專利名稱：分組恒流、恒壓充電方式，穩(wěn)壓型的鎘鎳電池分、合閘整流裝置的制作方法
分組恒流、恒壓充電方式、穩(wěn)壓型的鎘鎳電池分、合閘整流裝置本發(fā)明系適用于小型發(fā)電廠、變電站、工廠配電所作為高壓斷路器直流電磁操作機(jī)構(gòu)的分、合閘電源及繼電保護(hù)、信號(hào)回路的直流電源。是小型發(fā)電、變電、配電系統(tǒng)不可缺少的重要電氣設(shè)備，其性能與可靠性，在很大程度上決定了發(fā)電、配電系統(tǒng)的工作質(zhì)量。以往的鎘鎳電池分、合閘整流裝置(如GKA41、GKA42以及BZGN-1等)均采用鎘鎳電池整組充電方式，很難適應(yīng)實(shí)際上不可避免的各分組電池性能的差異，因而造成有的分組過(guò)充電，有的分組又充電不足，從而造成鎘鎳電池性能的提前劣化。其所采用的充電方式則采用人工手動(dòng)切換的充電(電流充電方式)與浮充電(電壓充電方式)，不僅難以保證及時(shí)進(jìn)行切換，而且由于其電流、電壓充電方式也不是恒流與恒壓，不能滿足鎘鎳電池對(duì)充電提出的要求。其母線供電方式為整流電源、鎘鎳電池并聯(lián)供電，當(dāng)電網(wǎng)電壓較高時(shí)整流電源對(duì)母線供電，同時(shí)對(duì)鎘鎳電池進(jìn)行浮充電;當(dāng)電網(wǎng)電壓較低時(shí)，鎘鎳電池組便參與供電，從而造成電網(wǎng)故障時(shí)鎘鎳電池供電容量下降。因此不得不采用較大的鎘鎳電池容量?jī)?chǔ)備。其實(shí)，此時(shí)電網(wǎng)仍屬正常狀態(tài)，不需要鎘鎳電池組參與工作。其對(duì)于電網(wǎng)電壓波動(dòng)所采取的辦法，或利用接觸器調(diào)節(jié)變壓器抽頭電壓，或利用調(diào)節(jié)串聯(lián)二極管組的個(gè)數(shù)來(lái)改變壓降。這兩種辦法均采用手動(dòng)方式，不僅調(diào)節(jié)不便，且功耗較大，難以滿足直流供電要求。其閃光信號(hào)電源系用繼電器控制線路構(gòu)成，可靠性較差、壽命低，且有較大的電器動(dòng)作噪聲。其所采用的母線對(duì)地絕緣電阻監(jiān)測(cè)電路系橋式電路，檢測(cè)元件系繼電器。由于原理上不足，它不能檢測(cè)正、負(fù)母線絕緣同步劣化，而且不能給出具體的絕緣電阻值及分級(jí)報(bào)警信號(hào)。整個(gè)裝置不具有鎘鎳電池性能恢復(fù)與監(jiān)測(cè)功能。
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前應(yīng)用的鎘鎳電池分、合閘整流裝置存在的種種不足，提出一種能夠使鎘鎳電池得以合理運(yùn)用并采用符合鎘鎳電池特性的充電方式，具有較優(yōu)異性能的分組恒流、恒壓充電方式、穩(wěn)壓型的鎘鎳電池分、合閘整流裝置(以下簡(jiǎn)稱分組IE充電方式、穩(wěn)壓型的鎘鎳電池分、合閘整流裝置)。
根據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的鎘鎳電池分、合閘整流裝置，其特點(diǎn)在于，它將整流電源與鎘鎳電池充電兩個(gè)部分分開(kāi)。整流電源作為電網(wǎng)處于正常狀態(tài)下的供電電源。它經(jīng)過(guò)一個(gè)降壓電阻直接聯(lián)接到合閘母線，供斷路器合閘用;它經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后聯(lián)接到控制母線，供斷路器分閘以及繼電保護(hù)、信號(hào)電路用。鎘鎳電池的充電系以10小時(shí)率電流進(jìn)行恒流充電，當(dāng)單節(jié)電池電壓達(dá)1.4V時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)于每節(jié)電壓為1.4V的恒壓浮充電。考慮到各分組電池的性能差異，上述充電系分組進(jìn)行的。電網(wǎng)故障時(shí)，由電平制約關(guān)系，經(jīng)自動(dòng)切換單元將已充電完畢的鎘鎳電池聯(lián)接到合閘母線以及經(jīng)穩(wěn)壓后聯(lián)接到控制母線上，由鎘鎳電池供電。一但電網(wǎng)恢復(fù)正常，便立即恢復(fù)到整流電源系統(tǒng)供電。