雙電源范文

導語：如何才能寫好一篇雙電源，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：MFT;直流電源;隔離;改造

中圖分類號：TM621.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）26-0114-02

1 改造的必要性

MFT（主燃料跳閘）是保證鍋爐安全運行的核心內容，在出現任何危及鍋爐安全運行的危險工況時，MFT動作，所有進入爐膛的油和煤將被快速切斷，以保證鍋爐安全，避免事故發生或限制事故進一步擴大。

為了有效地提高MFT動作的可靠性，MFT設計成軟、硬兩路冗余。當出現跳閘條件時，MFT除了通過軟件動作相關設備，同時還通過硬件即跳閘繼電器板將此信號發往其它系統，跳閘相關設備。我公司設計有MFT繼電器盤，為了減少誤動，防止拒動，MFT信號在硬件上進行3取2，最大限度的保護全廠設備。當MFT發生后， 繼電器動作，通過硬接線使相關設備跳閘，這就要求MFT繼電器的電源必須可靠，一旦發生故障，不能及時跳閘相關設備，將直接影響機組的安全運行，給主、輔設備造成重大損壞。

根據《防止電力生產事故的二十五項反措》要求，火力發電廠機爐保護跳閘回路所用電源應可靠，以保障保護不發生拒動、誤動。我公司#1-#6機組MFT跳閘回路所用兩路220VDC電源經二極管并列運行，形成了環路，與反措要求相違背，因此需通過雙電源切換裝置將兩路直流220V電源進行隔離。

2 原直流電源系統存在的問題

2.1 系統原理

原MFT的直流電源是由兩路電氣直流電源Ⅰ、Ⅱ并聯提供，如圖1所示，兩路電源的正極各串接了1個二極管，負極各串聯了一個與正極反向二極管，經二極管自動高選后輸出一路。根據二極管的工作特性，正常情況下，兩路直流電源有一路始終處于工作狀態，當此路電源出現故障，另一路電源二極管經短時間導通進入工作狀態，實現無擾切換，保證熱控電源的不間斷。

2.2 安全隱患

原直流電源系統中，熱控直流電源的正極是通過二極管把兩路電氣直流電源Ⅰ、Ⅱ的正極連在一起，負極通過反向二極管連接在一起，這種系統結構使得兩路直流電源形成環路，沒有完全獨立，使機組的安全運行存在隱患。原系統結構只要發生直流接地故障，不論在何位置，兩路直流系統會同時接地，電氣的接地選線裝置將無法正確判斷接地點的位置，給故障查找及事故處理工作帶來很大困難。同時，在查找接地點的過程中，熱控電源有全部喪失的風險，可能引發更嚴重后果，嚴重威脅機組的安全運行。

3 改造方案

①每臺機組MFT跳閘回路電源系統增加2套直流雙電源切換裝置，兩套雙電源切換裝置分別命名為#1、#2。電源切換裝置安裝在DCS網絡機柜內。

②現MFT跳閘回路所用兩路電源為#1雙電源切換裝置提供電源，電氣專業再分別從直流Ⅰ段和直流Ⅱ提供兩路電源供#2雙電源切換裝置。

③日常運行時，兩套雙電源切換裝置輸出應為同一直流段，即可避免直流供電系統行程環路。

④雙電源切換裝置工作電源應在85～270 V DC，切換時間小于8 ms，額定電流不小于30 A。

⑤由切換裝置提供電源監視、裝置故障報警點輸出。

⑥改造工作在機組檢修時進行。

4 改造后直流電源系統

4.1 改造后直流電源系統工作原理

改造后直流雙電源轉換裝置采用進口大功率直流真空接觸器作為轉換開關，同時輔助以大功率DC/DC轉換電路，保證在轉換開關開斷瞬間輸出電壓穩定。

裝置基本原理框圖，如圖2所示，輸入電源回路Ⅰ（簡稱主電）以及輸入電源回路Ⅱ（簡稱備電）分別經二極管、接觸器并聯到輸出端。兩個輔助電源的輸入端分別取自回路Ⅰ和回路Ⅱ，且相互獨立，裝置內部的邏輯回路由兩個輔助電源同時供電，當任何一路輸入失電時，裝置內部邏輯都不會受影響。

裝置正常工作時，主電源經防反二極管直接輸出，備用電源處于斷開狀態。當處于工作狀態的主電源由于故障造成電壓跌落或失電時，裝置內電壓檢測回路檢測到輸入端電壓變化，當電壓值跌落到額定電壓的75%～80%時，裝置判斷該路電源出現故障，發出電源切換指令，輸出電壓即切換到備用電源上，整個切換過程約為15～30 ms，在切換過程中，裝置的輸出端電壓經DC/DC回路維持在額定電壓的90%～95%左右。

當主電源直流系統故障排除，恢復供電時，裝置面板對應電源指示燈亮，裝置自動切換回主電源供電。

裝置切換過程中，面板上紅色告警指示燈會有瞬間閃爍，屬于正常現象。裝置告警端子Ⅰ為常閉接點，當裝置主電源輸入、備用電源輸入、以及電源輸出3個端口中任意一路電壓低于額定值的80%時，常閉接點打開，通知裝置失電;端子Ⅱ為常開接點，當裝置內部出現嚴重故障時，接點閉合，通知裝置出現故障。

在裝置運行過程中，實時監視裝置的運行狀態是保證可靠供電的基礎;因此要求將告警端子接到監控系統，當有故障發生時能得到及時有效的處理。

4.2 造后系統試驗

4.2.1 通電前檢查

①檢查裝置輸入端、輸出端極性正確;

②確認輸入電源電壓范圍滿足裝置要求;

③確認輸入端空開處于斷開位置，輸出端負載斷開。

4.2.2 裝置通電檢查

①合上主回路電源空開，觀察裝置面板上的指示燈，Ⅰ路電源指示燈和Ⅰ路工作指示燈應點亮;第一路報警指示燈亮起，約幾十秒后裝置自檢結束后熄滅;

②合上備用電源空開，Ⅱ路電源指示燈點亮;

③測量輸出電壓幅值、極性正常;

④輸出端帶載，測量輸出電壓正常。

4.2.3 改造后試驗

①確定裝置輸入為雙路正常電壓，輸出帶正常負荷;

②觀察面板指示燈狀態，將主電源空開斷開，裝置立即切換到備用電源上，切換時間為0.42 ms，符合改造方案中切換時間小于8 ms要求。運行燈和電源燈也相應變化。

③測量輸出電壓為230.8 V，比輸入電壓232低1.2 V屬于正常范圍。

④將主回路空開合上，對應的電源指示燈亮起，電源切換到主回路。

⑤斷開備用電源空開，裝置Ⅱ路電源指示燈熄滅，裝置無切換動作。

⑥再次測量輸出電壓為230.8處于正常值。

⑦合上備用電源空開，試驗結束。

整個試驗過程中，裝置可靠切換，負載設備沒有異常情況，面板無異常告警狀態。

5 結 語

本次改造解決了MFT保護回路直流雙電源系統形成了環路的重大安全隱患，通過雙電源切換裝置將兩路直流電源進行隔離，改造后的電源切換裝置有故障報警和失電報警輸出功能，報警信號被引至監視系統，熱控電源的運行狀態實現了實時監視，便于及時發現和處理問題。經過半年時間的運行，裝置工作穩定可靠，狀態良好，本次改造成功。

參考文獻：

[1] 望亭發電廠.660 MW超超臨界火力發電機組培訓教材（熱控分冊）[M].

