一種通用型充電模塊試驗工具的設計與應用

摘? 要：針對變電站直流電源系統充電模塊的故障檢測，介紹一種通用型充電模塊試驗工具的設計與應用，對其技術方案及優勢進行分析，并具體論述其使用方法。該裝置的應用能夠有效解決直流充電模塊在投入在運直流系統前無法進行檢測的行業痛點，確保在運直流系統的安全，同時使現場故障處理工作一次性完成，提質增效。

關鍵詞：變電站直流電源系統;充電模塊;試驗

1? ? 研究背景

在變電站直流電源系統中，工作負荷最大、故障率最高的無疑是直流充電模塊。隨著變電站運行年限增加，充電模塊的故障日益增多。江門供電局76%的充電模塊已投運10年以上，型號陳舊，絕大部分已停產，目前主要依靠返廠維修處理，但耗時較長、費用較高，且返修后模塊的質量無法提前檢測，缺陷處理的安全性、時效性及經濟性較差。

由于缺少基本的檢測工具及裝備，班組難以對返修后的充電模塊進行提前自主檢測，會發生到現場更換后才發現依然故障的情況，不僅造成了人力、時間、車輛等諸多浪費，而且故障的模塊直接安裝到在運直流系統上，對系統安全有很大威脅，甚至可能出現短路爆炸、站內直流系統失壓的嚴重后果[1-2]。

對此，本文提出研發一款通用型充電模塊試驗工具，并對此進行了詳細的研究和探討。

2? ? 技術方案

（1）交流輸入采用分級調壓方式，利用改變輸入、輸出抽頭來實現，功率配置以最大220 V/40 A模塊來設計，最大輸出功率10 kW;

（2）直流負荷采用自冷式PTC陶瓷，分別設計1 500 W、1 000 W、500 W不同負荷接入，矩陣式布局來改變負荷大小;

（3）通信利用工控機進行顯示及控制，將不同廠家通信規約集成于同一臺裝置及界面，通過通信狀態、充電機控制以及采集充電機參數來判定充電模塊的通信是否正常;

（4）對于新購置或返修后的充電模塊能進行檢驗測試：通過調壓機、負荷變量以及紋波采集、工控機，可配合測試充電機交流輸入過欠壓保護、穩壓、穩流、紋波系數、通信狀態、過負荷能力等主要功能，真實模擬現場使用環境，保障測試的有效性;

（5）界面設計通信狀態顯示，二級菜單用于模塊參數修改，根據各種模塊的通信規約編譯程序，直觀顯示模塊的通信狀態、輸出參數，并通過參數修改，實現對充電模塊的控制;

（6）配備多種連接接頭及通信規約，可以按需切換，使得對不同廠家不同型號的充電模塊均能進行檢測，通用性好、實用性強。

整體來看，通用型直流充電模塊試驗工具的原理示意圖如圖1所示，其組成主要包括調壓器、直流負荷調節器、試驗端口、監控器及表計。

3? ? 技術優勢

3.1? ? 創新性

（1）高度仿真。可仿真變電站運行參數，檢測充電模塊輸出電流、電壓等關鍵技術指標。

（2）模擬控制。可模擬變電站，對模塊進行控制，檢驗模塊的通信功能及響應速度。

（3）故障定位。可對故障模塊各功能進行檢測，確定其哪個功能出現故障，從而實現自主修理，有效縮短消缺時間，降低消缺費用。

（4）通用性強。配備多種連接接頭及通信規約，可以按需切換，對不同廠家不同型號的充電模塊均能進行檢測。

（5）安全性高。可對廠家提供的備件模塊或返修模塊進行初步檢驗，確認運行正常后再前往現場安裝至直流系統，確保在運直流系統的安全。

3.2? ? 先進性

（1）模擬真實運行環境，檢驗輸入、輸出。仿真變電站運行參數，檢測充電模塊輸出電流、電壓等關鍵技術指標;同時可對模塊進行控制，檢驗模塊的通信功能及響應速度。

（2）有效識別故障部分。可對故障模塊各功能進行檢測，確定其哪個功能出現故障，從而實現有針對性的自主修理，有效提高故障處理效率。

（3）通用性及可拓展性強。配備多種連接接頭及通信規約，可以按需切換，能對目前所有在用的不同廠家不同型號的充電模塊進行檢測;日后增加相應規約及接口即可應用于新模塊的檢測。