其中自動(dòng)切換單元系一個(gè)二極管網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)電網(wǎng)正常時(shí)，整流電源輸入端電位總是高于鎘鎳電池輸入端的電位，由于二極管的封鎖作用，保證了由整流電源供電，而鎘鎳電池處于充電及熱備用狀態(tài)。電網(wǎng)故障時(shí)，整流電源輸入端電位低于鎘鎳電池輸入端電位，鎘鎳電池組便經(jīng)合閘母線輸出端與合閘母線聯(lián)接，同時(shí)又經(jīng)穩(wěn)壓后與控制母線聯(lián)接。當(dāng)鎘鎳電池組電壓低于穩(wěn)壓值，則直饋繼電器返回將穩(wěn)壓?jiǎn)卧月罚瑒t不經(jīng)穩(wěn)壓而直接向控制母線供電。二極管網(wǎng)絡(luò)的電位關(guān)系保證了電網(wǎng)恢復(fù)正常后迅速不間斷地切換成整流電源供電。所采用的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器保證了當(dāng)整流電源或鎘鎳電池電壓較高時(shí)，以較高的效率向控制母線提供穩(wěn)定的電壓。作為鎘鎳電池分、合閘整流裝置的組成部分之一的閃光信號(hào)電源，采用了全電子型，不僅可靠性高、壽命長(zhǎng)，而且可以方便地調(diào)節(jié)閃光頻率。母線對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)，通過(guò)阻抗變換電路檢出三個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)A/D變換送入微處理器用阻抗變換數(shù)學(xué)模型計(jì)算出正、負(fù)母線的對(duì)地絕緣電阻，加以顯示。同時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，分等級(jí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)以及必要的保護(hù)。為了保證鎘鎳電池分、合閘整流裝置中鎘鎳電池在電網(wǎng)故障情況下能夠可靠工作，防止因長(zhǎng)期浮充電造成鎘鎳電池放電容量下降，性能變差以及壽命減少等弊病，本發(fā)明增加了用于對(duì)處于檢修期或備用狀態(tài)的裝置中的鎘鎳電池進(jìn)行非在線的性能恢復(fù)與監(jiān)測(cè)。該單元采用微處理器系統(tǒng)，按照標(biāo)準(zhǔn)的充、放電模式對(duì)鎘鎳電池進(jìn)行性能恢復(fù)，同時(shí)在放電周期內(nèi)監(jiān)測(cè)各分組電池性能，檢出放電容量、內(nèi)阻等指標(biāo)低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的鎘鎳電池分組，以便及早更換，防止鎘鎳電池在電網(wǎng)故障期不能正常工作而產(chǎn)生事故。在最后一個(gè)充電周期，對(duì)鎘鎳電池進(jìn)行IEI方式充電，10%額定電流的均衡充電可使活性物質(zhì)充分轉(zhuǎn)化。
圖1是本發(fā)明主電路原理接線及控制單元原理方框圖。
圖2是分組IE充電方式充電單元的原理性方框圖。
圖3是實(shí)現(xiàn)圖2分組IE方式充電單元的一種方案的電氣原理圖。
圖4是分組IE方式充電單元的輸出伏安特性及一個(gè)分組鎘鎳電池的充電過(guò)程中電流及電壓隨時(shí)間變化的示意圖。
圖5是自動(dòng)切換單元的電氣原理圖。
圖6是開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓?jiǎn)卧脑硇苑娇驁D。
圖7是圖6所示的開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓?jiǎn)卧械腜WM控制部份的一種方案的電氣原理圖。
圖8是圖6及圖7穩(wěn)壓?jiǎn)卧cPWM控制部份有關(guān)波形示意圖。
圖9是閃光信號(hào)源單元的一種實(shí)現(xiàn)方案的電氣原理圖。
圖10是絕緣監(jiān)測(cè)單元的原理性方框圖。
圖11是鎘鎳電池性能恢復(fù)與監(jiān)測(cè)單元的原理性方框圖。
