CN100568663C - 智能化、节能电源系统 - Google Patents

Abstract

一种智能化节能电源系统，涉及电力系统高、低压开关柜的电气防误操作装置领域。它是针对当今发电厂、变电所高低压开关柜的电气防误所提出的一种全新的、智能化、节能化的整体解决方案。本发明由红外人体监测单元、直流供电单元、开关电源单元、智能联锁防掉电单元、直流节电单元、智能充放电单元和智能化节能单元组成，在各单元相互配合共同作用下能真正实现：智能识别人员在现场的情况，有人进入现场，自动启动防误系统，人员操作完成离开现场后，自动将电气防误系统彻底断电，这就节省了95%以上的电能，提高了现有电气防误装置的使用寿命，提高了防误装置的稳定性和可靠性。同时，本发明还具有智能联锁防掉电功能、智能充放电和直流节电功能，这就实现了防误功能的实时性和连续性。

Description

智能化、节能电源系统

技术领域

本发明涉及电力系统高、低压开关柜的电气防误操作的装置，特别涉及发电厂、变电所的高低压开关柜的电气防误操作装置的电源部分。

背景技术

经检索有关文献，目前尚未检索到与本发明结构相同、方法相同的电源系统。

目前，电力系统普遍使用的防误装置有：微机锁、电气锁、机械锁三种，而微机锁的电能浪费问题不大，因为采用微机软件程序控制，所以比较节能，而机械锁，根本不存在此类问题。而电气锁的电能浪费问题较为突出，电气防误装置基本上是全年全天候供电，这就造成了电能的大量浪费，给国家造成了本该避免的经济损失。同时，也给防误系统带来了使用寿命降低，缺陷时有发生的不安全隐患。

发明内容

针对现有技术中的不是之处，本发明提供了一种更加可靠、实用性强、全新的智能化节能电气防误装置电源系统。本发明能真正实现智能的识别有无人员在现场工作，并以此控制电气防误装置投入运行或退出运行，这就节省了大量电能；同时，本发明还具有智能联锁防掉电功能，智能充放电功能、直流节电功能，这就实现了防误功能的实时性和稳定性。

本发明采用技术方案：本发明由红外人体监测单元、直流供电单元、开关电源DC1、智能联锁防掉电单元、直流节电单元、智能充放电单元和定时节能单元组成，所述的直流供电单元是由直流电源DC2构成，其特征是：所述的智能联锁防掉电单元包括两个双极电源开关1DK、2DK，两端通过第一个双极电源开关1DK与工作电源A1N1相连的由工作电源启动按钮QA和第一交流接触器J1构成的串联支路，与工作电源启动按钮QA并联的第一交流接触器J1的第一常开触点J1-1，两端通过第二个双极电源开关2DK与备用电源A2N2连接的由第一交流接触器J1的第四常闭触点J1-4、备用电源停止按钮BT和第四交流接触器J4构成的串联支路，并联在第一交流接触器J1的第四常闭触点J1-4两端的第四交流接触器J4的第一常开触点J4-1，两端通过第一个双极电源开关1DK与工作电源A1N1连接的由第一交流接触器J1的第二常开触点J1-2、第四交流接触器J4的第三常闭触点J4-3、第一电流表、转换开关ZK的第一位置、合闸按钮HA、跳闸按钮TA和第二交流接触器J2构成的串联支路，与合闸按钮HA并联的第二交流接触器J2的第一常开触点J2-1，一端通过第二个双极电源开关2DK与备用电源A2N2火线端连接、另一端与第一电流表一端连接的由第四交流接触器J4的第二常开触点J4-2、第一交流接触器J1的第三常闭触点J1-3构成的串联支路，两端通过第一个双极电源开关1DK与工作电源A1N1连接的由第一交流接触器J1的第八常开触点J1-8、红灯HD和第三电阻构成的串联支路，两端通过第二个双极电源开关2DK与备用电源A2N2连接的由第四交流接触器J4的第七常开触点J4-7、绿灯LD和第四电阻构成的串联支路，一端接在转换开关ZK第二位置、另一端通过第一个双极电源开关1DK与工作电源A1N1零线端连接并通过第二个双极电源开关2DK与备用电源A2N2零线端连接的由第一开关K1和第三交流接触器J3构成的串联支路，两端接在直流电源DC2正端和端子排正引线端之间的由第四交流接触器的第六常闭触点J4-6、第一交流接触器J1的第七常闭触点J1-7、直流继电器J5的第三常开触点J5-3、第二电流表和熔断器RD构成的串联支路，两端接在第一交流接触器J1的第七常闭触点J1-7与直流继电器J5的第三常开触点J5-3的结点和直流电源DC2负端之间的由第二开关K2和直流继电器J5构成的串联支路；所述的端子排负引线端直接与直流电源DC2负端连接，所述的第一开关K1、第二开关K2由红外人体监测单元控制；

