专利名称：超级电容智能控制模块零维护直流屏的制作方法
技术领域：
本实用新型属电力配电设备领域，更具体地说它是一种超级电容智能控制模块零维护直流屏。它适用于直流电源为110V、220V的中小型未端变电站。
背景技术：
在我国110KV、35KV、10KV末端变电站，以及厂用6KV配电系统，广泛采用了蓄电池直流屏、作为操作、控制以及保护的电源。但是，蓄电池直流屏有如下缺点充电时间长，怕高、低温，尤其在气温太低时，它十有八九要罢工；蓄电池组的维护更是个大难题，一个蓄电池“犯病”往往导致别的蓄电池发生连锁反应，以至整个蓄电池组报废，所以使用寿命短。不仅如此，蓄电池报废后还会对环境造成污染。
发明内容
本实用新型的目的在于解决现有变电站蓄电池直流屏系统存在的上述问题，而提供一种超级电容智能控制模块零维护直流屏。该直流屏具有充放电速度快，损耗小，节能，寿命长，无需任何维护，能耐严寒和酷暑，并有利于环保等优点。
本实用新型的目的是通过如下措施来达到的一种超级电容智能控制模块零维护直流屏，它包括1号所用变交流电源1A.1B.1C.1N顺序与三相熔断器1FU、空气断路器Q1三对主触头串联，其直流电源输出与熔断器4FU串联，2号所用变交流电源2A.2B.2C.2N顺序与三相熔断器2FU、空气断路器Q2三对主触头串联，其直流电源输出与熔断器5FU串联，两个交流电源的输出端并联，正电源端串入母线电流表A后接至合闸母线正极HM+、负电源端接至合闸母线负极HM-，电压表V1并联在合闸母线正、负极HM+、HM-上；备用交流电源3A.3B.3C.3N顺序与三相熔断器3FU、空气断路器Q3三对主触头串联，其直流电源输出端与熔断器7FU串联后；与电压表V2并联，再经空气断路器Q5主触头串联，分别对应接至合闸母线正、负极HM+、HM-；它的特殊之处是它还包括在空气断路器Q1与熔断器4FU之间的智能控制模块U1、空气断路器Q2与熔断器5FU之间的智能控制模块U2、空气断路器Q3与熔断器7FU之间的智能控制模块U3，以及与电压表V2并联的超级电容C2，超级电容C2输出端分别对应接在合闸母线正、负极上HM+、HM-；超级电容C1；所述超级电容C1经与熔断器6FU串联后，又与空气断路器Q4主触头串联，并接至合闸母线正、负极上HM+、HM-，合闸母线正极串联电阻R后，接二极管D阳极，二极管D阴极接控制母线正极KM+。
所述智能控制模块U1、U2、U3是采用尖峰抑制器件及EMI滤波电路，由全桥整流电路将三相交流电整流为直流，再由DC/DC高频变换电路把所得的直流电逆变成稳定可控的直流电输出。
所述超级电容C1、C2的电容量为0.1-180F。
本实用新型具有如下优点正常运行的智能控制模块U1.U2分别接至两路进线电源，省去了双电源自动切换电路。合闸母线与控制母线电压差很小，省去了硅链自动降压回路。采用超级电容储能，由于超级电容具有长寿命，不需要维护的特点，省去了传统直流屏对蓄电池组大量的维护工作量和3-5年需更新蓄电池的资金，并有利于环保。
图1本实用新型的原理接线图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施情况作进一步说明C1超级电容30F 220V、C2超级电容0.85F 280V参照图1；由1号所用变引来380V交流电源1A.1B.1C.1N引至本屏三相熔断器1FU，再与空气断路器Q1三对主触头串联后，接到智能控制模块U1输入端，其直流电源输出端与熔断器4FU串联。同样由2号所用变引来交流电源的连接方式与1号所用变相同，两个模块的输出端并联，正电源端串入母线电流表A后接至合闸母线正极，负电源端接至合闸母线负极，电压表V1并联在合闸母线正。负极上。