圖1所示的本發(fā)明的主電路接線及控制單元原理性方框圖中，三相變壓器T經(jīng)低壓斷路器Q1聯(lián)接于電網(wǎng)，其次級(jí)經(jīng)熔斷器F與整流二極管D1～D6組成三相全橋式整流電路。其輸出經(jīng)降壓電阻R1，電流表A饋接于合閘母線+WS，提供電網(wǎng)正常情況下的合閘電源。充電用變壓器TC經(jīng)低壓斷路器Q2聯(lián)接于電網(wǎng)的某相，其次級(jí)共18個(gè)繞組，分別與No.1～No.18自動(dòng)IE方式充電單元相聯(lián)，每個(gè)充電單元又分別聯(lián)到相串聯(lián)的18組(每組10個(gè)鎘鎳電池)電池上，進(jìn)行分組的IE方式充電。整流電源與串聯(lián)的電池組共負(fù)極，其正極分別接到自動(dòng)切換單元的二個(gè)輸入端上。自動(dòng)切換單元共有三個(gè)輸出端，一個(gè)是聯(lián)接到穩(wěn)壓?jiǎn)卧系?，一個(gè)是經(jīng)電流表A饋接于合閘母線+WS，一個(gè)則經(jīng)電壓檢測(cè)單元繼電器K的動(dòng)斷觸頭，再經(jīng)控制側(cè)電流表A饋接到控制母線+WC。當(dāng)電網(wǎng)正常時(shí)，或故障情況下由鎘鎳電池組供電，其電壓高于穩(wěn)壓輸出電壓時(shí)，控制母線上的電壓均由第一個(gè)輸出端經(jīng)穩(wěn)壓?jiǎn)卧€(wěn)壓后送出。電網(wǎng)故障后，第二個(gè)輸出端向合閘母線上送出鎘鎳電池電壓，供故障情況下合閘之用。當(dāng)由于故障情況下鎘鎳電池的較大量的放電而使其輸出電壓低于穩(wěn)壓輸出電壓規(guī)定值時(shí)，電壓檢測(cè)單元使繼電器K釋放，故障情況下的電壓直接送到控制母線+WC。閃光信號(hào)源單元經(jīng)低壓斷路器QF輸出。按鈕開(kāi)關(guān)SB與信號(hào)燈HLF是用來(lái)檢測(cè)閃光信號(hào)源是否正常工作的。絕緣監(jiān)測(cè)單元?jiǎng)t聯(lián)接于母線的正負(fù)極以及保護(hù)接地之間。合閘回路經(jīng)低壓斷路器QS1、QS2，…饋出，控制回路(包括分閘回路)經(jīng)低壓斷路器QC1、QC2，…饋出。HL1為整個(gè)裝置總信號(hào)燈;HL2為充電部份信號(hào)燈，HL3、HL4、……為合閘回路信號(hào)燈;HLⅠ、HLⅡ、…為控制回路信號(hào)燈。接在變壓器T次級(jí)的△接的R、C網(wǎng)絡(luò)為吸收網(wǎng)絡(luò)。
圖2所示分組IE方式充電的原理性框圖中，控制變壓器的次級(jí)聯(lián)接到直流電源上，該直流電源有二部分組成，一部份為鎘鎳電池充電用，一部分系向放大、IE切換電路提供穩(wěn)壓負(fù)電源。該充電電源的電位隨所聯(lián)接的電池組而變化。R1為電流取樣電阻。由R7、R8、R9、及C6組成電壓取樣電路。當(dāng)電池電壓較低，充電電流較大時(shí)，電流取樣電壓驅(qū)動(dòng)放大、IE切換電路，使調(diào)整電路工作于恒流狀態(tài)，使充電單元輸出電流穩(wěn)定在10小時(shí)率電流上，誤差為±2%。隨充電過(guò)程電池電壓上升至對(duì)應(yīng)每節(jié)電池為1.40V(以下用1.40V/C表示)時(shí)，電壓取樣將驅(qū)動(dòng)放大、IE切換電路，使調(diào)整電路工作于恒壓狀態(tài)，以1.40/C±1%恒定電壓對(duì)電池充電。C7為輸出濾波電容。C7為防止故障時(shí)電池向充電單元放電而設(shè)。
圖3所示分組IE方式充電單元的一種實(shí)現(xiàn)方案的電氣原理圖中，D1～D4與C1組成充電直流電源，D5、IC1、C2與C3組成向放大、IE切換電路中的IC3提供穩(wěn)壓的負(fù)電壓的直流電源。由晶體管V與IC2、R2組成擴(kuò)展型調(diào)整電路。放大、IE切換電路由IC3、D6、LED、R3～R6、C4、C5組成。當(dāng)電池電壓低于1.40V/C，電流較大時(shí)，輸出電流在R1上產(chǎn)生的電壓△VI將導(dǎo)致IC3輸出電位變低。由于IC3處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，輸出的調(diào)整作用將使其輸入端電壓接近于零，從而使輸出電流受IC2ADI端、OUT端之間電壓1.25V及R1、R4、R5的制約而維持恒定。當(dāng)電池充電電流較小時(shí)，R4上的壓降大于R1上的壓降△VI，IC3上輸出電壓接近于+VOUT，使LED、D6截止，則IC2ADJ端OUT端之間電壓受R7及R8、R9分壓制約而維持電壓恒定。