所述的直流节电单元包括两端接在直流继电器J5的第三常开触点J5-3与第一交流接触器J1的第七常闭触点J1-7的结点和直流电源DC2负端之间的由直流继电器J5的第二常开触点J5-2和第二定时继电器SJ2构成的串联支路，两端接在第二开关K2两端的由直流继电器J5的第一常开触点J5-1和第二定时继电器触点SJ2-1构成的串联支路；

所述的智能充放电单元包括一端接在开关电源DC1正端、另一端接在直流电源DC2正端的由第一电阻R1和第一二极管构成的串联支路，所述的开关电源DC1负端与直流电源DC2负端之间直接连接；

所述的定时节能单元包括一端接在转换开关ZK的第二位置、另一端通过第一个双极电源开关1DK与工作电源A1N1零线端连接并通过第二个双极电源开关2DK与备用电源A2N2零线端连接的由第三交流接触器J3的第二常开触点J3-2和第一定时继电器SJ1构成的串联支路，两端接在第一开关K1两端的由第三交流接触器J3的第一常开触点J3-1和第一定时继电器触点SJ1-1构成的串联支路，一端通过第一个双极电源开关1DK与工作电源A1N1火线端连接、另一端与开关电源DC1火线端A连接的由第四交流接触器J4的第四常闭触点J4-4、第二交流接触器的第二常开触点J2-2和第一过热继电器触点RJ1-1构成的串联支路，跨接在第二交流接触器的第二常开触点J2-2两端的由第三交流接触器J3的第三常开触点J3-3和第四交流接触器J4的第五常闭触点J4-5组成的串联支路，两端接在开关电源DC1正端和第二电流表之间的由第三交流接触器J3的第五常开触点J3-5和第二交流接触器J2的第四常开触点J2-4构成的并联支路，一端通过第二个双极电源开关2DK与备用电源A2N2火线连接、另一端与第一过热继电器触点RJ1-1连接的由第一交流接触器J1的第五常闭触点J1-5和第二交流接触器J2的第三常开触点J2-3构成的串联支路，两端接在第二交流接触器J2的第三常开触点J2-3两端的由第三交流接触器J3的第四常开触点J3-4和第一交流接触器J1的第六常闭触点J1-6构成的串联支路，开关电源DC1的零线端通过第一个双极电源开关1DK与工作电源A1N1零线端连接并通过第二个双极电源开关2DK与备用电源A2N2零线端连接。

各单元相互配合共同作用下能够真实现智能化、节能95％以上和智能联锁防掉电，实时防误功能。这两个功能的实现主要是依靠以下四个功能模块来实现的，它们主要是：(1)智能化、节能功能，即：能自动识别有无人员在现场工作。有人时，自动投入电气防误装置执行防误任务；无人时，自动将电气防误装置全部断电、休眠，休眠状态所耗电能≤3W，这就节省95％以上的电能，而且节能时间可以从0秒～100小时范围任意设定；(2)智能联锁、防掉电，实时防误功能，即：采用冗余技术，结合电路得特殊设计，能真正实现：在工作电源断电的情况下，迅速启动备用电源给外部防误装置供电；当备用电源再断电时，立即启动备用直流供电单元向外部防误装置供电；待交流电源恢复供电后，自动停止备用直流供电单元向外供电，重新切换到交流电源供电状态；(3)智能充、放电功能，即：平常无人在现场时，本单元既不充电也不放电，处于断路热备状态；当电能不足时，若有人进入现场，则系统自动充电，充电充满后自动停止充电。若未充满，则会在下一次有人进入现场时继续充电；本系统只有在交流电源全部断电后，才令备用直流电源向外供、放电，并且放电时间很短，保证了备用直流电源储存的电能始终处于充满饱和状态，随时为外部防误装置提供强劲的动力；(4)直流的智能化、节能功能，即：本功能是在交流电源全部停电而使用备用直流单元向外供电的情况下才有可能启动的，并且只有在有人进入现场时才启动备用直流单元向外供电，否则本系统仍处于断电、休眠状态，所耗电能≤1W；因此，具有智能化节能功能。

