大约2.23V。

这样蓄电池组的端电压就是240V左右，把它串在合闸母线上，合闸母线的电压变化范围超过控制母线的额定电压范围，因此我们也将合闸母线与控制母线分开设置，在控制母线与电池之间安装有一个自动调压装置（降压硅链），调压范围在0～35V之间，可以根据蓄电池组的电压变化自动改变电压降，从而保证控制母线的电压保持在正常范围之内（220V±2.5%）。

合闸操作时，整流模块提供110～130%Ie的电流（Ie为整流模块的额定输出电流），其余电流由电池提供。

3 运行方式

在浮充电运行方式下，如果电池组容量降低，则电池充电电流增加，当电池的浮充电流大于0.1C时，监控单元控制模块自动转到均衡充电。

如果进入蓄电池供电方式，由于选矿厂直流系统只有三台220V/10A的整流模块，数量较少，整流模块输出与合闸母线并联，控制母线的供电由合闸母线通过自动调压装置提供，在交流停电时，电池通过自动调压装置为控制母线供电。

改造效果

更换后的直流系统用蓄电池取代电容器组作为储能元件，容量增大，整流装置也更换成高频电源模块，并且有监控单元、微机接地巡检仪、蓄电池测试仪、报警系统等，具有过流、过压、欠压、绝缘监察、交流失压、交流缺相等保护及声光报警的功能。

当出现主线路停电故障时，蓄电池能够稳定的供电，在确保各真空断路器的跳闸线圈动作的同时，也为全厂的事故照明提供电源。同时利用微机接地巡检仪对全厂主要线路进行绝缘检测，出现故障时能迅速报警，并直观的反应到显示屏，为维护人员迅速排除故障提供了有力帮助，避免了重大事故的发生。

结语

新的直流系统运行一年来，没有发生直流系统控制母线电压升高的现象，蓄电池也没有发生鼓包流液现象。它为中央配电室提供了稳定可靠的直流电源，而且系统操作简单，自动化高，减轻了值班人员的工作强度，为我厂安全可靠生产提供了有力的保障。

（编自《电气技术》，作者为张晓煜、李健。）