圖4左圖為圖2及圖3所示的分組IE方式充電單元的相對(duì)于每節(jié)電池的充電電壓-電流特性。IN為10小時(shí)率充電電流。圖4右圖為實(shí)際充電過(guò)程中充電電流、電壓隨時(shí)間變化示意圖。只要電壓低于1.4V就自動(dòng)轉(zhuǎn)入10小時(shí)率恒流方式充電。
圖5所示為由二極管網(wǎng)絡(luò)組成的自動(dòng)切換單元電路的電氣原理圖。其中ING為鎘鎳電池組輸入端，INV為整流電源輸入端。本發(fā)明中，電網(wǎng)電壓在正常波動(dòng)范圍內(nèi)INV端電位始終高于ING端電位，D3截止，輸出端OUT5由于聯(lián)接到+WS，也處于與整流電源接近的電位，因而D1也截止。整流電源由INV端經(jīng)D4直接送向輸出端OUTC。當(dāng)電網(wǎng)故障，INV端(以及OUTS端)電位低于ING端，D4截止，鎘鎳電池組由ING端經(jīng)D2饋接到合閘母線+WS，經(jīng)D3送向輸出端OUTC。輸出端OUTD用于當(dāng)電池組電壓較低時(shí)，直接饋送到控制母線+WC之用。
圖6所示的穩(wěn)壓?jiǎn)卧硇苑娇驁D中，采用了功率MOSFET開(kāi)關(guān)元件。其開(kāi)關(guān)狀態(tài)由PWM控制電路α端送出的控制信號(hào)決定。由R6、R7、R8組成的電壓采樣電路，將反映輸出電壓的采樣電壓送到PWM控制電路中，經(jīng)其內(nèi)部比較器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓，經(jīng)R2送到MOSFET的柵極。由電流采樣電阻Rsn上所取得的正比于電流的電壓送入PWM控制電路中，當(dāng)輸出峰值電流超過(guò)允許值時(shí)，則將輸出峰值電流限制在規(guī)定值上。圖中C1、C2、R1輸入濾波電路。Di為MOSFET內(nèi)部寄生二極管，R3、C3及R4、C4均為阻容式過(guò)電壓吸收網(wǎng)絡(luò)。D為續(xù)流二極管。L、C5、C6為儲(chǔ)能電感及輸出濾波電容。DW、R2，R5組成MOSFET柵極輸入保護(hù)。
圖7所示的開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓?jiǎn)卧蠵WM控制部份的一種實(shí)現(xiàn)方案的電氣原理圖中，采用TL494集成脈寬調(diào)制控制器做為PWM控制單元的脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。電壓采樣信號(hào)由Vsn端徑R11送入內(nèi)部放大器的同相輸入端，放大后的信號(hào)反饋到內(nèi)部的PWM比較器，與內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的基準(zhǔn)鋸齒波相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)晶體管的集電極T1C、T2C輸出，加到由V1～V4組成的全橋開(kāi)關(guān)電路上，經(jīng)C7推動(dòng)脈沖變壓器T。其次級(jí)繞組及由D5、V6組成的驅(qū)動(dòng)電路的α端送到MOSFET柵極。峰值過(guò)流保護(hù)采樣信號(hào)由b、C端送到由V6、V7組成的可控硅型保護(hù)電路，當(dāng)Rsn上的采樣信號(hào)＞0.6V時(shí)，使V7、V6組成的可控硅型電路導(dǎo)通，使MOSFET關(guān)斷。圖中R1、DW1、V8組成的降壓穩(wěn)壓電路，給PWM控制電路提供低壓直流電源。C1、C2為濾波電容，R9、R10為T(mén)L494集電極開(kāi)路輸出的集電極電阻。D1～D4為鉗位二極管。C7為隔直電容。DW2用來(lái)限制過(guò)高的輸入采樣電壓。