有益效果：本发明的有益效果：

(1)节省了95％以上电能。

(2)保持了原防误装置全天候供电的实时防误功能。

(3)大大延长了防误装置的使用寿命，电气回路寿命提高90％以上。

(4)避免了原装置长期通电而造成的过热、烧损、误动、失效等缺陷，提高了防误装置运行的可靠性和稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的安装位置俯视图

图2是本发明的电路原理图

图1中，1、2、3、4位置是做为本发明的主机箱安装位置，高度一般选在0～2米的适当位置，6、7、8、9、10位置是分别做为红外传感器等红外监测单元的安装位置，高度一般选在1.8米～2.5米的适当位置。

在图2中A1N1是来自本机组保安段的交流220V电源，作为工作电源；A2N2是另一台机组保安段的交流220V电源，作为备用电源；QA是工作电源启动按钮；BT是备用电源停止按钮；HA是合闸按钮；TA是跳闸按钮；HD是红灯，显示工作电源工作状态；LD是绿灯，显示备用电源工作状态；J1～J4是交流接触器；J5是直流继电器；SJ1、SJ2是定时继电器；DC1是开关电源；DC2是UPS或蓄电池；RJ是过热继电器；ZK是转换开关，其中1档是正常供电档，2档是节能供电档；RD是熔断器。

具体实施方式

正常工作时，只要先按下启动按钮QA，就将本台发电机组保安段的A1N1引进系统，此时，红灯HD亮，显示当前供电的电源是工作电源。否则，绿灯LD亮，显示当前供电的电源是备用电源A2N2，A2N2是取自另一机组保安段的交流220V电源。这时，我们可以将转换开关ZK打在“1”档，或是“2”档，其中“1”档是在处理系统缺陷时或需要长时间供电时的档位，“2”档是节能档。是正常使用时打的档位，我们打在“2”档。

1.节能功能

假定我们电气运行人员停、送电的一般性操作时间不超过去20分钟，我们设定定时器的时间为20分钟，当系统工作时，QA按下后，J1励磁，J1-1、J1-2都闭合。当有人进入现场时，安装在大门上方的红外人体探测装置将自动识别到有人进入，并启动K 1使之闭合，启动J3，电流通路：A1→1DK→J1-2→J4-3→

→ZK(0-2档)→K1→J3→RJ1-2→N1，构成通路。J3励磁，使得其常开常闭触点作出相应动作：

J3-1闭合，在SJ1-1共同作用下，自保持J3；

J3-2闭合，启动SJ1，使得SJ1开始计时；

J3-3闭合，在J4-5共同作用下，将工作电源A1引至开关电源DC1的交流火线输入端A，电流通路：

开关电源DC1开始向外部电气防误装置提供所需电能。

DC1(+)→J3-5→→RD→端子排(+)端→外部电气防误装置供电。电气防误装置开始执行防误任务，待人员操作完成后，系统自动断电。否则，系统始终处于供电状态，为外接的电气防误装置提供源源不断的电能，以确保现场人员的安全。具体分两种情况加以说明：

(1)现场人员在预定的时间内(＜20分钟)，完成工作而离开现场的情况。

人员离开现场后，在预定的时间到达时(如：20分钟)，系统会自动切断DC1，停止向外部电气防误装置供电。即：SJ1计时到达预定的时间(20分钟)时动作，SJ1-1断开，使J3失磁，J3-3、J3-5均断开，这就切断了开关电源DC1的来电、送电回路，使之不再向外部防误装置供电；J3-1断开，进一步使J3自保持回路断路；J3-2断开，使SJ1断电停止工作。