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關鍵詞:動力;安全策略;控制電路

0引言

地鐵工程維護車大部分時間是在地鐵隧道內運行、作業，為保證地鐵隧道內干凈、衛生，保障在隧道內檢修作業工作人員身體健康，近年來地鐵公司對工程維護車提出了低噪音、無煙氣污染、低碳環保等要求。中車株洲電力機車有限公司積極適應地鐵公司的需求，大膽創新，在國內率先研制出采用蓄電池和接觸網(第三軌)雙電源供電方式的蓄電池電力工程車，這種新型工程維護車推出后廣受國內外地鐵公司的歡迎和好評。本文對蓄電池電力工程車蓄電池和接觸網(第三軌)雙電源供電模式的主電路、實現雙電源供電方式切換的安全策略和控制電路進行介紹。

1工程車雙電源供電模式主電路介紹

工程車雙電源供電模式分別為接觸網/第三軌供電和牽引蓄電池供電，其中接觸網和第三軌供電電源為DC1500V，接觸網和第三軌供電的區別在于供電裝置的位置不同，接觸網在工程車上方供電，第三軌是與軌道平行的供電軌道，在工程車下方供電;牽引蓄電池的額定輸出電壓為800V。中車株洲電力機車有限公司設計的蓄電池電力工程車在運行過程中可根據實際使用情況由司機室內的司乘人員進行接觸網/第三軌供電和牽引蓄電池供電選擇，雙電源供電模式主電路原理如圖1所示。

1．1接觸網/第三軌供電模式

當選擇接觸網/第三軌供電時，DC1500V供電電源經受電弓/集電靴、防反二極管V01、三位置開關S11“接觸網/第三軌”位、熔斷器F11、雙極接觸器K01、差分電流傳感器B10、快速斷路器Q01到達牽引逆變器，通過牽引逆變器為工程車牽引電機提供電源。

1．2牽引蓄電池供電模式

當選擇牽引蓄電池供電時，DC800V供電電源經隔離開關S02、熔斷器F21和F22、電流傳感器B11、防反二極管V02、接觸器K02、快速斷路器Q01到達牽引逆變器，通過牽引逆變器為工程車牽引電機提供電源。以上接觸網/第三軌供電和牽引蓄電池供電兩種供電模式只能選擇一種供電模式為蓄電池電力工程車進行供電，即當三位置開關S11在“接觸網/第三軌”位、雙極接觸器K01閉合時，蓄電池電力工程車實現接觸網/第三軌供電模式，牽引蓄電池不會對負載供電;當隔離開關S02在“閉合”位、接觸器K02閉合時，蓄電池電力工程車實現蓄電池供電模式，接觸網/第三軌不會對負載供電。為確保蓄電池電力工程車雙電源的供電模式安全、可靠切換，在設計時已制定可靠的安全策略并通過控制電路的邏輯互鎖來實現。

2雙電源供電模式切換的安全策略

為確保蓄電池電力工程車可靠運行及保證司乘人員的人身安全，設計時詳細分析了接觸網/第三軌供電和牽引蓄電池供電雙電源切換可能出現的危險條件，制定了詳細的安全策略，雙電源切換的安全策略見表1。從表1可見，蓄電池電力工程車需確保工程車靜止、卸載、高速斷路器Q01處于斷開位的情況下，雙供電模式切換才有效。如果蓄電池電力工程車正在運行(任何模式)且高速斷路器Q01為閉合狀態，司機室內的司乘人員轉動設置在操作臺面板上的雙供電模式選擇開關S01無效，控制系統屏蔽該信號，工程車按原選擇模式運行。此時在司機室顯示屏上有提示信息，警告司乘人員模式選擇開關的位置發生變化并無效。如在多臺車重聯運行時，只有主控工程車占用端司機室操作供電模式轉換開關S01才有效。蓄電池電力工程車在確定以上所需供電切換的安全條件有效后，中央控制單元才按選擇的供電模式重新配置主電路，通過控制雙極接觸器K01或接觸器K02的通斷來實現接觸網/第三軌供電和牽引蓄電池供電的安全、可靠切換。

3雙電源供電模式切換的控制電路

設置在司機室操作臺面板上的雙供電模式選擇轉換開關S01由“接觸網/第三軌”位、“蓄電池”位和“0”位三個檔位組成，IO1、IO2、作為模塊A01的控制輸入信號，IO3和IO4作為模塊A02、A03的控制輸出信號如圖2、圖3所示，S01和IO口信號關系詳見表2。當雙電源供電模式選擇轉換開關S01選擇“接觸網/第三軌”位時，模塊A01的IO1和IO2收到“10”信號，模塊A02和A03的IO3和IO4輸出信號“10”，“IO3”為高電位雙極接觸器K01線圈得電，IO4為低電位接觸器K02線圈不得電，同時雙極接觸器K01常閉觸點斷開，實現兩種供電模式切換雙極接觸器K01和接觸器K02的電氣互鎖，由于雙極接觸器K01閉合實現接觸網/第三軌供電。反之，當電源供電模式選擇轉換開關S01選擇“牽引蓄電池”位時，模塊A01的IO1和IO2收到“01”信號，模塊A02和A03的IO3和IO4輸出信號“01”，“IO4”為高電位接觸器K02線圈得電，IO3為低電位雙極接觸器K01線圈不得電，同時接觸器K02常閉觸點斷開，實現兩種供電模式切換雙極接觸器K01和接觸器K02的電氣互鎖，由于接觸器K02閉合實現牽引蓄電池供電。當供電模式選擇轉換開關S01選擇“0”位時，A01輸入和A02、A03輸出都為“00”，雙極接觸器K01和K02線圈均不得電，兩個供電回路為開路。當A01輸入信號為“11”時，代表供電模式選擇轉換開關故障，A02、A03輸出也將為“00”，K01和K02線圈均不得電，兩個供電回路為開路。

4結語

隨著市場對工程車需求的逐年遞增，這種雙源供電方式的工程車在地鐵行業十分受歡迎，其通過兩個接觸器的互鎖控制保證動力供給的唯一性保證了車輛的安全性、可靠性。

參考文獻:

［1］李琛玫，丁偉民，崔洪巖．蓄電池電力工程車高壓柜的設計分析及仿真計算［J］．電力工程車與城規車輛，2014(2):43－1402．

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于是我們購買電源時便要按照峰值功率去購買，可市場上高功率的電源都有著不菲的價格。難道為了性能我們真的要花大價錢去買高功率的電源嗎？難道真的沒有別的解決方案嗎？答案是，有的！

機器內分為以CPU、顯卡為首的高功耗部件，而光驅、硬盤等等為低功耗部件，我們采用雙電源冗余解決方案把CPU、主板、內存等由主板進行供電的設備用一個電源供給。而外接電源的顯卡、光驅、硬盤等設備用另一個電源進行供電。這樣單個200W～300W的電源足以可以保證滿負荷下峰值功率的要求，而不必為高檔、高功率電源的高價進行買單。

首先，我們確定實現此方案需要的條件。

1.舊ATX電源，功耗以300W左右為佳，數量兩個。

2.足夠寬敞的機箱或者放置額外電源的位置，距離主板電源接口以20cm以內為佳。

3.導線2條，銅鋁皆可，粗細無要求，兩條10cm左右。

4.鉗子、剪刀等等工具。

其次，對于ATX電源，當用戶按下機箱上的電源開關后，主板就會給ATX電源送出一個啟動信號，我們稱之為PS_ON（電源開啟）信號，在電源收到這個PS_ON信號之后，ATX的主電源電路才會開始工作并輸出電流。而當我們要關機的時候，通過主板上的POWER按鈕，可以讓主板停止向ATX電源輸出PS_ON信號，這個時候，ATX電源的主電源部分就停止工作，并截止電路的輸出了。我們要做的很簡單，就是把這兩個PS_ON線（綠色）和任意兩條對應的地線（黑色）連起來即可。

將兩臺電源的PS_ON信號連線(綠色)和旁邊地線(黑色)將其絕緣表皮剝開約1cm長度，使之露出內部的金屬。然后用一根導線先將兩臺電源的PS_ON信號線連接起來，然后再用一根導線將兩臺電源的“電源地”連接起來。一定要記得將連線的接頭用絕緣膠帶包好，以避免線路短路。

最后，進行安裝工作吧，把需要給CPU等供電的電源插在主板上，而給外接電源設備供電的固定在任意地方即可。需要注意的是，如果顯卡功耗過高，比如9800G×2，甚至是4870×2或雙顯卡，那么它們的供給電源需要一個比較大的功率，就不要把光驅硬盤等接在此電源上了。按需調配設備，讓兩個電源盡量負載差不多，這樣能達到最好的效果。至此，我們就擁有了一個300W×2的電源了，沒花大價錢，Power一按兩個電源同時開始工作，是不是很有成就感呢。

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關鍵詞：高層建筑；雙電源切換；故障；電氣設計

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）14-0137-02

現在，在很多建筑中（如工廠、學校、酒店和寫字樓等），都裝配了兩套供電電源裝置，一路用于正常時電源的供電，另一路則用于應急時供電，也可以稱為備用電源。當主電源的供電出現問題或需要檢修時，緊急啟動備用電源進行供電，把應急電源改為供電電源。在高層建筑中，諸如在樓道、水泵、消防照明等電路中采用雙電源方式更為的普遍，雙電源切換方式可以有效的保障電路供電的可靠性，同時也會相應的增加雙電源轉換帶來的故障。在發達國家早已把雙電源切換電路的研究、生產列為了產業的重點，得到了快速的發展，并使其逐步實現智能化、高新技術化。二十世紀的九十年代，在國內市場對雙電源切換開關需求量很大，相繼引進了日本株式會社的MZ和VSK系列高低壓雙電源切換開關，從法國引進電機驅動SirCOVER標準型和VS型電源切換開關。通過引進這些產品，我國的電氣元件的種類得到很大的豐富。