圖8所示的圖6及圖7電路中PWM控制部份有關(guān)波形示意圖中，經(jīng)輸入端Vsn輸入到PWM控制電路的信號(hào)經(jīng)放大后生成的反饋到PWM內(nèi)部比較器的電壓，當(dāng)它低于死區(qū)時(shí)間控制電壓時(shí)，該電路產(chǎn)生的輸入到變壓器上的交流方波脈寬由死區(qū)時(shí)間控制電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)振蕩器鋸齒波的交點(diǎn)所決定(圖中前4個(gè)半波)。當(dāng)反饋到PWM比較器上的電壓高于死區(qū)時(shí)間控制電壓，則輸入到變壓器T上的交流方波脈寬便由反饋到PWM比較器上的電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)振蕩器鋸齒波所決定(圖中后6個(gè)半波)。當(dāng)負(fù)載阻抗低于規(guī)定值，峰值電流保護(hù)電路動(dòng)作，將MOSFET的峰值電流限制在規(guī)定的值之內(nèi)(MOSFET波形的前二個(gè)波)。當(dāng)負(fù)載阻抗為正常范圍，MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓脈寬則與輸入到變壓器T的脈寬一致。
圖9所示的閃光信號(hào)源的一種具體實(shí)施電路中，由MOSFET作為閃光信號(hào)源的開(kāi)關(guān)器件。其驅(qū)動(dòng)電壓由IC2及R5、R6、R7等組成的低頻方波振蕩器，經(jīng)光電隔離耦合器件PHC送到MOSFET的柵極。由于電位的制約，方波振蕩器與MOSFET驅(qū)動(dòng)部份不能共用直流電源，因而采用了由IC1方波振蕩器，開(kāi)關(guān)晶體管V2及變壓器T的開(kāi)關(guān)型電源，經(jīng)D1、C4以及D2、C5形成二路相隔離的直流電源。R1、DW1、V1組成的電路形成IC1的低壓直流穩(wěn)壓電源。D3、D4為續(xù)流二極管。R7、C6及R11、C10為吸收網(wǎng)絡(luò)。D為MOSFET內(nèi)部寄生二極管。DW2、R10組成MOSFET;輸入限幅保護(hù)。R9、C9用于使PHC的三極管部份基極有固定電位，提高抗干擾能力。
圖10所示的絕緣監(jiān)測(cè)單元中，由二個(gè)相同的電阻r二個(gè)電阻△r1、△r2串聯(lián)后經(jīng)母線選擇極化繼電器KP1的觸點(diǎn)聯(lián)接到正負(fù)母線之間。阻抗變換則由另一個(gè)極化繼電器KP2的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)當(dāng)該觸點(diǎn)與極性星標(biāo)端(圖中“·”標(biāo)記所示)相聯(lián)時(shí)，正母線絕緣電阻與r并聯(lián)，負(fù)母線絕電阻與(4+△r1+△r2)并聯(lián)后相串聯(lián);當(dāng)該觸點(diǎn)與極性非星標(biāo)端相聯(lián)時(shí)，則正母線絕緣電阻與(r+△r1+△r2)并聯(lián)、負(fù)母線的絕緣電阻與r并聯(lián)后相串聯(lián)。當(dāng)三位置極化繼電器KP2處于不接通狀態(tài)時(shí)，則可進(jìn)行母線電壓測(cè)量，以排除母線電壓影響檢測(cè)結(jié)果的因素。母線選擇極化繼電器則選擇所測(cè)試的母線(WC或WS)。
當(dāng)KP2不接通時(shí)，輸入到A/D變換的電壓為UIn.O=n· (αr)/(2+αr) UW’其中n= (△r2)/(△r1+△r2) ；αr= (△r1+△r2)/(r) ;
UW-母線電壓。
當(dāng)KP2與極性星標(biāo)端接觸時(shí)，輸入到A/D變換的電壓為Uin.1=nUw (αrβ2(1+β1))/(β1(1+αr+β2)+β2(1+αr)(1+β1))其中β1= (Rw+)/(r)β2= (Rw-)/(r)RW+，RW--分別為正負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻。