超级电容C1经与熔断器6FU串联后，又与空气断路器Q4主触头串联，分别接至合闸母线正。负极HM+、HM-，合闸母线正极串联电阻R后，接二极管D阳极，其阴极接控制母线正极KM+。
由备用380V交流电源3A.3B.3C.3N引至本屏三相熔断器3FU，再与空气断路器Q3三对主触头串联后，接到智能控制模块U3输入端，其直流电源输出端与熔断器7FU串联后，与超级电容C2和电压表V2并联，再经空气断路器Q5主触头串联，分别对应接至合闸母线正。负极HM+、HM-。
智能控制模块U1、U2、U3，选用日本TDK或ABB公司生产的高频开关整流模块。集电压控制、电流控制，以及过程控制于一体，实现对超级电容恒流充电，达到额定电压后，自动转为恒压控制，使维护工作量降至最低。该模块是专为向超级电容快速充电而研制的。采用三相三线380VAC平衡输入，无中线电流损耗，在交流输入端，采用先进的尖峰抑制器件及EMI滤波电路，由全桥整流电路将三相交流电整流为直流，再由DC/DC高频变换电路(300KHz)把所得的直流电逆变成稳定可控的直流电输出。脉宽调值制电路(PWM)及软开关谐振回路根据电网和负载的变化，自动调节高频开关的脉冲宽度和移相角，使输出电压电流在任何允许的情况下都能保持稳定。
本实用新型的具体实现方式是这样的模块U1.U2的交流电源分别取自变电站1号。2号所用变低压380伏电源，合上空气断路器Q1.Q2后，模块U1.U2同时工作，输出端并联后向合闸母线提供20A电流向超级电容C1(30F)充电，母线电压表V1从零开始缓慢上升，3-5分钟后，指示到220V时，充电结束。此时将各配出的控制(1控制、N控制)、信号(闪光)、合闸(1合闸、N合闸)等开关投入后，直流电源即全部投入运行。
当两路进线电源都有电时，模块U1.U2同时工作，并自动平衡负载电流的分配。当某路电源停电或某个智能控制模块损坏，另一路和另一智能控制模块完全能胜任直流电源的供给，线路故障和智能控制模块均会通过PLC发出报警信号。当两路进线电源全停电，经常性负载5A时，由超级电容C1储存的能量能维持直流母线电压10分钟，在这段时间里，能完成继电保护的所有动作。如，电动机的低压保护等，任何一路电源来电，数分钟后，就可恢复正常运行。
超级电容初充电期间，智能控制模块工作在恒流状态，最大电流设置为10A，省去限流元件，超级电容端电压达到220V+5％后，智能控制模块自动转为恒压控制，稳压精度达0.5％。传统的直流屏，为了向蓄电池充电，需提供高于10％以上的额定电压，才能满足蓄电池的充电要求。而过高的电压对控制母线极为不利，因此，传统的直流屏在合闸母线与控制母线之间，都增装了降压硅链电压自动调节器，该调节器由数十只大功率二极管串接而成，相对来说，故障率较高，只要有一只硅二极管断线，有可能造成控制母线失压，而引发事故。由于超级电容可工作在额定电压范围内，合闸母线与控制母线之间，电压差极小，可省去电压调节器。用限流电阻代替，防止控制母线短路后造成过大的短路电流。从而，使该装置既更加可靠，又降低了成本。
当合闸母线在合闸瞬间，需提供大于100A电流时，由于智能控制模块U1、U2有自动限流功能，不会对智能控制模块造成冲击式损坏。而超级电容的特点，能瞬间提供大于300A电流，因而，合闸所需的能量由超级电容来提供，这样，智能控制模块U1、U2的容量无需做很大，增加了可靠性，降低了成本。
每只智能控制模块都设有止逆回路，只允许电流由智能控制模块输出端向外流，不允许倒流。当某个智能控制模块发生内部短路时，另一智能控制模块和超级电容均不会向故障智能控制模块提供短路电流，不会扩大故障范围。
