专利名称：一种超级电容器直流电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的直流电源装置，属电源技术领域。
背景技术：
目前在电力系统广泛应用的110KV、35KV变电站和10KV配电站(室)中，绝大多数高压开关(断路器)的操作机构是CDX型电磁操动机构，这些操动机构都由变电站或配电站(室)专门配置的直流电源作为分、合闸操作、控制、保护的供电装置。这些直流电源设备主要有两种，一种是储能电容组成的直流电源，另一种是由蓄电池组成的直流电源。对于电容储能式电源装置来说，它具有结构简单、成本低、维护量小的优点，因此在电力系统的末端站得到了广泛的应用。但是在使用中也发现，由于所用电解电容器组容量小，只有几千微法，漏电流较大，无法保证在任何情况下都能提供事故分闸所需要的能量，因此分闸可靠性差是这种装置的严重缺点。目前解决的方法是更换成小容量的蓄电池组，但是小容量蓄电池组价格昂贵、需要经常维护保养、使用寿命短，特别是μF级电容器和小容量蓄电池组不能承担合闸任务，长时间处于备用状态，一旦供电线路出现故障需要迅速分闸时，就可能提供不了足够的能量，造成更大事故，这种现象在有些变、配电站，特别是大行业的用户站，一直没有找到较好的解决办法。而蓄电池直流电源具有储电能量大、可在停电后长时间供电的优点，主要应用于重要的变、配电站，如110KV以上级别的变电站，等等。然而对于末端站及用户站，实际上并不需要停电后长时间的直流供电，使用蓄电池组成的直流电源虽然解决了事故分合闸的可靠性，但是却存在蓄电池价格昂贵、需要经常维护保养、使用寿命有限等缺点，而且故障率也会随着电池的多节串联而增加。因此末端站及用户站使用蓄电池也不是一个好的选择方案，人们迫切希望有更好的解决方法。
超级电容器是近几年来发展起来的一种特种储能电容器，有着法拉级的超大电容量，比传统的电解电容器的积能密度高上百倍，漏电流小近千倍，放电功率较蓄电池高近十倍，而且不需要任何维护和保养，寿命长达15年之久，是一种理想的大功率的物理二次电源，若能将其用于操作机构作驱动电能将不失为一种较好的选择。
发明内容
本实用新型用于克服上述已有技术之缺陷而提供一种结构简单、成本低、维护量小、能可靠地为变、配电站的操动机构供应驱动电能的超级电容器直流电源装置。
解决上述技术问题的技术方案是一种超级电容器直流电源装置，它由直流供电母线、充放电电路和储能电容器组成，所述储能电容器采用超级电容器C1，充放电回路由二极管D1、D2组成，其中，二极管D1和限流电阻串联后与二极管D2反相并联，并联后的一个节点连接直流供电母线的一相，另一个并联节点与超级电容C1相接，超级电容C1的另一端连接直流供电母线的另一相。
上述超级电容器直流电源装置，增设超级电容C2和相应的充放电电路，充放电电路由二极管D3、D4和电阻R2组成，所述电路连接与上述充放电回路相同，两个充放电回路的两端相并联。
上述超级电容器直流电源装置，增设电压监测电路，所述电压监测电路由电压表V和转换开关组成，其中，在超级电容C1、C2与二极管并联节点之间分别连接有转换开关K1、K2，电压表V跨接在超级电容C1、C2两端，它的一端接超级电容C1、C2的一端，另一端与两个转换开关K1、K2的一个接点相连接，其转换臂连接超级电容器的另一端。
上述超级电容器直流电源装置，增设直流供电小系统，所述直流供电小系统由电感L1、电阻R3、二极管D5组成，电感L1、电阻R3、二极管D5串联连接，其中，二极管的正向端接于整流电路ZL的正输出端，串联电路的另一端接于直流供电母线HM+，整流电路ZL的负输出端接于直流供电母线HM-。
上述超级电容器直流电源装置，增设蓄电池组E、电感L2、电阻R4和二极管D6、D7，所述二极管D6、D7反相并联后与电感L2、电阻R4串联成一个支路，蓄电池组E通过该支路接于直流供电母线HM+和HM-。
采用这种结构的直流电源装置，在正常情况下由直流电源母线向超级电容器充电，当一旦供电线路出现故障需要迅速分闸时，存储在超级电容器上的电能可以提供分闸动作所需要的电能。这种直流电源装置具有电容量大、积能密度高、漏电电流小，放电功率高、寿命长、而且不需要任何维护和保养的优点，是为变、配电站的操动机构供应驱动电能的一种理想的直流电源装置。
图1是本实用新型的电原理图；图2是增设直流供电小系统后的电原理图；图3是增设蓄电池组后的电原理图。
具体实施方式
图1显示的是超级电容器直流电源装置的基本电路。它由两路完全相同的充放电回路，在这两路充放电回路中，电阻R1、R2分别与超级电容C1、C2组成RC充电电路，二极管D1、D2、D3、D4分别反相并联接在回路中。当直流供电母线正常供电时，可以通过二极管D1、D3、电阻R1、R2分别向超级电容C1、C2充电；而当需要时，超级电容器C1、C2分别通过二极管D2、D4向直流供电母线输出电能。在上述两个充放电回路中，还利用电压表V监测超级电容器C1、C2两端的电压。电路中的熔断器B1、B2起保护作用。