當(dāng)KP2與非極性星標(biāo)端接觸時(shí)，輸入到A/D變換的電壓為Uin.2=n·Uw (αrβ1(1+β2))/(β2(1+αr+β1)+β1(1+αr)(1+β2))按照所測(cè)得的上述三個(gè)電壓，便可以計(jì)算出正、負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻Rw+=- ((u1+u2)(1+αr)-αr)/(u1+u2+αr(u2-1)) rRw-=- ((u1+u2)(1+αr)-αr)/(u1+u2+αr(u1-1)) r其中u1= 1/(n) · (UiN.1)/(Uw)
u2= 1/(n) · (Uin .2)/(Uw)Uw= 1/(n) · (2+αr)/(αr) Uin,O分壓電阻△r2的選擇應(yīng)保證Uin的最大值不超過(guò)A/D變換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍。
整個(gè)測(cè)量過(guò)程均在8031微處理器系統(tǒng)控制下進(jìn)行。檢測(cè)周期開(kāi)始，發(fā)出指令經(jīng)驅(qū)動(dòng)器使KP1極化繼電器的觸點(diǎn)接通極性星標(biāo)端，對(duì)控制母線WC進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)。依次測(cè)量Uin，0、Uin，1、Uin，2，經(jīng)A/D變換送入微處理器系統(tǒng)，微處理器則按照本發(fā)明所提出的物理及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得到RWC+，RW-。之后，發(fā)出轉(zhuǎn)換指令使KP1的觸點(diǎn)接通非極性星標(biāo)端，同上進(jìn)行合閘母線的測(cè)試，算出RWS+。LED顯示具有掃描顯示(依次按一定顯示周期顯示RWC+，RW-，RWS+)及選擇性顯示(用功能鍵選擇欲觀測(cè)的絕緣電阻)兩種功能。根據(jù)用戶或有關(guān)規(guī)定，可以設(shè)定不同絕緣水平的劣化報(bào)警及保護(hù)，各值均由軟件設(shè)定，經(jīng)輸出接口驅(qū)動(dòng)報(bào)警與保護(hù)電路。由于電位差異，絕緣監(jiān)測(cè)單元中微處理器系統(tǒng)及其外圍電路采用了類似于圖9的隔離直流電源，經(jīng)穩(wěn)壓后供給各相關(guān)器件。
圖11所示的鎘鎳電池性能恢復(fù)及監(jiān)測(cè)單元，是一個(gè)在I、E型分、合閘裝置檢修期間或?qū)溆玫姆?、合閘裝置進(jìn)行非在線的鎘鎳電池性能恢復(fù)與監(jiān)測(cè)。該單元分為主電路與監(jiān)控電路。主電路包括繼電器觸點(diǎn)K、2000W負(fù)載電阻RL。功率MOSFET開(kāi)關(guān)及采樣電阻Rsensc，聯(lián)接于分、合閘裝置的專用接線端X1、X2。各分組電池組的電壓則由插座、插頭X送入監(jiān)測(cè)單元。監(jiān)測(cè)單元由單獨(dú)的交流電源供電，生成二組相互隔離的直流穩(wěn)壓電源，一組供PWM恒流控制、D/A變換，一組供給微處理器系統(tǒng)的及處圍電路。整個(gè)恢復(fù)、監(jiān)測(cè)過(guò)程由8031微處理器系統(tǒng)控制。按照鎘鎳電池規(guī)定的工藝，將整個(gè)性能恢復(fù)與監(jiān)測(cè)過(guò)程用軟件設(shè)定。過(guò)程開(kāi)始后，首先合上繼電器K，然后進(jìn)行規(guī)定恒流放電，放電電流由微處理器經(jīng)輸出接口，PHC隔離，將設(shè)定的電流值經(jīng)D/A變換送入PWM恒流控制進(jìn)行恒流控制。放電過(guò)程中，由微處理器控制于簧繼電器K0～K18及K10～K118依次接通一個(gè)分組的電池，經(jīng)A/D變換送入微處器，檢測(cè)放電過(guò)程各分組電池電壓的變化，計(jì)算放電容量(Ah數(shù))。規(guī)定充放電工藝可以恢復(fù)電池性能，對(duì)各電池組放電容量監(jiān)測(cè)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)性能變差或壽命終了的電池分組，以便及時(shí)更換，防止在分、合閘裝置應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生事故。控制過(guò)程可以通過(guò)固化的程序以及鍵盤(pán)來(lái)設(shè)定。