(2)现场工作人员在预定的时间内没有完成工作而继续在现场工作的情况。

本系统会继续监测到在现场的人体信号，使系统一直所于工作状态，向外部防误装置供电，只有现场人员全部离开后，系统才断电，因此，具有智能化的特点。即：工作时间超过预定的时间时，红外监测单元将继续监测到人体信号，因此，K1将处于闭合状态，使J3继续励磁，其主结点J3-3、J3-5将继续闭合，继续向外部供电，使防误装置继续正常工作。待现场人员全部离开后，系统将探测不到人体信号，K1断开，J3断电失磁，使J3-3、J3-5断开，DC1将停止向外部供电，即整个电气防误装置彻底停电。

2.智能联锁防掉电、实时防误功能

本发明所采用的电源为交流220V，分别取自本台机机组保安段和另一台机组保安段，作为系统的工作电源和备用电源。系统投入运行后，1DK、2DK均在合闸位置、转换开关ZK打在“节能”档，即“2”档。(在需要长时间供电或处理内部电路缺陷时，也可将ZK选在“1”档.)系统工作时，只要按下工作电源启动按钮QA即可将系统投入运行状态。此时，红灯HD亮，显示工作电源A1N1正常并已投入运行。J1励磁，红外节能探测器投入运行并处于监测状态。其它所有器件都处于断电备用状态。当系统在运行中，工作电源A1N1由于某些原因突然断电时，系统将自动切换到备有电源A2N2上，使之给系统供电；若备用电源A2N2也停电时，系统会自动切换到备用直流供电单元，给系统供电。现分三种情况加以说明：

(1)当工作电源A1N1断电时，自动切换到备用电源A2N2供电。

J1失磁→J1-3闭合→A2→2DK(A2)→J4-2→J1-3→

→ZK(0-2)端来电.此时，绿灯LD亮，显示备用电源A2N2已投入运行；红灯HD灭，显示工作电源断电而退出运行。这时，若有人进入现场，K1动作，就会启动J3，开始按照预先设定的防误时间开始执行防误任务，原理同特点1节能功能中所述相同。

(2)当备用电源A2N2也停电时，自动切换到备用直流供电单元给系统供电。

当A2N2断电→J4失磁，

因此，在A1N1、A2N2全部停电的情况下，由DC2向外部电气防误装置供电。

(3)当备用电源A2N2来电时，自动由DC2供电切换到A2N2供电。

即：意味着A2N2重新投入运行，DC2退出运行。

3.智能充、放电功能

本系统采用节能化设计，故在大部分时间里(没有人员在现场工作)DC2既不充电，也不放电，没有能量损失；同时由于直流供电单元也采用的是节能化设计，只有在交流电源A1N1、A2N2都断电的情况下，并且是在有人进入现场时，才开始为外部电路提供能量而放电，并且放电的时间可以设定的很短(可以在0-1小时任意设定)，一旦现场人员离开后，DC2就停止放电，故电能耗费并不很大。同时，只要工作电源A1N1或备用电源A2N2任一恢复供电，DC2就停止向外供电，处于充电准备状态，一旦有人进入现场就会立即给DC2充电。而且，从实际情况来看，工作电源和备用电源同时断电的情况很少，所以，充电的次数较多，放电的次数很少，平时，又处于既不充电，又不放电状态。所以，DC2将始终处于断路，充满饱和状态。针对智能充、放电功能分以下三种情况加以说明：

(1)大部分时间里，DC2既不充电，也不放电，处于断路热备状态，由于系统的节能设计，只有在有人进入现场时，DC1才启动，而大部分的时间里，无人进入现场。所以，红外探测装置探测不到人体信号，并不启动DC1。因此，充电支路DC1正端→R1→D→DC2正端并没有电流流过，相当于断路；同时，A1N1、A2N2任一电源供电时，J1或J4都至少有一个励磁，其常闭结点J1-7或J4-6至少有一个是在断开位置，所以，放电支路也处于断路。所以，在大部分时间里，DC2既不充电，也不放电。

(2)充电情况

当系统正常由A1N1或A2N2供电时，只要有人进入现场，就启动了DC1向外部电路供电；同时，也通过充电支路给DC2充电，DC1正端→R1→D→DC2正端。当DC2(+)端电位低于DC1(+)端电位时，才充电，一旦电位相同时，即停止充电。充电的时间即为计时器预定的节能时间，由于时间较短，存在一次充不满的情况。但是，当再一次有人进入现场时，即开始了再一次充电，多次的人员进入将使DC2的电能达到充满饱和状态。