智能控制模块U3和超级电容C2(0.85F)处于冷备用状态。即空气断路器Q3.Q5在断开位置。这是为了防止在运行中，如遭受雷击，系统操作过电压等情况下，虽然智能控制模块采用了多重防护措施来防范，但如果U1、U2同时损坏。或C1损坏时，可将空气断路器Q3.Q5应急投入，用智能控制模块U3和超级电容C2担当变电站的运行，为抢修故障留有充足的时间。智能控制模块U1、U2、U3电气参数和机械尺寸完全一致，采用插件结构，相互之间可直接互换，维修极为方便。
需要说明的是对于所属领域的技术人员来说，在不违背本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型作出若干改进或变形，这同样属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种超级电容智能控制模块零维护直流屏，它包括1号所用变交流电源(1A.1B.1C.1N)顺序与三相熔断器(1FU)、空气断路器(Q1)三对主触头串联，其直流电源输出与熔断器(4FU)串联，2号所用变交流电源(2A.2B.2C.2N)顺序与三相熔断器(2FU)、空气断路器(Q2)三对主触头串联，其直流电源输出与熔断器(5FU)串联，两个交流电源的输出端并联，正电源端串入母线电流表(A)后接至合闸母线正极(HM+)、负电源端接至合闸母线负极(HM-)，电压表(V1)并联在合闸母线正、负极上；备用交流电源(3A.3B.3C.3N)顺序与三相熔断器(3FU)、空气断路器(Q3)三对主触头串联，其直流电源输出端与熔断器(7FU)串联后；与电压表(V2)并联，再经空气断路器(Q5)主触头串联，分别对应接至合闸母线正、负极(HM+、HM-)；其特征在于在它还包括在空气断路器(Q1)与熔断器(4FU)之间的智能控制模块(U1)、空气断路器(Q2)与熔断器(5FU)之间的智能控制模块(U2)、空气断路器(Q3)与熔断器(7FU)之间的智能控制模块(U3)，以及与电压表(V2)并联的超级电容(C2)，超级电容(C1)；所述超级电容(C1)经与熔断器(6FU)串联后，又与空气断路器(Q4)主触头串联，并接至合闸母线正、负极上(HM+、HM-)，合闸母线正极串联电阻(R)后，接二极管(D)阳极，二极管(D)阴极接控制母线正极(KM+)。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容智能控制模块零维护直流屏，其特征在于所述智能控制模块(U1、U2、U3)是采用尖峰抑制器件及EMI滤波电路，由全桥整流电路将三相交流电整流为直流，再由DC/DC高频变换电路把所得的直流电逆变成稳定可控的直流电输出。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容智能控制模块零维护直流屏，其特征在于所述超级电容(C1、C2)的电容量为0.1-180F。
专利摘要一种超级电容智能控制模块零维护直流屏，其特征在于在它还包括在空气断路器(Q1)与熔断器(4FU)之间的智能控制模块(U1)、空气断路器(Q2)与熔断器(5FU)之间的智能控制模块(U2)、空气断路器(Q3)与熔断器(7FU)之间的智能控制模块(U3)，以及与电压表(V2)并联的超级电容(C2)，超级电容(C1)；所述超级电容(C1)经与熔断器(6FU)串联后，又与空气断路器(Q4)主触头串联，并接至合闸母线正、负极上(HM+、HM－)，合闸母线正极串联电阻(R)后，接二极管(D)阳极，二极管(D)阴极接控制母线正极(KM+)。该直流屏损耗小，节能，寿命长，无需任何维护，能耐严寒和酷暑，并有利于环保等优点。
文档编号H02J15/00GK2632920SQ0325420
公开日2004年8月11日 申请日期2003年5月29日 优先权日2003年5月29日
发明者彭德明, 孙国一 申请人:武汉海山高新电力设备有限公司