1 高層建筑雙電源切換方案

所謂的雙電源切換電路，指的就是能夠提供電源之間相互切換（通常稱為倒電）的電路。例如，當用電高峰期，一些用電較緊張的區域常會采用拉閘限電的方式，這種情況下，工作電源與應急電源之間切換的頻率就會比較頻繁。供電發生中斷時，一級負荷和二級負荷往往會在經濟上和政治上造成重大的損失，甚至危及人員的生命安全。在發電廠、醫院、銀行、軍事設施等重要場所，必須安裝可靠的雙電源的自動切換電路。

目前，隨著計算機的運用領域的不斷擴大，雙電源切換開關普遍采用的是計算機的輔助設計方式，這樣能使產品性能更可靠、結構更合理。下面介紹一種雙電源切換電路。

如圖1所示是雙電源切換電路中的主電路，AC1為主電路的工作電源，而CB1為工作電源中的進線斷路器，AC2為主電路的應急電源，而CB2為應急電源中的進線斷路器。C為可逆的交流接觸器，它是由兩部分組成：工作電源進線接觸器C11；應急電源進線接觸器C21。圖2和圖3則為雙電源切換電路的控制電路。其中，C12是工作電源的控制回路中的中間繼電器，C22是應急電源的控制回路中的中間繼電器。C為可逆的交流接觸器，它可以通過機械的聯鎖機構進行互鎖，另外，它與控制電路中間繼電器C12和C22構成雙重互鎖。這種切換電路更適合在工業環境下安全運行。

2 常見雙電源切換電路故障及其解決方法

在高層建筑的電氣設計當中，樓梯的走廊燈、設備房的照明、小區的路燈等的雙電源切換電路開關是用接觸器來構成，并且有自復式以及手動式這兩種控制電路。對這些較小的單相負荷來說，采用的是由微型的接觸器來構成的雙電源單相切換開關。如果對于高層建筑中空調冷水機組設備房、水泵房，則是提出采用單相負荷配電線路和動力配電線路分開供電的方式，一邊減小中線截面。

對于高層建筑中的電氣設計來說，電源轉換的回路比較多，并且末端的轉換箱的分布也比較廣泛，如果發生了故障，想要快速的查找出真正故障所在的回路，是一件比較困難的事情。以下根據筆者多年來的在雙電源切換方面的維修經驗，并結合一些高層建筑的線路設計思路，分析以下高層建筑中使用雙電源時出現故障的幾點基本維修方法。由于在雙電源電路中，中間繼電器和交流接觸器是雙電源切換的關鍵部件，雙電源切換電路的故障主要有以下幾種。

2.1 雙電源切換故障

雙電源切換之間發生故障時最常見的一種故障現象，而雙電源電路如果無法實現正常的切換，可能是由于如下原因：繼電器出現問題，備用電源回路的交流接觸器出現問題，二次回路出現問題。以上的情況都會造成雙電源不能正常的實現切換。

如果切換出現故障，首先打開雙電源的切換箱，檢查相應故障，一般情況下都會找的到相應的故障原件。因為，在故障元件的故障點上，往往會有被燒壞了的痕跡。所以，為了有效的防止此類雙電源之間不能正常切換的基本辦法就是要定期的對這些雙電源電路之間進行一次人為的切換，一般來講每個月一次即可。這樣操作，一方面可以檢查繼電器和接觸器是否能正常工作，另一方面能夠發現問題并及時進行更換，及時控制故障。在實際運行中，如果市電停電了，而備用回路的有電指示燈是亮的，但此時某一個雙回路已經不能進行可靠切換。這種情況就可以判斷是該電路末端切換箱出現問題，針對配電箱就可以發現并解決問題。

2.2 雙電源電路之間反復切換

高層建筑內的雙回路之間反復切換，這種故障通常會造成市電停電，而備用電又送不上的情況。這種情況往往比較緊急，需要作出快速的處理。在此介紹一種多臺變壓器的雙電源切換電路，兩臺變壓器開關K1和K2和聯絡開關K5之間可以通過輔助鋤頭進行防并聯聯鎖，必要時可以考慮聯鎖開關K3按照檢查工作母線無壓進行自動投入，以保證市電正常時，兩臺變壓器互為備用。

當市電正常時，K1/K2/K4閉合，K5/K3斷開，工作母線、備用母線均帶電，實現了負荷雙回路備用；市電停電時，K5/K3/K4閉合，K1/K2斷開，工作母線和備用母線均帶電，實現負載的雙回路備用；市電停電且切縫火災時，消防控制中心切除非消防負荷，保障消防負荷的雙回路末端切換備用電源。

雙電源回路之間反復切換的故障問題，是一種不太常見的故障現象。但這種故障問題涉及到了用電的安全，往往故障點也比較難找。而且影響面也較為廣泛，通常會造成整個樓宇內的所有回路之間反復的進行切換。這是大樓內的燈就會出現忽亮忽暗的情況，也不能判斷出是哪一個末端的切換出現了問題。此時如果主回路已經停電而備用的回路還有電，并且建筑內所有的雙電源電路末端之間反復進行切換，維護人員就需要利用晚上的時間，對大樓實行一些人為的停電檢查雙電源切換情況。如果還是出現以上的現象，那么就要找到就近的雙電源回路配電箱，然后使用萬用電表針對主回路中的電壓來進行測量，看主回路中是不是有較為明顯的停電的間斷點。從而判斷到底是日光燈電感的放電現象，還是雙回路的末端出現了倒送電的現象。

2.3 不能按照安全條件安裝

雙電源切換電路開關的安裝必須符合標準的使用條件，否則就會造成一系列的安全使用問題。在安裝時主要考慮的問題包括以下幾個方面：

①周圍的空氣的溫度。周圍的空氣溫度應該保持在-15℃～60℃之間，并且在24 h內的平均溫度不能超過55℃，如果周圍的溫度高于了65℃或者低于了-20℃則需要進行特制。

②大氣的濕度。每月內的最大相對濕度大約保持在90%，能夠耐受住海上的潮濕的空氣影響，在較低的溫度下則可以允許較高的相對濕度，如果溫度變化會偶爾產生一些凝露則應該采取一些特殊的措施。

③安裝的高度。安裝地點海拔也不能超過2 000 m，當需要用在更高海拔的時侯，需要考慮空氣的介電強度以及他的冷卻作用會有所下降的情況，需要進行特制。

④污染的等級。安裝地點環境的污染等級最高為3級。

⑤安裝的級別。安裝的類別應該為Ⅳ類。

⑥安裝的傾斜度。產品在柜內應該采用固定安裝的方式，最大的傾斜度約為±22.5°。

⑦飛弧的距離。在交流電為380 V時，飛弧的距離約為80 mm。而交流電為660 V時，飛弧的距離應該為100 mm。當電流保持在125 A及以下的情況下安裝時，可以不用考慮飛弧的距離。

2.4 雙電源切換電路開關步驟不當

據統計，所有的雙電源切換電路的故障中有大約54.32%是由操作步驟不當引起的，所以工作人員在使用和維護雙電源切換電路時，按照規范的程序進行操作是必要的。

①如果是因故停電，并且在較短的時間內不能恢復供電，則必須要啟用備用電源的情況。首先要切除市電供電的各個斷路器，其中包括配電室的控制柜內的各個斷路器，以及雙電源切換箱內的市供電的斷電器，然后，拉開其中的雙投防倒送開關，撥至自備電源的一側，以保持雙電源的切換箱內各個自備電的供電斷路器達到斷開狀態。啟動備用的電源，當待機組的運轉處于正常情況時，需要順序的閉合發電機的空氣開關和自備電源的控制柜內的各個斷路器。逐個閉合電源的切換箱內的各個備用電源的斷路器，向各個負載進行送電。備用電源在運行期間，需要值班人員不能離開發電機組，并能根據負荷變化進行及時的電壓和廠頻率的調整，如果發現了異常就要及時處理。

②當市電已經恢復了供電的時侯，應該及時的做好電源的轉換工作，先切斷備用的電源，再恢復市電的供電功能。首先，按順序逐個斷開每個自備電源的斷路器，其操作順序如下：雙電源的切換箱內的自備電源的斷路器自備電源的配電柜內的各個斷路器發電機的總開關把雙擲開關撥送到市電供電的一側。其次，按照柴油機規范的停機步驟進行停機。第三，按照從市電工作供電的總開關到各個分路的開關的順序，依次閉合各個斷路器，最后把雙電源的切換箱內的供電斷路器撥到閉合一端。最后，在檢修雙電源切換電路的故障時，必須注意基本的安全問題。這種倒送電方式是十分危險的，不要因為主電路斷電了，就以為線路安全了。

3 結 語

雙電源自動切換電路的功能強大，并且安裝使用比較方便。廣泛的應用與高層建筑、醫院、銀行等重要的場所。本文簡要的介紹了常用的雙電源切換電路結構，提出了一種多變壓器雙電源切換電路，并針對雙電源切換電路中常出現的故障，提出了一些具體的應對措施，對指導高層建筑雙電源切換電路設計和安裝具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1] 趙金石.高壓發電機并網問題的研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2009.

