基于電腦鑰匙易損狀況與改進措施的分析研究

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(1.國網廣元供電公司，四川 廣元 628000；2.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

在電力系統中，被廣泛應用的五防程序鎖及電腦鑰匙在倒閘操作中起到檢測判斷，逐鎖打開，每步正確，才能實施操作的規范約束，由此提高了安全可靠性[1]。但因電腦鑰匙為移動式工作，需蓄電池作為能源支撐，使用后必須補足電能。

現生產廠家對蓄電池都設計為使用缺電后，強制充電、浮充維系的方式。這樣存在以下不利因素：

一是報廢快。蓄電池長期充電，其中金屬與化學元素不停運動反應，在熱飽和狀態下，老化快，壽命短，給工作造成嚴重影響。

二是耗能高。充電是必需的，但在充滿后不中斷電源長期浮充，仍有幾瓦至幾十瓦的電能在消耗，計及全國全省電腦鑰匙，這不是一個小數目。

三是費用大。一臺電腦鑰匙8000余元，重購更換將增大經濟損失。

四是影響環境。所用電池常為鎘、鎳、鉛、鋰等重金屬和氫氧化鉀等電解液制成，這些物質在大自然中對水源和土壤都會嚴重污染，甚至對人體造成危害。

綜上所述，為延長蓄電池使用壽命，減少廢棄污染開展了電腦鑰匙充電控制器的探索研究。

1 結構原理

為解決蓄電池熱浮充、老化快的問題，經分析探索，決定引入智能手段，限制每天充電時間，讓蓄電池絕大多數時間處于冷機狀態，由此大幅改變不利因素。充電控制器主體結構見圖1。

圖1 充電控制器主體結構

五防電腦鑰匙充電控制器由4個單元組成，分別是：

1)交直流轉換器。將220 V電源通過降壓、整流、濾波、穩壓，轉換為適合于儀器內部各功能元件運作的直流工作電源。

2)限時充電控制器。采用時鐘芯片設計的計時、定時控制器。利用該裝置設置每天2 h的導通供電，其余時間截止斷電，以此減少蓄電池熱浮充時間，延長五防電腦鑰匙使用壽命。

3)快速充電控制器。當一個開鎖程序操作完畢，緊接著需要進行下一個開鎖操作時必須對蓄電池進行緊急充電的情況，專項增設了一個隨時啟動電源快速充電控制，完成快速充電的方式。

4)電腦鑰匙充電器。考慮到現場相關儀器型號、結構、恒壓源、恒流源等充電方式不統一，為此將限時和快充兩種方式并接到同一個電源轉換器，再將原有充電器接入該電源轉換器，既維護原有結構體系，又置入新的限時充電控制功能。

2 充電控制器電路設計[2]

2.1 交直流轉換

充電控制器內部功能元件要運作，必需具備工作電源，該電源一般采用12 V直流。交直流轉換電路見圖2。

在圖2下部，交流220 V電源在開關K1合上后，經變壓器降壓至12 V，再經D1-4橋式整流、電容C1濾波、三端穩壓器WY1穩壓，將直流正負極分別送往上端時間控制器。

2.2 時間控制電路

倒閘操作并非天天有，電腦鑰匙亦不常用，為改變熱浮充老化快的問題，決定采用每天限制充電2 h、其他時間斷電的處理方式，做了圖2上部的電路設計。

圖2 時鐘控制電路

圖2上部IC1是CY-56型智能時鐘芯片，它含有晶振、分頻、存儲等硬件電路，并經軟件編程，對分、時、周等進行迭加計算，通過K6-8功能開關和K2-5數字鍵進行校時和定時設置，做好控制準備。

在圖2中，12 V穩壓電源正極經R2、R3分壓為1.5 V，接往時鐘芯片IC1的13腳，IC1的14腳連接負極，作為工作電源。在設置時間到達時，IC1的3腳輸出高電平，使復合功放管BG1、BG2導通，繼電器J1啟動，常開結點J1-1閉合，將220 V交流電經保險管BX2接通，向五防鑰匙充電器CDQ供給經時間控制的工作電源。

