工业设计类文章MACH2系统电源板卡散热方式研究

　　【摘要】本文对MACH2直流控制保护系统所使用的一种电源板卡，进行了研究分析，找出了板卡频繁故障的原因，在此基础上，提出了使用散热器代替风扇的散热方法，并通过现场试运行证明了方法的可行性。

　　【关键词】工业设计类文章,MACH2,风扇,散热器

　　1.引言

　　电源板卡是直流换流站控制保护系统使用最多的板卡，起作用是为控制保护系统其他工作设备供电。传统的电源板卡使用风扇为板卡散热，虽然散热效果较好，但由于风扇长期运转，运行寿命一般较短，且风扇发生故障停转时，无法监视，最终导致板卡温度过高引起更为严重的故障。

　　PS891型电源板卡是MACH2控制保护系统的电源板卡，以龙泉换流站为例，2012年由ABB公司提供的PS891电源板卡故障频繁，其中出现大范围的电源板卡过热故障及板卡监视节点故障，危及现场安全生产。 ABB厂家对现有在运的PS891板卡可靠性低的问题，未能给出有效的解决方法。龙泉换流站在运的PS891板卡总数超过1500块，采用技改方式对全部 PS891板卡进行更换，成本高，耗时长。故现场急需找出一种能够快速提高原有PS891板卡可靠性的方法[1-2]。

　　2.电源板卡故障原因

　　通过对龙泉换流站PS891电源板卡故障情况进行统计后发现，超过80%的PS891电源板卡故障均由板卡温度高引起。

　　传统PS891电源板卡使用风扇进行扇热，虽然有较好的散热效果，但风扇容易发生故障，另外由于空气流动频繁，板卡积灰也非常严重，如图1所示。

　　风扇转速随着风扇寿命逐年下降，其散热效果也逐年降低。而PS891电源板卡自身的自诊断功能无法检测风扇的运行状况，这样往往导致板卡过热， 甚至板卡元器件损坏。PS891电源板卡使用风扇进行散热，这一不合理的设计，是导致PS891电源板卡，寿命较短且故障频发的原因。

　　3.散热器散热方式

　　PS891电源板卡输入电压直流110V，输出电压4V，供电功率为40W，其发热量并不是很大。对风扇已经停运的故障PS891电源板卡进行 红外测温后发现，无风扇散热情况下，PS891电源板卡工作温度在70度左右。考虑到以上因素，本文使用翅片散热器作为风扇散热的替代方案，如图2，图3 所示[3]。

　　图1 风扇散热式PS891电源板卡

　　图2 PS891电源板散热示意图

　　图3 散热器散热式PS891电源板卡

　　为了进一步验证散热器的散热效果，使用THERMAX公司的10格温度试纸对散热器的工作温度进行跟踪。温度试纸共10格，当散热器温度达到一定时，试纸的对应温度格会变为黑色，如图4所示。

　　图4

　　4.总结

　　将经过散热器改造后的板卡进行是运行试验，经过一个月的时间发现PS891电源板卡温度在50度左右，板卡工作稳定。将板卡放在龙泉换流站进行现场试运行，共更换板卡 30块，经过半年多的时间，其温度均在50度，散热效果达到板卡工作要求。目前，龙泉换流站，江陵换流站已经开始大规模的板卡散热器更换工作，已经更换散热器的电源板卡为在发生故障。

　　参考文献

　　[1]沈志刚，汪道勇.MACH2系统在高压直流输电中的应用[J].高电压技术，2006(09).

　　[2]俞晓冬，王丽丽，戴迪.MACH2控制保护系统冗余性研究及其可用性分析[J].电子世界，2012(17).

　　[3]ABB.江陵DVD文档[DK].2003，10.

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