[2] 趙應春，陳輝.變電站直流電源系統綜合圖化管理研究[J].電工技術，2007，（11）.

[3] 潘靈芝，孫曉桔.高層建筑雙電源切換故障分析[J].建筑電氣，2008，（8）.

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【關鍵詞】雙電源；施工方法；相位差；殘余電壓；接地

引言

雙電源智能切換裝置在保證鐵路信號電源的可靠性方面有著重要的作用，隨著鐵路信號設備對供電可靠性的要求越來越高，阜淮線電氣化改造工程中信號電源采用三路電源供電，一路自閉電源、一路貫通電源、一路站變電源。自閉電源作為主用電源直接接入信號電源一號防雷箱，貫通電源和站變電源經設在信號箱變內的雙電源智能切換裝置切換后接入信號電源二號防雷箱。在建設過程中，淮南站和桂集站多次在自閉電源停電后切換至貫通電源時出現貫通和站變電源的空氣開關跳閘，危及行車安全。因此，如何解決雙電源切換裝置空氣開關跳閘問題，提高信號電源供電的可靠性就是工程驗收前亟待解決的問題。

1、信號電源的組成與故障分析

1.1信號電源的組成

本工程的信號電源是由設在車站信號樓附近的信號箱變及設在信號樓的信號防雷箱等設備組成的供電單元。自閉電源經電纜接入信號電源一號防雷箱，貫通電源與站變電源經雙電源切換裝置后由電纜接入信號電源二號防雷箱，信號電源構成示意圖如圖1所示。

1.2PSK-E 型雙電源智能切換裝置的構成圖

本工程采用的PSK-E型雙電源智能切換裝置是綜合應用先進的電力電子技術、微電子技術和信息技術實現兩路獨立電源智能化管理、快速轉換的新產品；是當前國際領先的“柔流輸電控制技術”在低壓配電線路用戶端的延伸應用。在設計時采用了電壓過零點捕捉切換和不間斷切換的切換控制策略，同時輔以觸發器電氣互鎖電路。在保證了電源切換過程安全的前提下，裝置的切換時間得到了大大的縮短。高速切換性能使得該雙電源智能切換裝置在切換技術上達到一個新的高度，該裝置由主電路單元，切換控制單元和顯示操作單元組成。

1.3智能雙電源電子快速切換系統的結構和原理

在電源正常工作時，微控制器控制晶閘管驅動電路開通一路電源，同時通過互鎖電路鎖定另一路電源，從而保證信號系統的單電源供電；當電源發生故障時，微控制器的12位ADC模塊將經過隔離采樣和交直流變換的模擬電壓/電流信號轉換為數字信號。微控制器通過處理這些數字信號，判斷出當前電源的故障情況，然后選擇合適方式進行電源切換；監控系統通過RS485總線取得電源狀態數據并將這些數據顯示出來。智能雙電源電子快速切換系統的結構和原理如圖2所示：

2、故障現象及原因

2.1故障現象

在上海鐵路局管內的阜淮線電力工程施工期間，淮南站和桂集站信號電源多次出現自閉電源停電后，貫通電源切換后貫通和站變電源同時跳閘現象，造成信號電源中斷，信號死鎖，危及行車安全。通過現場的測量，淮南站貫通和站變兩路電源電源停電后可控硅輸入端電壓大于75V，兩路電源相位差最大為170V，切除備用站變電源，重新投入貫通電源，供電正常。桂集站信號電源出現自閉停電后，貫通和站變電源也先后跳閘，從“運行數據記錄”菜單中調出的故障記錄顯示，跳閘時的最大電流為64A，超過電動開關的額定值50A，有過負荷現象。PSK-E三相切換裝置內部主接線圖如圖3所示：

2.2原因分析

針對兩站雙電源智能切換裝置的上述現象，原因大致有幾種情況：

（1）殘余電壓，雙電源智能切換裝置核心元件是絕緣柵雙極晶體管IGBT（Insulated Gate bipolar Transistor），其等效電路如圖4所示，這種結構使IGBT既有MOSFET可以獲得較大直流電流的優點，又具有雙極型晶體管較大電流處理能力、高阻塞電壓的優點。在實驗過程中，由于在晶閘管無觸點開關的關斷條件中，晶閘管無觸點開關必須承受負壓才能關斷。由于雙電源智能切換裝置采用電壓過零點檢測切換技術，其原理為：在檢測切換控制器檢測到需要切換電源時，程序首先封鎖可控硅的觸發脈沖并檢測輸入電壓的過零點，由于可控硅的續流性，可控硅此時并未關斷，必須在交流電壓在自然過零點時反向強迫關斷時會存在殘余電壓，導致兩路電源短路跳閘。

（2）相位差過大，如果檢測切換控制系統中的兩路晶閘管同時導通且兩路供電電源有相位差和電壓差，由此而造成的電源短路，會給供電安全帶來災難性后果。在一般情況下，兩路供電電源的電壓幅值和相位總是有差異的，即兩路電源之間總存在電壓差，這個電壓差會引起電源的相間短路，所以兩路電源不能同時供電。但是當兩路電源的相位和幅值相差足夠小時，裝置足以承受電源并供所引起的瞬時短路電流，兩路電源形成互為負載的供電狀態，并且由于該過程的時間在半個周波以內，其并不能對電網造成有效的沖擊。現場的貫通電源和站變電源來自不同發電廠，施工人員僅用相序表測量了兩路電源相序正確就接線了，現場實測相位差為最大170V，雙電源智能切換裝置采用的是電壓切換過程中切換延遲時間和高速并聯切換，檢測切換系統中復合無觸點開關的開通條件中，兩路電源相位差或電壓差較大的時候，在一路無觸點開關的開通時時刻，另一路無觸點開關必須處于關斷狀態。所以，切換系統在切換過程中，在正常情況下從給出一路開關的關斷信號到給出另一路電源的開通信號之間必須有一個延遲時間，以保證兩路電源之間不會發生短路。試驗證明，并聯切換時相位差越小，切換時出現短路的可能性越低，所以在接線時應在核對相序后，測量相位差，選相位差較小的接入。

（3）接地不規范，電子元件可能因接地不正確而受到干擾，電子設備運行中可能受到電源傳輸耦合、傳輸線干擾、地電流干擾帶來的電磁干擾的影響，接地阻抗越小，干擾對信號的影響也就越小。工地現場車站的接地和接零是很混亂的，施工時如未按要求對零線重復接地，就可能影響切換裝置檢測及通信功能的正常運行。如某路電源出現接地故障，會抬高地電位，造成殘留電壓升高，既影響可控硅的使用壽命，又降低雙電源切換裝置高速切換的可靠性。

（4）過負荷，由于桂集站在本次工程改造后即封閉，信號負荷大約為原負荷的60%，設計給出的開關額定值為50A。由于信號改造工程滯后電力工程，施工過渡期間在貫通電源上增加了取暖設備，自閉電源停電后造成貫通電源過載，引起跳閘。

3、解決方案討論

（1）提高接地的可靠性，雙電源智能切換裝置輸出端的零線是直接并聯的，施工時技術人員應向作業人員進行技術交底并明確接地要求，認真檢查雙電源智能切換裝置的接地連接質量，確保零線和PE線分開，站變零線接入箱變后需在箱變內做重復接地，確保兩路零線無電位差，防止接地問題對雙電源智能切換裝置造成系統影響。