(3)放电情况

当A1N1、A2N2全部断电后，再次有人进入现场时，DC2才放电。放电支路：

DC2(+)→J4-6→J1-7→J5-3→

→RD→端子排(+)，放电时间为预先设定的计时器SJ2的节能时间，一般设定在(0-1)小时之间。一旦备用电源A2N2来电，系统将自动切换到DC1向外供电，DC2退出。

4.具有直流节能功能

本功能在交流电A1N1或A2N2供电时并不启动，在交流电源全部断电的情况下，并且是有人在现场工作时才启动的。现场人员一旦离开，便自动断电。因此，具有节能功能。其供电时间是可以随所需工作时间的长短而从0-10小时随需设定的，但一般可设定在10分钟-1小时左右为好。

本功能的实现主要在DC2、J5、SJ2、K2、J1-7、J4-6等主要元器件相互结合共同作用下实现的。当A1N1、A2N2全部断电后，J1-7、J4-6闭合，将接通直流红外人体探测器，备用直流供电单元处于断电热备状态，并不向外部电气防误装置供电。只有在有人进入现场时，红外探测装置探测到人体信号，才使K2闭合，才启动J5，使J5励磁，

J5励磁→J5-1闭合→自保持；

J5-2闭合→SJ2励磁，开始计时；

J5-3闭合→DC2(+)经J4-6→J1-7→J5-3→

→RD→端子排(+)→外部防误装置供电。

当人员离开现场后，自动断电，J5-3断开，切断供电电路，具体分两种情况加以说明：

(1)现场人员在预定的时间内完成工作而离开现场的情况。

人员离开现场后，在预定时间到达时，系统会自动切断DC2向外供电支路，停止向外部电气防误装置供电。即：SJ2计时到达预定的时间，动作，SJ2-1断开，使J5断电失磁，J5-3断开，这就断开了直流电源DC2向外供电的支路，停止向外部电气防误装置供电。

(2)现场工作人员在预定的时间内没有完成工作而继续在现场工作的情况。

本系统会继续监测到现场的人体信号，使系统一直处于工作状态，向外部防误装置供电，只有现场人员全部离开后，系统才会断电。因此，具有智能化的特点。即：工作的时间超过预定的时间时，红外监测单元将继续监测到人体信号，因此，K2将处于闭合状态，使J5继续励磁，其主结点J5-3继续闭合，继续向外部供电，使防误装置继续工作。待现场人员全部离开后，探测不到人体红外信号，K2断开，J5断电失磁，J5-3断开，DC2将停止向外部供电，即整个电气防误装置彻底停电。

这样，就保证了系统在交流电停电时，直流供电单元仍能智能的识别，并节能的供电。

Claims (1)

1、一种电源系统，由红外人体监测单元、直流供电单元、开关电源(DC1)、智能联锁防掉电单元、直流节电单元、智能充放电单元和定时节能单元组成，所述的直流供电单元是由直流电源(DC2)构成，其特征是：所述的智能联锁防掉电单元包括两个双极电源开关(1DK、2DK)，两端通过第一个双极电源开关(1DK)与工作电源(A1N1)相连的由工作电源启动按钮(QA)和第一交流接触器(J1)构成的串联支路，与工作电源启动按钮(QA)并联的第一交流接触器(J1)的第一常开触点(J1-1)，两端通过第二个双极电源开关(2DK)与备用电源(A2N2)连接的由第一交流接触器(J1)的第四常闭触点(J1-4)、备用电源停止按钮(BT)和第四交流接触器(J4)构成的串联支路，并联在第一交流接触器(J1)的第四常闭触点(J1-4)两端的第四交流接触器(J4)的第一常开触点(J4-1)，两端通过第一个双极电源开关(1DK)与工作电源(A1N1)连接的由第一交流接触器(J1)的第二常开触点(J1-2)、第四交流接触器(J4)的第三常闭触点(J4-3)、第一电流表、转换开关(ZK)的第一位置、合闸按钮(HA)、跳闸按钮(TA)和第二交流接触器(J2)构成的串联支路，与合闸按钮(HA)并联的第二交流接触器(J2)的第一常开触点(J2-1)，一端通过第二个双极电源开关(2DK)与备用电源(A2N2)火线端连接、另一端与第一电流表一端连接的由第四交流接触器(J4)的第二常开触点(J4-2)、第一交流接触器(J1)的第三常闭触点(J1-3)构成的串联支路，两端通过第一个双极电源开关(1DK)与工作电源(A1N1)连接的由第一交流接触器(J1)的第八常开触点(J1-8)、红灯(HD)和第三电阻构成的串联支路，两端通过第二个双极电源开关(2DK)与备用电源(A2N2)连接的由第四交流接触器(J4)的第七常开触点(J4-7)、绿灯(LD)和第四电阻构成的串联支路，一端接在转换开关(ZK)第二位置、另一端通过第一个双极电源开关(1DK)与工作电源(A1N1)零线端连接并通过第二个双极电源开关(2DK)与备用电源(A2N2)零线端连接的由第一开关(K1)和第三交流接触器(J3)构成的串联支路，两端接在直流电源(DC2)正端和端子排正引线端之间的由第四交流接触器的第六常闭触点(J4-6)、第一交流接触器(J1)的第七常闭触点(J1-7)、直流继电器(J5)的第三常开触点(J5-3)、第二电流表和熔断器(RD)构成的串联支路，两端接在第一交流接触器(J1)的第七常闭触点(J1-7)与直流继电器(J5)的第三常开触点(J5-3)的结点和直流电源(DC2)负端之间的由第二开关(K2)和直流继电器(J5)构成的串联支路；所述的端子排负引线端直接与直流电源(DC2)负端连接，所述的第一开关(K1)、第二开关(K2)由红外人体监测单元控制；