4? ? 使用方法

4.1? ? 裝置上電

（1）上電前檢查項目：電源線連接良好，直流輸出開關斷開，交流調壓旋鈕在“0”位，直流負荷調節器開關關閉，負荷空開全部斷開，試驗接口未接入充電模塊;

（2）上電檢查：合上交流電源空開，順時針調節交流調壓器旋鈕，觀察交流電壓、電流表計顯示正常;將交流電壓調至220 V左右，檢查監控器顯示正常;合上直流負荷調節器開關，檢查風機運轉正常。

4.2? ? 連接充電模塊

連接前檢查充電模塊開關在斷開狀態，選擇匹配接口的試驗連接線，分別接好充電模塊側交流輸入和直流輸出試驗線，再接試驗接口端，然后連接好充電模塊至監控裝置通信線。

4.3? ? 模塊測試

充電模塊試驗線及通信線連接好后，投入直流輸出開關，合上模塊開關，根據測試要求投入負荷空開，觀察直流表計顯示正常。

4.4? ? 試驗項目及方法

（1）交流輸入過欠壓保護：通過調節交流調壓器旋鈕控制電壓輸出，同時觀察模塊狀態，記錄過欠壓電壓值。

（2）直流帶載能力：通過柜門負載空開，逐步增加直流負載，記錄模塊帶載數值。

（3）穩壓、穩流、紋波測試：調節交流輸入電壓在323～456 V變化，輸出電壓、輸出電流在額定值20%～100%范圍內變化，記錄電壓、電流值，計算穩壓精度和穩流精度，同時記錄實驗平臺面板紋波系數表計顯示紋波值。

（4）通信狀態：通過監控觀察模塊遙測、遙信數據采樣正常，并通過監控對模塊進行開關機測試、均浮充轉換設置。

4.5? ? 試驗結束

關閉直流負荷調節器，調節交流電壓輸入值為0，關掉交流輸入電源，拆掉充電模塊試驗線及通信線并收好。

5? ? 應用情況

從2019年4月起，通用型充電模塊試驗平臺開始在江門供電局變電管理一所檢修中心交直流檢修區試點應用。該充電模塊試驗平臺可適用于不同廠家不同型號充電模塊的檢測，班組人員能借助其對充電模塊提前進行自主檢驗，包含對模塊輸入輸出保護功能、帶載能力、穩壓穩流能力、紋波系數、通信狀態等主要功能進行檢測，確認運行正常后再前往現場進行更換及投入，確保在運直流系統的安全，大大提高了充電模塊故障處理的安全性、經濟性及時效性，并且也提高了供電可靠性。在一年的時間中，通過試驗平臺發現27個新購及返修的模塊依然存在故障，避免了以往直接到站而導致的人力、時間、車輛等浪費，更避免了在運直流系統故障引起的電網風險。

6? ? 結語

本次研發的通用型直流充電模塊試驗工具，一方面能對于故障模塊進行初步檢驗，探索班組自主修理;另一方面，能對廠家提供的備件模塊或返修模塊進行有效的檢驗，確認運行正常后再前往現場進行更換及投入，確保了在運直流系統的安全，同時實現了故障處理工作一次性完成。

[參考文獻]

[1] 郭曉飛.淺析直流系統充電模塊特性測試[J].科技創新與應用，2012（30）：160-161.

[2] 胡光偉，代博奧，藍彬桓.基于PLC的直流電源充電模塊實現自動檢測的設計[J].應用能源技術，2019（2）：48-52.

收稿日期：2020-06-16

作者簡介：黃偉杰（1989—），男，廣東江門人，工程師，從事繼保自動化及站用電源相關工作。