（2）適當延長兩路電源的切換時間，延時切換和零電流檢測切換均可以實現單工頻周期內的電源切換。由于電源切換發生時間的不確定性，為了保證電源切換的安全可靠，延遲時間往往取得較大，這就帶來了切換間斷時間長和不能精確控制的弊端。零電流檢測切換由于電流檢測的不精確性導致了電源切換時機判斷經常會出現較大誤差，為了彌補這個缺陷，實現高速切換，該裝置采用了電壓過零點捕捉切換技術。可控硅的負壓關斷特性使得其在承受負壓時能夠可靠的關斷。在使用了高精度的電壓檢測技術后，電壓過零點捕捉切換可以實現高精度的高速切換，根據鐵標TB/T3027-2002第11.2項“供電及電源設備”技術條件的規定：二路電源切換時間小于0.15S，針對這臺雙電源切換裝置，我們把切換時間設置為0.1S，消除殘余電壓及可控硅自身質量缺陷對切換裝置的影響。

（3）選擇較低電位差，信號設備多事感性負載，相位差過大，會導致電壓的疊加，對信號設備有影響，同時由于相位差過大，也造成可控硅承受較大反向電壓，影響可控硅的使用壽命。施工時技術人員在技術交底時應明確要求作業人員測量兩路電源的相位差，不能僅核對相序，要先找出相位差最低的相，按相位差最低原則配對相序。

4、結束語

在近兩年的試運行中有兩點問題值得重視，一是對電源供電質量標準提高了，電網擾動和電源零線、接地線安裝不良都會引起在用電源切換；二是切換電流過零控制不準確將導致晶閘管軟損傷、漏電壓升高、壽命縮短。在雙電源切換裝置安裝施工時，由技術人員認真熟悉雙電源智能切換裝置的工作原理及技術要求，根據現場情況認真準備技術交底資料并切實履行交底工作。只有認真做好檢測、調試和試驗工作，才能提高雙電源智能切換裝置的安裝質量，從而保證雙電源智能切換裝置的運行可靠性。采取可靠接地方式、選擇最小電位差及適當延長故障電源切換時間等施工方法，有效地解決了阜淮線上雙電源裝置引起的貫通和站變兩路電源的跳閘問題。

參考文獻

[1]《鐵路電力牽引供電工程施工質量驗收標準》TB10421-2003 Just91-2004

[2]《供配電系統設計規范》GB50052-95.機械工業出版社，（1995），2-3

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關鍵詞：雙電源自動轉換開關；ATSE； CB級；PC級；連鎖選擇應用

中圖分類號：TM564文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）05-0011-02

隨著經濟的飛速發展和人民生活水平不斷提高，人們對電力可靠性的要求越來越高。電力可靠性是供電系統持續供電的能力，我局現在35KV變電站全部實現了雙電源，城區線路實現了“手拉手”，一些重要客戶也采用了雙電源，因此在電力系統中，雙電源自動轉換開關被廣泛應用。

一、雙電源自動轉換開關（ATSE）的發展過程

ATSE即雙電源自動轉換開關電器，由一個（或幾個）轉換開關電器和其他必需的電器（轉換控制器）組成，用于監測電源電路、并將一個或幾個負載電路從一個電源轉換至另一個電源的開關電器。ATSE作為消防負荷或其他重要負荷的末端互投裝置，讓負載在正常電源、應急電源間進行選擇，并自動轉換連接供電電源，在工程中得到了廣泛應用。正確合理的選擇ATSE在重要負荷的配電系統中是一個關鍵問題。

ATSE在我國經歷了四個發展階段，即接觸器式、斷路器式、負荷開關式和雙投式。接觸器式轉換開關為第一代，是我國最早生產的雙電源轉換開關，它是由兩臺交流接觸器及其機械和電氣連鎖裝置組成，這種裝置因機械連鎖不可靠、耗電量大等缺點，在工程中越來越少地被采用。斷路器式轉換開關為第二代，也就是我國國家標準和IEC標準中所謂的CB級ATSE，它是由兩臺斷路器及其機械和電氣連鎖裝置組成，具有短路和過電流保護功能，但是機械連鎖不可靠。負荷開關式轉換開關為第三代，它是由兩臺負荷開關和一套內置的連鎖機構組合而成，機械連鎖可靠，轉換由電磁線圈產生吸引力來驅動開關，速度快。雙投式轉換開關為第四代，它是由電磁力驅動、內置的機械連接保持狀態，單刀雙投一體化的轉換開關，具有結構簡單、體積小、自身連鎖、轉換速度快、安全可靠等優點，是PC級ATSE。

二、雙電源自動轉換開關（ATSE）的發展趨勢

ATSE一般由兩部分組成：開關電器本體；控制器。

ATSE的發展趨勢主要包括兩個方面：其一是開關主體，具備很高的抗沖擊電流能力，并且可頻繁轉換；具有可靠的機械連鎖，確保在任何狀態下兩路電源不能并列運行；不允許帶熔絲或脫扣裝置，以防雙電源轉換開關因過載而造成輸出端斷電現象；四級開關具備N級先合后分的功能，以防ATSE在切換時，不同系統中的N線上電位漂移，使電流走向不一致或分流，造成剩余電流保護裝置誤動作。其二是控制器，采用微處理器和集成芯片智能化產品，檢測模塊具有較高的檢測精度，邏輯判斷模塊有較寬的參數設定范圍（電壓、頻率、延遲時間的屏蔽）以及必要的狀態顯示設備，來滿足不同負載的要求；具備良好的電磁兼容性，能承受主回路的電壓波動、波浪電壓、諧波干擾、電磁干擾等影響；轉換時間快，且延時可調；可為用戶提供各種信號及消防聯動接口、通信接口。

從ATSE的發展過程及發展趨勢看出，PC級ATSE在工程中的實際應用將成為ATSE的主流。

三、CB級與PC級ATSE的區別

1．二者機械設計理念不同。設備轉換開關是為雙電源轉換，而并不是用作線路分段和線路保護，ATSE不應帶短路和過電流保護功能。CB級ATSE由兩斷路器組成，而斷路器是以分斷電弧為己任，要求他的機械應快速脫扣，因而斷路器的機構存在滑扣、再扣問題；而PC級ATSE不存在該方面問題，PC級產品的可靠性遠高于CB級產品。

2．分斷短路電流能力不同。CB級ATSE斷路器不承載短路耐受電流，觸頭壓力小，一旦發生短路或過電流的情況，當觸頭被斥開產生限流作用，脫扣器脫扣，從而分斷短路電流，造成電源側雖然有電，而負載斷電的情況，不能滿足一、二級負荷對供電的要求；而PC級ATSE能承受20Ie及以上的過載電流，觸頭壓力大不易被斥開，因而觸頭不易被熔焊，能確保重要負荷的可靠供電。

3．安全性不同。兩路電源在轉換過程中存在電源疊加問題，PC級ATSE充分考慮了這一因素，PC級ATSE的電氣間隙、爬電距離是標準要求的180%、150%，因而PC級ATSE的安全性更好。

4．觸頭材料的選擇角度不同。斷路器觸頭一般選擇銀鎢、銀碳化鎢等材料，但該類材料易氧化，備用觸頭長期暴露在外，其表面易形成阻礙導電、難驅除的氧化物，當備用觸頭一旦投入使用，觸頭溫升增高造成開關燒毀甚至爆炸；而PC級ATSE充分考慮了觸頭材料氧化帶來的后果。

通過以上對比和分析，不難發現，PC級ATSE是理想的雙電源自動轉換開關電器，在配電系統中將廣泛應用。

參考文獻

[1]低壓開關設備和控制設備（第6部分）．

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關鍵詞：電力雙回線路；繼電保護原理；特點

中圖分類號：TM762.2+6文獻標識碼：A

1 雙回線路繼電保護的特點

1.1 線間互感及跨線故障對繼電保護的影響

除了在同一回線相間存在互感外，同桿雙回線線間也存在互感的影響。故障情況下，雙回線上的電壓和電流不僅取決于本線路運行情況，而且還受另一回線電氣量感應影響，其中以零序互感的影響最為突出。若不采取應對措施，可能導致接地距離保護和零序方向保護等發生拒動或誤動。此外，在發生跨線故障時，電氣量的變化特征與單回線故障時的情況也存在明顯差異，給基于單側電量的保護原理，如距離保護和功率方向保護等帶來了許多新的問題。

1.2 不同運行方式下保護靈敏度的差異

同桿雙回線有雙回線同時運行、單回線運行、雙線組合全相運行（準三相運行）、雙回線（或單回線）非全相運行等多種運行方式。由于線間互感的存在，在不同的運行方式下發生故障時，線路的故障電壓和故障電流存在很大的差異，進而導致在不同運行方式下的保護靈敏度并不相同。因此，需考慮保護配置方案和定值在不同運行方式下的適應性和靈敏度問題。