LED顯示可以顯示各電池分組的電壓及容量，同時(shí)對(duì)不合格分組發(fā)送報(bào)警信號(hào)。備有輸出打印接口，可供打印機(jī)打印各電池分組的各種特性及參數(shù)。最后一次充電按IEI方式進(jìn)行，第二恒流為10%的10小時(shí)率電流，電壓為1.75V/C，這個(gè)均衡充電過(guò)程，可使活性物質(zhì)充分轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步改善電池的工作性能。均衡充電應(yīng)每三個(gè)月左右進(jìn)行一次。均衡充電的電流，電壓設(shè)定值通過(guò)改變IE充電單元中R1及R9實(shí)現(xiàn)(通過(guò)專用的開(kāi)關(guān))。
本發(fā)明所提出的各單元的優(yōu)異性能的總體配合，保證了電池性能的充分發(fā)揮與合理應(yīng)用，從而可不必采用較大的安全系數(shù)，因此是有優(yōu)良性能、價(jià)格比的分、合閘裝置。
權(quán)利要求
1.一種分組恒流、恒壓充電方式、穩(wěn)壓型的鎘鎳電池分、合閘整流裝置(以下簡(jiǎn)稱IE型分、合閘裝置)，其中包括--三相全橋型整流單元，用來(lái)產(chǎn)生直流電壓，在電網(wǎng)正常情況下向IE型分、合閘裝置提供直流電源；--自動(dòng)IE方式充電單元，共18組，用來(lái)對(duì)鎘鎳電池組進(jìn)行分組的自動(dòng)IE(恒流--恒壓)方式充電；--整流電源與鎘鎳電池之間的自動(dòng)切換單元，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)正常情況下整流電源供電與電網(wǎng)故障情況下鎘鎳電池供電之間的自動(dòng)、不間斷切換；--穩(wěn)壓?jiǎn)卧?，用?lái)使整流或鎘鎳電池過(guò)高的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后向控制母線輸出；--閃光信號(hào)源單元，用來(lái)向負(fù)載提供所需的一定周期的電子型閃光信號(hào)電源；--絕緣監(jiān)測(cè)單元，用來(lái)監(jiān)測(cè)直流母線的對(duì)地絕緣情況，分別顯示正、負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻，提供絕緣劣化的分級(jí)報(bào)警信號(hào)以及必需的保護(hù)；--鎘鎳電池性能恢復(fù)及監(jiān)測(cè)單元，用來(lái)進(jìn)行非在線情況下的、采用標(biāo)準(zhǔn)充、放電模式對(duì)鎘鎳電池的性能恢復(fù)，并監(jiān)測(cè)各分組的電池性能，以便發(fā)現(xiàn)并更換壽命終了或性能差的鎘鎳電池。其特點(diǎn)在于，它包括上述整流單元，作為電網(wǎng)正常情況下的合閘母線電源以及控制母線系統(tǒng)穩(wěn)壓?jiǎn)卧妮斎腚娫此ㄗ詣?dòng)IE方式鎘鎳電池充電單元，采用分組方式對(duì)鎘鎳電池進(jìn)行最優(yōu)參數(shù)的IE方式充電；它包括自動(dòng)切換單元，保證自動(dòng)不間斷地實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)正常與故障情況下整流電源供電與鎘鎳電池供電之間的切換；它包括穩(wěn)壓?jiǎn)卧?，以保證控制母線電壓不致過(guò)高，且當(dāng)鎘鎳電池組供電電壓較低時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為直接供電；它包括電子型的閃光信號(hào)電源；它包括一個(gè)采用阻抗變換算法的帶微處理器系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)單元，實(shí)現(xiàn)了真正的母線對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)與保護(hù)；它包括非在線的鎘鎳電池性能恢復(fù)與監(jiān)測(cè)單元，當(dāng)IE型分、合閘裝置處于檢修或備用狀態(tài)時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)的充電、放電模式恢復(fù)鎘鎳電池性能，同時(shí)對(duì)其放電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換性能變壞或壽命終了的鎘鎳電池分組。