在本实用新型中，向直流供电母线和超级电容器提供直流电能的整流充电方式有多种。一种是采用普通整流充电电路，另一种是采用全自动程控充电机，再有一种是采用高频开关型充电电源，但它们都可以使用图1显示的超级电容器充放电回路的基本结构。在这种电路中，可采用两个CF0.85、280V超级电容器。当交流停电后可供CD10电磁操作机构操作25-32次，分闸操作500-700次，很适于110KV、35KV、10KV末端大用户变电站作为操作、保护、控制电源。
在图2中，380V交流电源经硅整流电路ZL整流后输出直流电压，它与上述充放电回路一起构成硅整流器型超级电容器直流电源。这种连接方式在正常情况下由380V交流电源通过硅整流器ZL、电感L1、电阻R3、二极管D5向直流供电母线供电，满足直流电源屏上常设的电压检查、闪光装置或绝缘检查电路用电的需要。同时，它还可通过电阻R1、R2、二极管D1、D3向超级电容C1、C2充电；在交流停电后，由超级电容C1、C2通过二极管D2、D4向直流供电母线供电。
图3显示的是另一种复合供电电源，它增加了蓄电池组E，该蓄电池组E并联在充放电电路的两端，并经过一个由电感L2、电阻R4、二极管组成的串联电路完成充放电的任务。这种复合式直流电源在选择蓄电池组E的容量时必须同时满足两个条件第一是满足冲击负荷最大放电电流的合闸要求；第二是满足正常负荷电流下的时间要求。当根据冲击负荷最大电流选择的电池容量(安时数)大于正常负荷的容量要求时，复合电源就可以由超级电容器承担冲击负荷，由蓄电池组承担正常负荷，蓄电池组的容量就可以按正常负荷的要求选小些。这样既降低了成本、减少了维护量，又使蓄电池组免受大电流的冲击而延长使用寿命。因此，在比较重要的110KV变电站、有直流负荷(直流油泵、事故后需要照明)时可增加一组10AH-20AH蓄电池和超级电容器组成的复合电源。
权利要求1.一种超级电容器直流电源装置，其特征在于，它由直流供电母线、充放电电路和储能电容器组成，所述储能电容器采用超级电容器C1，充放电回路由二极管D1、D2组成，其中，二极管D1和限流电阻串联后与二极管D2反相并联，并联后的一个节点连接直流供电母线的一相，另一个并联节点与超级电容C1相接，超级电容C1的另一端连接直流供电母线的另一相。
2.根据权利要求1所述的超级电容器直流电源装置，其特征在于增设超级电容C2和相应的充放电电路，所述充放电电路由二极管D3、D4和电阻R2组成，所述电路连接与上述充放电回路相同，两个充放电回路的两端并联。
3.根据权利要求2所述的超级电容器直流电源装置，其特征在于增设电压监测电路，所述电压监测电路由电压表V和转换开关组成，其中，在超级电容C1、C2与二极管并联节点之间分别连接有转换开关K1、K2，电压表V跨接在超级电容C1或C2的两端，它的一端接超级电容C1、C2的一端，另一端与两个转换开关K1、K2的一个接点连接，其转换臂连接超级电容器的另一端。
4.根据权利要求3所述的超级电容器直流电源装置，其特征在于增设直流供电小系统，所述直流供电小系统由电感L1、电阻R3、二极管D5组成，其中，电感L1、电阻R3、二极管D5串联连接，二极管的正向端接于整流电路ZL的正输出端，串联电路的另一端接于直流供电母线HM+，整流电路ZL的负输出端接于直流供电母线HM-。
5.根据权利要求3所述的超级电容器直流电源装置，其特征在于增设蓄电池组E、电感L2、电阻R4和二极管D6、D7，所述二极管D6、D7反相并联后与电感L2、电阻R4串联成一个支路，蓄电池组E通过该支路接于直流供电母线HM+和HM-上。
专利摘要一种超级电容器直流电源装置，属供电技术领域，用于解决操动机构的电能问题。其技术方案是它由直流供电母线、充放电电路和储能电容器组成，所述储能电容器采用超级电容器C1，充放电回路由二极管D1、D2组成，其中，二极管D1和限流电阻串联后与二极管D2反相并联，并联后的一个节点连接直流供电母线的一相，另一个并联节点与超级电容C1相接，超级电容C1的另一端连接直流供电母线的另一相。本实用新型具有电容量大、积能密度高、漏电电流小，放电功率高、寿命长、而且不需要维护保养的优点。是为变、配电站的操动机构供应驱动电能的一种理想的直流电源装置。
文档编号H02M3/04GK2798408SQ200520023958
公开日2006年7月19日 申请日期2005年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者孙殿军 申请人:保定华北电力设备器材厂