所述的直流节电单元包括两端接在直流继电器(J5)的第三常开触点(J5-3)与第一交流接触器(J1)的第七常闭触点(J1-7)的结点和直流电源(DC2)负端之间的由直流继电器(J5)的第二常开触点(J5-2)和第二定时继电器(SJ2)构成的串联支路，两端接在第二开关(K2)两端的由直流继电器(J5)的第一常开触点(J5-1)和第二定时继电器触点(SJ2-1)构成的串联支路；

所述的智能充放电单元包括一端接在开关电源(DC1)正端、另一端接在直流电源(DC2)正端的由第一电阻(R1)和第一二极管构成的串联支路，所述的开关电源(DC1)负端与直流电源(DC2)负端之间直接连接；

所述的定时节能单元包括一端接在转换开关(ZK)的第二位置、另一端通过第一个双极电源开关(1DK)与工作电源(A1N1)零线端连接并通过第二个双极电源开关(2DK)与备用电源(A2N2)零线端连接的由第三交流接触器(J3)的第二常开触点(J3-2)和第一定时继电器(SJ1)构成的串联支路，两端接在第一开关(K1)两端的由第三交流接触器(J3)的第一常开触点(J3-1)和第一定时继电器触点(SJ1-1)构成的串联支路，一端通过第一个双极电源开关(1DK)与工作电源(A1N1)火线端连接、另一端与开关电源(DC1)火线端(A)连接的由第四交流接触器(J4)的第四常闭触点(J4-4)、第二交流接触器的第二常开触点(J2-2)和第一过热继电器触点(RJ1-1)构成的串联支路，跨接在第二交流接触器的第二常开触点(J2-2)两端的由第三交流接触器(J3)的第三常开触点(J3-3)和第四交流接触器(J4)的第五常闭触点(J4-5)组成的串联支路，两端接在开关电源(DC1)正端和第二电流表之间的由第三交流接触器(J3)的第五常开触点(J3-5)和第二交流接触器(J2)的第四常开触点(J2-4)构成的并联支路，一端通过第二个双极电源开关(2DK)与备用电源(A2N2)火线连接、另一端与第一过热继电器触点(RJ1-1)连接的由第一交流接触器(J1)的第五常闭触点(J1-5)和第二交流接触器(J2)的第三常开触点(J2-3)构成的串联支路，两端接在第二交流接触器(J2)的第三常开触点(J2-3)两端的由第三交流接触器(J3)的第四常开触点(J3-4)和第一交流接触器(J1)的第六常闭触点(J1-6)构成的串联支路，开关电源(DC1)的零线端通过第一个双极电源开关(1DK)与工作电源(A1N1)零线端连接并通过第二个双极电源开关(2DK)与备用电源(A2N2)零线端连接。

Images