專利名稱：一種超級電容器直流電源裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種改進的直流電源裝置，屬電源技術領域。
背景技術：
目前在電力系統廣泛應用的110KV、35KV變電站和10KV配電站(室)中，絕大多數高壓開關(斷路器)的操作機構是CDX型電磁操動機構，這些操動機構都由變電站或配電站(室)專門配置的直流電源作為分、合閘操作、控制、保護的供電裝置。這些直流電源設備主要有兩種，一種是儲能電容組成的直流電源，另一種是由蓄電池組成的直流電源。對于電容儲能式電源裝置來說，它具有結構簡單、成本低、維護量小的優點，因此在電力系統的末端站得到了廣泛的應用。但是在使用中也發現，由于所用電解電容器組容量小，只有幾千微法，漏電流較大，無法保證在任何情況下都能提供事故分閘所需要的能量，因此分閘可靠性差是這種裝置的嚴重缺點。目前解決的方法是更換成小容量的蓄電池組，但是小容量蓄電池組價格昂貴、需要經常維護保養、使用壽命短，特別是μF級電容器和小容量蓄電池組不能承擔合閘任務，長時間處于備用狀態，一旦供電線路出現故障需要迅速分閘時，就可能提供不了足夠的能量，造成更大事故，這種現象在有些變、配電站，特別是大行業的用戶站，一直沒有找到較好的解決辦法。而蓄電池直流電源具有儲電能量大、可在停電后長時間供電的優點，主要應用于重要的變、配電站，如110KV以上級別的變電站，等等。然而對于末端站及用戶站，實際上并不需要停電后長時間的直流供電，使用蓄電池組成的直流電源雖然解決了事故分合閘的可靠性，但是卻存在蓄電池價格昂貴、需要經常維護保養、使用壽命有限等缺點，而且故障率也會隨著電池的多節串聯而增加。因此末端站及用戶站使用蓄電池也不是一個好的選擇方案，人們迫切希望有更好的解決方法。
超級電容器是近幾年來發展起來的一種特種儲能電容器，有著法拉級的超大電容量，比傳統的電解電容器的積能密度高上百倍，漏電流小近千倍，放電功率較蓄電池高近十倍，而且不需要任何維護和保養，壽命長達15年之久，是一種理想的大功率的物理二次電源，若能將其用于操作機構作驅動電能將不失為一種較好的選擇。
發明內容
本實用新型用于克服上述已有技術之缺陷而提供一種結構簡單、成本低、維護量小、能可靠地為變、配電站的操動機構供應驅動電能的超級電容器直流電源裝置。
解決上述技術問題的技術方案是一種超級電容器直流電源裝置，它由直流供電母線、充放電電路和儲能電容器組成，所述儲能電容器采用超級電容器C1，充放電回路由二極管D1、D2組成，其中，二極管D1和限流電阻串聯后與二極管D2反相并聯，并聯后的一個節點連接直流供電母線的一相，另一個并聯節點與超級電容C1相接，超級電容C1的另一端連接直流供電母線的另一相。
上述超級電容器直流電源裝置，增設超級電容C2和相應的充放電電路，充放電電路由二極管D3、D4和電阻R2組成，所述電路連接與上述充放電回路相同，兩個充放電回路的兩端相并聯。
上述超級電容器直流電源裝置，增設電壓監測電路，所述電壓監測電路由電壓表V和轉換開關組成，其中，在超級電容C1、C2與二極管并聯節點之間分別連接有轉換開關K1、K2，電壓表V跨接在超級電容C1、C2兩端，它的一端接超級電容C1、C2的一端，另一端與兩個轉換開關K1、K2的一個接點相連接，其轉換臂連接超級電容器的另一端。
上述超級電容器直流電源裝置，增設直流供電小系統，所述直流供電小系統由電感L1、電阻R3、二極管D5組成，電感L1、電阻R3、二極管D5串聯連接，其中，二極管的正向端接于整流電路ZL的正輸出端，串聯電路的另一端接于直流供電母線HM+，整流電路ZL的負輸出端接于直流供電母線HM-。
上述超級電容器直流電源裝置，增設蓄電池組E、電感L2、電阻R4和二極管D6、D7，所述二極管D6、D7反相并聯后與電感L2、電阻R4串聯成一個支路，蓄電池組E通過該支路接于直流供電母線HM+和HM-。
采用這種結構的直流電源裝置，在正常情況下由直流電源母線向超級電容器充電，當一旦供電線路出現故障需要迅速分閘時，存儲在超級電容器上的電能可以提供分閘動作所需要的電能。這種直流電源裝置具有電容量大、積能密度高、漏電電流小，放電功率高、壽命長、而且不需要任何維護和保養的優點，是為變、配電站的操動機構供應驅動電能的一種理想的直流電源裝置。
圖1是本實用新型的電原理圖；圖2是增設直流供電小系統后的電原理圖；圖3是增設蓄電池組后的電原理圖。
具體實施方式
圖1顯示的是超級電容器直流電源裝置的基本電路。它由兩路完全相同的充放電回路，在這兩路充放電回路中，電阻R1、R2分別與超級電容C1、C2組成RC充電電路，二極管D1、D2、D3、D4分別反相并聯接在回路中。當直流供電母線正常供電時，可以通過二極管D1、D3、電阻R1、R2分別向超級電容C1、C2充電；而當需要時，超級電容器C1、C2分別通過二極管D2、D4向直流供電母線輸出電能。在上述兩個充放電回路中，還利用電壓表V監測超級電容器C1、C2兩端的電壓。電路中的熔斷器B1、B2起保護作用。