1.3 跨線故障選相

對于同桿雙回線的異名跨線故障，保護裝置存在誤切雙回線的可能，對系統穩定運行產生影響。例如，發生IA IIBG 故障時，應該由I回線兩側跳A相、II回線兩側跳B 相，但保護裝置很容易誤判為雙回線都發生AB相間短路故障而同時跳開兩回線，給系統穩定帶來不必要的影響。因此需要研究有效的跨線故障選相方案，在系統發生上述類似故障時能夠選跳線路，以維持兩側系統的聯系。

1.4 自動重合閘

同桿并架線路發生跨線永久性故障時，應盡量避免兩回線重合閘配合不當，導致重合于永久性相間故障，對系統造成嚴重的二次沖擊。例如，發生IA IIBG永久性故障時，當I回線兩側跳A相、II回線兩側跳B相后，若兩回線同時重合，相當于再次重合于ABG相間短路，將產生很大的短路電流，并導致兩條線路同時切除，從而嚴重危及電網的穩定運行。此外，當兩側系統主要依靠雙回線聯系時，也需考慮如何協調兩回線的重合閘方式，盡量保證跨線故障切除后，兩側系統仍能保持良好的互聯運行，以提高電網的安全穩定運行水平。

1.5 更高的可靠性要求

相對單回線路而言，雙回線傳輸功率更大，兩側系統聯系更強，其安全穩定運行對系統穩定更為重要，這就對同桿雙回線路的保護提出了更高的可靠性要求。需要保護裝置能夠更加快速、準確而又有選擇性地切除故障線路。

2 同桿雙回線路繼電保護原理及應用

2.1 分相（分線）電流縱差保護

分相電流差動保護是指按相比較線路兩側電流的幅值及相位。如果兩側的電流差或者相位超過動作值時，線路兩側同時按相切除故障相。同桿雙回線路每相都有兩回出線，因此傳統的分相電流差動保護在雙回線中實為分線差動的形式。分相電流差動有良好的故障選相能力，保護效果不受系統振蕩及負荷影響、對全相和非全相運行中的故障均能正確選相并跳閘。所以它是目前同桿雙回線最理想和應用最為廣泛的保護之一。在光纖通信條件滿足的情況下，應考慮優先裝設。分相電流差動保護應用于超高壓長線路時，受線路分布電容的影響較大。

2.2 縱聯距離（方向）保護

對于同桿并架雙回線，當通道條件不具備，或為了滿足主保護動作原理的雙重化配置要求，常采用縱聯距離（方向）保護作為線路主保護。同時，距離保護也廣泛用于同桿并架線路的后備保護。線間互感的存在，使得雙回線路中縱聯距離和縱聯方向保護的配置方案和整定相比傳統單回線路復雜很多，鄰線零序電流通過互感會對接地距離保護產生影響，使保護范圍縮短或超越 ，因此在實際運行中常考慮縮短單側距離保護的動作范圍。為了減小零序互感的影響，提出了一種利用鄰線零序電流進行補償的距離保護方案。但采用相鄰線路零序電流補償時，仍存在故障相對健全相的影響如何、應該怎樣補償及健全相會不會誤動等問題；同時還要考慮在故障相近側跳閘后，健全相會不會因零序電流的影響而發生相繼誤動等問題。

2.3 橫聯差動保護

橫聯差動保護的基本原理是在同一側比較雙回線的電流，不需要增加額外的保護通信通道。根據電流的方向是否引入動作判據的差異，橫差保護可分為橫聯方向差動保護和電流平衡保護兩種形式。電流平衡保護只比較兩回線電流的大小，適合安裝于單側電源供電的平行雙回線的電源側，而不能用于單電源雙回線路的負荷端，在雙電源系統中的弱電源端其保護的靈敏度往往是不夠的。此外，當發生含同名故障相的跨線故障時，由于兩相電流相等而會導致保護拒動。按保護功能的不同，橫聯差動還可以分為相間和零序（接地）差動兩種形式。相間橫差保護分別取不同相別的兩回線的差流作為動作判據；零序差動保護則由兩回線的零序電流作比較，將雙回線兩個零序電流的和或者差作為動作量的判據的都有應用。另外，零序橫差保護定值應躲開相鄰線路故障時流過雙回線的零序差電流，如果雙回線間互感較大而在定值整定中考慮不充分時，會導致橫差保護誤動。

3 同桿雙回線路繼電保護配置

目前我國已有一系列同桿雙回線路投入運行，現結合相關文獻對現有同桿雙回線路保護的配置情況作分析探討。

3.1 500kV電壓等級的雙回線路保護配置

洪龍線路是我國第一條全線同桿并架的500kV電壓等級線路，全長180km。受當時技術條件的限制，最初保護裝置配置和通道的組織并未考慮同桿雙回線路跨線故障的選相問題，主保護配置采用微機高頻方向保護和高頻距離保護構成的雙重化配置形式。在該保護配置下，當發生異名跨線故障情況時，會導致雙回線同時三相跳閘，對電力輸送效率和系統穩定帶來影響。

3.2 330kV電壓等級同桿雙回線路保護配置實例

330kV南郊雙回線路全長240km，屬于局部同桿并架線路，同桿架設部分占整體線路的65%，于上世紀90年代初期投入運行。按當時的技術條件，雙回線采用快速方向和快速高頻閉鎖距離保護構成主保護的雙重化。在該保護配置下，系統發生的各類故障，保護基本都能正確動作。但保護在實際運行中存在一些缺陷，首先，雙回線合環時如果運行線路的功率較大，合環點電壓相角差過大，合環后會導致快速方向保護誤動；其次，當安康側機組全停為弱電源側時，快速方向保護的阻抗元件靈敏度不滿足要求，會造成保護拒動和選相失敗，建議，當條件允許時，同桿雙回線路可考慮選用縱差保護方案。

4 幾點結論

結合本文對同桿雙回線保護原理及工程應用的調研分析，可總結以下特點以及需要進一步開展的研究工作，供同行討論與參考：

（1）分相（分線）電流差動具有良好的保護性能和故障選相能力，實際運行情況也一再表明，在通道條件允許的情況下，應該優先選用。

（2）出于保護雙重化和后備保護的要求，目前尚需繼續對受線間互感影響而復雜化的距離保護、零序保護等保護方案等開展更深入的量化研究，包括這些保護方案的合理配合。

（3）同桿雙回線路保護的不正確動作情況主要是由于對線間互感情況下保護的整定計算缺乏更加量化的計算研究、保護裝置本身以及所配置方案對雙回線路復雜的系統結構和運行方式考慮不充分所致。

參考文獻

[1]舒印彪，趙丞華.研究實施中的500kV同塔雙回緊湊型輸電線路[J].

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雙向電磁閥工作原理：

1、常閉：雙向電磁閥平時處于關閉狀態；當線圈通電之后，電磁閥打開，斷電后，電磁閥關閉。電磁閥處于開啟狀態的時候，進口壓力大于出口壓力，介質由進口端流向出口端；當出口壓力大于進口壓力，介質由出口端流向進口端。并且不管介質壓力是進口端大于出口端，還是出口端大于進口端，電磁閥在斷電之后，都能截止介質。

2、雙向電磁閥特點：該閥采用不銹鋼活塞密封，完全杜絕泄露產生；在使用壓力范圍內，該閥不分進口和出口，即進口當出口，出口當進口都可以正常使用；線圈采用專制大功率線圈，保證雙向電磁閥的迅速打開和關閉；內部采用特殊加工304不銹鋼彈簧，使介質從出口流向進口的時候，也能完全關閉；該閥采用直動式結構，滿足使用壓力很低的工況。

（來源：文章屋網 ）

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關鍵詞：氧敏； 半導化； 氧空位； SrTiO3功能材料

中圖分類號：TN304-34 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)20-0150-03

Preparation of Voltage Sensitive Capacity Element with Double Functions

HAO Yun-fang1, Cao Quan-xi2

(1. School of Electronic Information Engineering, Peihua University, Xi’an 710065, China；

2. School of Technical Physics, Xidian University, Xi’an 710071, China)

Abstract： The roles and effects of oxygen vacancy in perovskite oxide functional materials were researched. The SrTiO3 specimens with different additive were prepared. The n-type semiconductive component with double functions, capacitor and varistor were sintered in reducing atmosphere, and the p-type oxygen sensors were prepared in normal atmosphere. The electronic performance parameters, as breakdown voltage V1mA, were measured for varistor. It was measured for p-type oxygen sensors, dependence of resistance on temperature, and the desorbed oxygen on the specimens by means of TPD. Some research results are shown as follows. The oxygen vacancy is important condition for additions diffusion in perovskite crystal, so the oxygen vacancy must be controlled in order to prepare perovskite semiconduction oxide functional ceramic components. It is n-type semiconductor if oxygen vacancies are the result from reducing at atmosphere sinter. It is clear also that the partial substitution of acceptor addition brings about a p-type semiconductor and an increase in oxygen vacancies, resulting in an increase in oxygen exchange simultaneously between specimen and ambient. Therefore, it is possible to obtain SrTiO3 component exhibiting high oxygen sensitivity.