2 h后，設置的停電時間到達，IC1第3針腳截止輸出，BG1、BG2失電，繼電器J1關閉，常開結點J1-1斷開，蓄電池停止充電。

圖2中經電阻R1分壓，發光二極管Fg1點亮做為工作指示。

基于設計所做的時間控制充電器如圖3所示。

在圖3中，上面是插接被充電腦鑰匙的槽孔，可替換以適用多種類型；中間是功能指示燈和時鐘數字顯示屏；下面為校時、定時觸摸開關。

圖3 自制時控器

圖4 定時轉換器

3 快速充電設計

當完成某項倒閘操作后，按要求須進行緊急充電，以備下次操作使用。但此時控制器不一定在設置的限時充電時間段內，滿足不了充電要求。為此，增設了快充設計。

快充電路有兩大任務要完成：1)缺電速充；2)充滿斷電。為此，選取了計時控制方式進行處理。

圖4是PY—08型定時轉換器，內含交直流轉換器件及智能時鐘芯片，已做好硬件連接和軟件編程；外部有“設置”按鈕，可做1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h的倒計時選擇；面板配有萬能插座，被控儀器電源頭插入此處，即可開展工作。

快充定時轉換器插上電源，若未設置時間或指示燈全滅時，可按下“設置”開關，每按一次，相關指示燈對應數字升高一位，根據被控器件所需運作時間，進行1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h的選擇，取值完成后松開手，儀器即開始工作提供電源。

所設時間計時完成，時控器自動斷開電源，停止供電。儀器設置時間后只運行一次，若不重新啟動，將不再供給電源。

儀器具有記憶功能，在上次設置后，若無改變，儀器仍按原定時間運行，由此減少了相同儀器的繁瑣操作。

上述設計能滿足五防電腦鑰匙快速充電所需的選時定時、充滿斷電、一次供電的要求，結合每日限充2 h控制功能，共同發揮作用，實現對蓄電池的有效充電控制并消除熱浮充影響。

4 整體設計方案

實際連接使用方法見圖5。

圖5 實用連接

在圖5中，1為220 V電源插座，2為兩儀器的電源插頭，3為快充定時儀器，4為限時充電儀器，5、6為不同形式的五防電腦鑰匙，7、8為五防電腦鑰匙配套的充電器；9為四套儀器的電源插頭，它們都統一插入電源板10的相應插座11中，中間的插座為快充儀和限時器向電源板輸入的控制電源，兩側的插座是從電源板接收被控電源。

所做的改進設計，有3項特點：

1)快充供電。據統計，電腦鑰匙使用后，補充充電時間一般有3～4 h即可，所設計的定時轉換器可在10 h內選擇設置，充電時間滿足要求；再者，即便時鐘放寬一些，蓄電池充滿后，在原充電器中短時間續充影響不大，不會像長期熱浮充老化、損傷嚴重，故使用環境更加寬松可靠。

2)雙控制器運作。每日限時充電是設定的，而快速充電是隨機的，兩者多數時間獨立工作，也有可能出現時間重疊，共同向電源板提供220 V交流電源，這只是并聯運行，不產生附加影響。

3)使用原充電器。利用原充電器的有效功能，維護了各充電器自身的恒壓源、恒流源、充電參數的工作特點，保證了電腦鑰匙的充電質量。

設計方案實質采用了倒計時與正計時兩種控制方式，將快充和限時充電相結合，彼此互補，能確保電腦鑰匙在倒閘操作中的電量需求和功能發揮。

目前所設計的方案還存在著快充定時轉換器與限充定時儀的分體工作問題。為此，今后將進一步分析研究其元件配置和電路結構，盡量將兩者合并一起，形成整體儀器，使之用于現場更加方便簡化。

5 結 語

在對五防電腦鑰匙損壞報廢快的問題中，分析查找到了蓄電池熱浮充是主要原因，并制定了改進方案，實現了缺電快充、待機限充的雙層功能，既保證電腦鑰匙在使用中有足夠能量，又使其多數時間處于冷機狀態，這樣可以延長電腦鑰匙使用壽命、降低投資、節約能源、減少環境污染等。