在本實用新型中，向直流供電母線和超級電容器提供直流電能的整流充電方式有多種。一種是采用普通整流充電電路，另一種是采用全自動程控充電機，再有一種是采用高頻開關型充電電源，但它們都可以使用圖1顯示的超級電容器充放電回路的基本結構。在這種電路中，可采用兩個CF0.85、280V超級電容器。當交流停電后可供CD10電磁操作機構操作25-32次，分閘操作500-700次，很適于110KV、35KV、10KV末端大用戶變電站作為操作、保護、控制電源。
在圖2中，380V交流電源經硅整流電路ZL整流后輸出直流電壓，它與上述充放電回路一起構成硅整流器型超級電容器直流電源。這種連接方式在正常情況下由380V交流電源通過硅整流器ZL、電感L1、電阻R3、二極管D5向直流供電母線供電，滿足直流電源屏上常設的電壓檢查、閃光裝置或絕緣檢查電路用電的需要。同時，它還可通過電阻R1、R2、二極管D1、D3向超級電容C1、C2充電；在交流停電后，由超級電容C1、C2通過二極管D2、D4向直流供電母線供電。
圖3顯示的是另一種復合供電電源，它增加了蓄電池組E，該蓄電池組E并聯在充放電電路的兩端，并經過一個由電感L2、電阻R4、二極管組成的串聯電路完成充放電的任務。這種復合式直流電源在選擇蓄電池組E的容量時必須同時滿足兩個條件第一是滿足沖擊負荷最大放電電流的合閘要求；第二是滿足正常負荷電流下的時間要求。當根據沖擊負荷最大電流選擇的電池容量(安時數)大于正常負荷的容量要求時，復合電源就可以由超級電容器承擔沖擊負荷，由蓄電池組承擔正常負荷，蓄電池組的容量就可以按正常負荷的要求選小些。這樣既降低了成本、減少了維護量，又使蓄電池組免受大電流的沖擊而延長使用壽命。因此，在比較重要的110KV變電站、有直流負荷(直流油泵、事故后需要照明)時可增加一組10AH-20AH蓄電池和超級電容器組成的復合電源。
權利要求1.一種超級電容器直流電源裝置，其特征在于，它由直流供電母線、充放電電路和儲能電容器組成，所述儲能電容器采用超級電容器C1，充放電回路由二極管D1、D2組成，其中，二極管D1和限流電阻串聯后與二極管D2反相并聯，并聯后的一個節點連接直流供電母線的一相，另一個并聯節點與超級電容C1相接，超級電容C1的另一端連接直流供電母線的另一相。
2.根據權利要求1所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于增設超級電容C2和相應的充放電電路，所述充放電電路由二極管D3、D4和電阻R2組成，所述電路連接與上述充放電回路相同，兩個充放電回路的兩端并聯。
3.根據權利要求2所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于增設電壓監測電路，所述電壓監測電路由電壓表V和轉換開關組成，其中，在超級電容C1、C2與二極管并聯節點之間分別連接有轉換開關K1、K2，電壓表V跨接在超級電容C1或C2的兩端，它的一端接超級電容C1、C2的一端，另一端與兩個轉換開關K1、K2的一個接點連接，其轉換臂連接超級電容器的另一端。
4.根據權利要求3所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于增設直流供電小系統，所述直流供電小系統由電感L1、電阻R3、二極管D5組成，其中，電感L1、電阻R3、二極管D5串聯連接，二極管的正向端接于整流電路ZL的正輸出端，串聯電路的另一端接于直流供電母線HM+，整流電路ZL的負輸出端接于直流供電母線HM-。
5.根據權利要求3所述的超級電容器直流電源裝置，其特征在于增設蓄電池組E、電感L2、電阻R4和二極管D6、D7，所述二極管D6、D7反相并聯后與電感L2、電阻R4串聯成一個支路，蓄電池組E通過該支路接于直流供電母線HM+和HM-上。
專利摘要一種超級電容器直流電源裝置，屬供電技術領域，用于解決操動機構的電能問題。其技術方案是它由直流供電母線、充放電電路和儲能電容器組成，所述儲能電容器采用超級電容器C1，充放電回路由二極管D1、D2組成，其中，二極管D1和限流電阻串聯后與二極管D2反相并聯，并聯后的一個節點連接直流供電母線的一相，另一個并聯節點與超級電容C1相接，超級電容C1的另一端連接直流供電母線的另一相。本實用新型具有電容量大、積能密度高、漏電電流小，放電功率高、壽命長、而且不需要維護保養的優點。是為變、配電站的操動機構供應驅動電能的一種理想的直流電源裝置。
文檔編號H02M3/04GK2798408SQ200520023958
公開日2006年7月19日 申請日期2005年4月27日 優先權日2005年4月27日
發明者孫殿軍 申請人:保定華北電力設備器材廠