Keywords： oxygen sensitivity; semiconducting; oxygen vacancy; SrTiO3 functional material

0 引 言

由于鈣鈦礦（ABO3）型陶瓷在超導、鐵磁、鐵電、磁阻、介電、敏感等領域具有獨特的性能，使其成為人們關注的重點電子功能材料之一［1］。鈦酸鍶（SrTiO3）屬于鈣鈦礦型結構。P型SrTiO3陶瓷具有對氧氣敏感的特性。N型SrTiO3陶瓷具有壓敏、電容的雙功能特性，所制備的環形元件可用于直流微型電機的消噪和過電壓保護，所制備的片狀元件可用于電源系統消除尖峰脈沖，提高系統的電磁兼容性。在鈣鈦礦材料的半導化過程中，氧空位起著重要的作用，因此有必要對氧空位的形成和影響進行深入的研究。

1 實驗

以SrCO3，TiO2和Mg(OH)2•4MgCO3•6H2O為原料高溫合成Sr(MgxTi1-x)O3,其中x代表摩爾比，所合成的不同配方的原料與有機載體均勻混合，分別涂敷到帶有鉑電極和引線的Al2O3陶瓷基片上，烘干后在1 200 ℃，空氣中燒結3小時制成P型半導化的厚膜式氧敏元件。所制備的樣品在不同溫度下測試了阻-溫特性和氧敏特性，考察了它的半導化特性。

用程序溫度脫附法［2-3］（Temperature Programmed Desorption,TPD）測試氧脫附特性。樣品置于樣品管中，程序升溫氧化到850 ℃，恒溫1 h，在氧化氣氛中降溫至室溫，然后在高純氮（純度為99.99%）中進行TPD至850 ℃，脫附量由與比表面積測量儀中類似的熱導池檢測。

以SrCO3，TiO2，Nb2O5，La2O3，Bi2O3，Co3O4和MnCO3等為原料，經球磨，造粒，壓片后制成直徑D＝7 mm的生片，在75 mol％的H2，25 mol%的N2的強還原條件下1 400 ℃燒結4 h，再經涂燒電極制成N型半導化的壓敏、電容雙功能元件。測試了壓敏電壓U1mA，非線性系數α，電容量C，損耗角正切tg δ等參數，也考察了它的半導化特性。

2 結果和討論

2.1 氧空位是雜質擴散、實現半導體化的重要條件

如圖1所示，完整的ABO3型晶體的結構特點是以BO3氧八面體形成共頂點的骨架，原子排列均勻致密，雜質的固熔限一般都很低。例如，在純凈的SrTiO3中TiO2的固熔限小于0.5 mol%,SrO的固熔限小于0.2 mol%，Nb2O5的固熔限小于0.4 mol%。完整的SrTiO3晶體的禁帶寬度約為Eg=3.3 eV［4-5］,即可以認為在常溫下SrTiO3是絕緣體。為了實現SrTiO3半導化，最常用的方法是進行摻雜。由于鈣鈦礦的結構特點，不易形成填隙缺陷。不論是N型摻雜還是P型摻雜，均是雜質替位，其前提條件是雜質原子要實現在基體材料中的擴散。完整SrTiO3晶體的雜質固熔限低，雜質的擴散系數也很小。實驗證明，完整的SrTiO3晶體是很難實現半導化的。與金屬原子空位相比，形成氧空位的形成能較低，在工藝上也較易實現，因此氧空位成為在SrTiO3晶體中雜質擴散、實現半導化的重要條件。

圖1 ABO3晶體結構

在鈣鈦礦結構的材料中氧原子擴散的主要形式為“空位機制”，即氧原子的擴散是以氧空位的移動來實現。若一個氧原子要實現一次擴散運動的必要條件一是其周圍有氧空位，二是具有一定的能量。空位機制的擴散系數可表示為：

ИD=D0e－(U+E)/kT＝D0e－ΔE/kT＝D0e－ΔQ/RTИ

式中：D0表示空位擴散的頻率系數；U表示空位形成能；E表示空位遷移一次所需越過的勢壘高度；ΔE表示空位擴散激活能；RП硎酒體普適常數。

由于具體實驗中測試工作的復雜性，目前所報道的在SrTiO3單晶中氧擴散激活能在89～145 kJ/mol之間［6-9］，且氧的擴散速率遠大于鍶和鈦的擴散速率。在多晶樣品中，由于在晶界區結構發生畸變，存在大量的缺陷，使晶界成為擴散的“快通道”，所以同種材料的多晶樣品比單晶樣品的擴散速率大得多。

但當氧空位較多時，BO6氧八面體可能變形，導致晶體結構從立方晶系向四方晶系或正交晶系轉變。當不同氧空位有序相發生轉變和BO6氧八面體的不同連接相發生轉換時，鈣鈦礦氧化物中的氧含量也發生相應的變化。例如，共頂點連接變成共邊或共面連接時，可能引起氧八面體的破裂。為了維護ABO3-Y型晶體的基本結構框架，氧空位的最大含量\Ymax=1。

2.2 產生氧空位的方法和途徑

2.2.1 還原氣氛燒結

在制備SrTiO3氧敏-電容雙功能陶瓷的研究過程中，為了提高晶粒的半導化程度，降低壓敏電壓U1mA,必須提高材料中的氧空位濃度。為此，把材料在液氨（NH3•H2O）分解的強還原氣氛下高溫（1 400 ℃）燒結4 h，其準化學反應式為：

ИO×O12O(g)O+V••O+2e′（1）И

由式（1）可知，氧空位不但為其他高價雜質Nb5+，La3+的擴散創造了必要的通路，而且氧空位為導帶提供了導電電子，本身就是N型半導化的措施。實驗結果表明，若不采取強還原氣氛燒結，幾乎不可能制備N型高半導化的陶瓷（例如，壓敏電壓U1mA≤10 V的壓敏元件）。

2.2.2 受主摻雜

在ABO3型結構中，如在SrTiO3中以B位替位為例，當SrTi=1時，施主B替位和受主B替位分別為：

И4SrO+2Nb2O54Sr×Sr+4Nb•Ti+12O×O+O2+4e′(2)

SrO+MgSr×Sr+Mg″Ti+2O×O+V••O(3)И

當Sr/Ti>1時，施主B替位和受主B替位分別為：

И5SrO+2Nb2O55Sr×Sr+4Nb•Ti+V4－Ti+15O×O(4)

2SrO+MgO2Sr×Sr+Mg″Ti+V4－Ti+3V••O+3O×O(5)И

當Sr/Ti

ИSrO+Nb2O5Sr×Sr+2Nb•Ti+V••Sr+6O×O (6)

SrO+2MgOSr×Sr+2Mg″Ti+V••Sr+3V••O+3O×O(7)И

比較式(2)~(6)可知，在ABO3型結構中，不論原子計量比A/B是否等于1，受主雜質均可產生氧空位。一般認為只有在低溫（例如低于550 ℃）［10］時氧空位以單價電離V•O為主，在高溫下以二價電離V••O為主。氧空位的出現使氧八面體畸變，這樣反過來又進一步增加了受主雜質的固熔限，這樣在鈣鈦礦結構的材料中，若未采用強還原燒結，受主雜質的固熔限遠遠高于施主雜質。當材料中產生了大量的氧空位時，在高溫下環境中的氧原子又會向晶體內擴散，如下式所示：

И12O(g)O+V••OO×O+2h•（8）И

在價帶中產生空穴，這就是高半導化的P型鈣鈦礦型材料并不需要在強氧化條件下燒結（正常大氣下燒結即可），而高半導化的N型鈣鈦礦型材料必須在強還原條件下燒結的物理原因。