2.權(quán)利要求1所述的IE型分、合閘裝置，其特點(diǎn)在于采用鎘鎳電池分組充電方式，以適應(yīng)各分組電池之間的性能的差異;
3.權(quán)利要求1所述的IE型分、合閘裝置，其特點(diǎn)在于，它采用了獨(dú)立的分組式的自動(dòng)IE充電方式，使鎘鎳電池分組處于最佳充電狀態(tài)，保證電池性能的發(fā)揮。
4.權(quán)利要求1所述的IE型分、合閘裝置，其特點(diǎn)在于，當(dāng)電網(wǎng)正常完全由電網(wǎng)經(jīng)整流(合閘母線)或再經(jīng)穩(wěn)壓(分閘與控制母線)供電，鎘鎳電池處于充電與熱備用狀態(tài);只有當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，由自動(dòng)切換單元無(wú)間斷地切換到鎘鎳電池組供電;故障一但消除，立刻又恢復(fù)成電網(wǎng)供電狀態(tài)。
5.權(quán)利要求1或4的所述的IE型分，合閘裝置，其特點(diǎn)在于，電網(wǎng)經(jīng)整流或鎘鎳電池組的電壓經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓?jiǎn)卧蟛怕?lián)接于控制母線，以保證控制母線所聯(lián)負(fù)載承受電壓不致過(guò)高;當(dāng)鎘鎳電池組供電且電壓較低時(shí)，則換接成直接供電。
6.權(quán)利要求1所述的IE型分、合閘裝置，其特點(diǎn)在于，電子型的閃光信號(hào)電源有較高的可靠性與壽命。
7.權(quán)利要求1所述的IE型分、合閘裝置，其特點(diǎn)在于，采用阻抗變換算法及微處理器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)母線的對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)、測(cè)量、計(jì)算并顯示正負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻，同時(shí)按照用戶使用要求設(shè)定的絕緣劣化等級(jí)提供分級(jí)報(bào)警信號(hào)和保護(hù)輸出。
8.權(quán)利要求1所述的IE型分、合閘裝置，其特點(diǎn)在于，由微處理器系統(tǒng)構(gòu)成的鎘鎳電池性能恢復(fù)監(jiān)測(cè)單元，可以在IE型分、合閘裝置檢修期間或?qū)溆玫腎E型分，合閘裝置，按照鎘鎳電池規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)充、放電模式進(jìn)行充電-放電的多周期循環(huán)，旨在恢復(fù)其性能。在放電階段監(jiān)測(cè)各分組電池的放電容量，檢出性能變壞或壽命終了的鎘鎳電池分組，以便及時(shí)更換，消滅事故隱患。
全文摘要
一種分組恒流、恒壓充電方式、穩(wěn)壓型的鎘鎳電池分、合閘整流裝置，實(shí)現(xiàn)只有在電網(wǎng)故障情況下才由鎘鎳電池供電，分組恒流、恒壓充電方式，可以保證性能十分接近的分組內(nèi)各電池處于最合理的充電狀態(tài)，而對(duì)性能不同的各分組電池則分別充電?？刂颇妇€采用穩(wěn)壓輸出，提高了聯(lián)接到控制母線上的負(fù)載的工作可靠性。電子型閃光信號(hào)源保證了高可靠性；本發(fā)明提出的微處理器絕緣監(jiān)測(cè)以及鎘鎳電池性能恢復(fù)與監(jiān)測(cè)使分、合閘裝置的性能與可靠性提高。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1055262SQ9110173
公開(kāi)日1991年10月9日 申請(qǐng)日期1991年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月26日
發(fā)明者劉舟軍, 劉德濱, 劉莉萍, 田修波 申請(qǐng)人:劉德濱