另外，比較式（2）和（4）可知，當Sr/Ti≠1時，均產生金屬空位，此時施主摻雜產生的電子被金屬空位所吸收，即產生原子補償。所以當Sr/Ti=1時，施主摻雜的效率才比較高。

2.2.3 Schottky缺陷形成氧空位

由于在鈣鈦礦結構的材料中形成填隙缺陷的幾率很低，所以點缺陷以Schottky缺陷為主，Schottky缺陷由于熱運動體內原子遷移到表面，體內留下空位。若體內的氧原子和鍶原子均遷移的表面，形成表面SrO，其準化學反應式可寫成：

ИO×O+Sr×SrV″Sr+V••O+SrO(9)И

體內同時生成鍶離子空位和氧離子空位。

2.3 受主摻雜產生的氧空位促進環境氧與晶格氧的交換，提高了鈣鈦礦型氧敏元件的靈敏度

TPD測試結果如圖2所示。在400～800℃之間，氧脫附量隨受主雜質Mg2+濃度的上升而上升。這可認為，式（3），（5），（7）的反應產生的大量氧空位促進了式（8）反應的進行，即促進了環境氧與晶格氧的交換。這種交換使材料價帶的空穴密度上升，當然對材料的電導率產生影響，進而使氧敏元件的靈敏度上升。

該結果同時也說明，SrTiO3鈣鈦礦型氧敏元件的靈敏度，不僅取決于材料表面化學吸附氧的多少，而且與環境和材料體內氧交換的多少有關。為了提高氧靈敏度，不但要降低化學吸附氧的激活能，而且要增大體內氧空位濃度，提高氧在材料中的擴散系數。

3 結 語

氧空位是在SrTiO3晶體中雜質擴散、實現半導化的重要條件，因此控制氧空位的濃度成為制備半導體型功能陶瓷元件的重要因素；還原氣氛燒結產生的氧空位是材料實現N型半導化的重要手段； 受主摻雜產生的氧空位促進了環境氧與晶格氧的交換，是材料實現P型半導化的重要手段,也提高了鈣鈦礦型氧敏元件的靈敏度。

圖2 不同濃度Mg 摻雜的TPD譜

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篇10

關鍵詞：雙饋風力發電機；運行模式；控制技術

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1001-828X（2013）06-0-01

據調查，世界各國在風力發電中每年投入的資金總額已接近一千億美元。全球范圍內，已開始進行研究和采用風力發電技術的國家約有一百個。由此可見，在化石燃料日漸減少的現狀下，風力發電技術極有可能與其它可再生能源（比如太陽能、水力等）發電技術一同取代火力發電。

在風力發電技術研究中，最基本的一個環節就是風力發電機的研究與應用。到目前為止，常見的風力發電機有定槳定速型、變漿變速型等多種類型，而在后一種類型中，大部分都采用了雙饋式設計。下面，筆者將以此類風力發電機為例，簡明扼要地介紹其組成結構、優點、運行原理以及相關控制技術。

一、雙饋風力發電機的結構與特點

顧名思義，“雙饋”指的就是電機的定子與轉子均可完成電力供應過程。一般來說，雙饋式發電機的主要部件有定、轉子及其接線盒，傳動機構、滑環系統與冷卻設備等。其中，轉子結構主要存在成型繞組、矩形半線圈、散嵌繞組等形式；滑環系統主要包括碳刷、刷架、滑環、滑環風扇、滑環座、滑環維護罩等部分，而滑環又分為熱套式和環氧澆注式兩種類型；冷卻設備主要分為風冷式、水冷式等多種形式。

從性質上區分，雙饋式發電機應當歸入異步式發電機的范疇，但這類發電機又擁有與同步式發電機相似的激磁繞組來調控勵磁過程及功率因數。因此，這種發電機兼有同步和異步式發電機的優點。

這類發電機體積小、成本低、無功功率的調節方式簡便易行、抗電磁干擾能力較強。同時，發電機的勵磁過程與所連接的供電網絡關系不大，可以直接由轉子所處電路完成。因此，發電機輸出能量的穩定性較強，在其工作過程一般不會使電網產生大幅波動。系統可以通過控制發電機勵磁過程來快速、精確地調節發電機運轉狀態參數以及功率因數。另外，雙饋式發電機還對風力變化有著出色的適應能力和維持輸出電能穩定的能力。

二、雙饋風力發電機的運行原理

雙饋發電機的定子與供電網絡相連，而轉子則先與雙脈沖寬度調制變流器相連，然后再接入相應的供電網絡中。所以，與發電機的定子端相關的電力參數不會變化，與轉子端相關的電力參數可以通過雙脈沖寬度調制變流器進行調節。另外，在整個工作過程中，發電機的轉子部分通過交流電完成勵磁過程，這保證了發電機具有足夠的穩定性和較強的適應能力，同時對于降低發電成本來說也具有重要意義。

根據定子磁場轉動速率與轉子磁場轉動速率的關系，這類發電機的運轉模式一般分為以下幾種：

（1）超同步模式。在定子磁場轉動速率低于轉子磁場轉動速率的情況下，轉軸的輸出功率高于定子磁場運動所產生的功率。而轉子所在電路不但不需要供電網絡提供直流勵磁電流，還能夠借助雙脈沖寬度調制變流器為供電網絡供給電能。因此，在這種工作模式下，發電機能夠同時利用定子所在電路與轉子所在電路向供電網絡輸送電能。這種模式即為發電機的正常工作模式。

（2）同步模式。在定子磁場轉動速率與轉子磁場轉動速率相等的情況下，轉軸的輸出功率也與定子磁場運動所產生的功率不相上下。此時，發電機只能利用定子所在電路向供電網絡提供電能，而轉子所在電路不能參與其中，只能接受供電網絡所提供的直流勵磁電流。這種狀態下，三者轉動速率相同，因此，發電機以同步模式進行工作。

（3）亞同步模式。當定子磁場轉動速率高于轉子磁場轉動速率時，轉軸的輸出功率低于定子磁場運動所產生的功率。因此，在這種工作模式下，供電網絡需要借助雙脈沖寬度調制變流器為轉子所在電路供給電能，而電能輸送任務由定子所在電路一方承擔。這種工作模式又叫做補償發電模式。

實際應用中，雙饋式發電機的工作模式與環境因素有關：在風力較小的情況下，發電機以亞同步模式工作；而在風力足夠時，發電機就會以正常狀態（超同步模式）進行工作。

三、雙饋風力發電機的控制技術

槳葉在風力作用下轉動時，它所產生的動能會帶動發電機轉子運轉。根據定子磁場轉動速率、轉子轉動速率、以及轉子磁場轉動速率之間的關系調節轉子轉動速率和電流頻率，就可以完成對雙饋式發電機的基本控制。

常用的風力發電機的控制技術主要有以下幾類：

（1）矢量控制技術。這種控制技術的核心內容是：根據發電機的定子端輸入電流的頻率、相位、幅值等參數構建起相應的電流矢量，通過適當的控制算法將直流量轉變成交流量，進而控制發電機機械部分的工作狀態及功率因數，進而提高能量轉化效率，為供電網絡提供穩定、可靠的電能輸入。一般而言，這種控制技術適合于風力不大的地區。

（2）模糊控制技術。這種技術屬于智能化控制的范疇，一般是利用軟件來模擬人類思維方式，依靠相關經驗或處理辦法來根據風力、風向的變化作出控制反應。這種情況下所得到的控制數據往往只是能夠維持系統順利運轉的、接近系統最優值的一個合理值。所以，這種控制技術的應用狀況對開發人員經驗和預設的控制規則有明顯的依賴性。這種技術一般適合于風力較大的區域。

（3）直接轉矩控制技術。這種技術的關鍵在于直接通過調控輸入轉矩，結合相關分析理論來控制發電機的運轉狀態。利用這種技術，可以在不進行復雜矢量建模和運算的前提下，直接出計算轉矩參數，進而控制輸出電能的參數及穩定性。

當然，雙饋式風力發電機的控制技術還有很多種，例如滑模變結構控制技術、H∞魯棒控制技術等，由于文章篇幅有限，此處不再過多介紹。

雙饋式風力發電機融合了同步式與異步式兩類發電機的優點，能夠為供電網絡提供穩定、可靠、高效的電能供應，擁有極為廣闊的發展前景。隨著制造工藝和相關控制技術的發展與優化，這類發電機必將在風力發電領域發揮更重要的作用。

參考文獻：

[1]胡文，肖強暉.雙饋風力發電機空載并網控制策略研究[J].湖南工業大學學報，2012，26（6）：25-29.