CN101710733B - 双电源快速切换控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电源快速切换控制装置和方法。双电源快速切换控制装置包括控制母联断路器连接第一母线和第二母线的控制器，所述控制器还与用于快速衰减失电母线残压的可控制动电阻组件连接。可控制动电阻组件包括第一母线快速开关、第二母线快速开关和电阻器，第一母线快速开关的一端与第一母线连接，另一端与电阻器连接，控制端与控制器连接；第二母线快速开关的一端与第二母线连接，另一端与电阻器连接，控制端与控制器连接。当主切换不能实现时，本发明采用可控制动电阻组件在线调节母线残压衰减特性，使母线残压衰减时间缩短，实现“快速+快速”模式，提高了双电源供电系统的切换速度。

Description

双电源快速切换控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种电源切换装置和方法，特别是一种双电源快速切换控制装置和方法。 

背景技术

供电的连续可靠是用电设备安全运行的基本条件，因此对供电可靠性要求较高的场合一般配置两路供电电源，而两路供电电源之间成功的快速切换是连续不间断供电的关键。由于雷击、短路、低频振荡、负载回路故障等外部或内部的原因，石化、冶金和发电厂等大中型工业企业常常出现非正常停电、电压大幅波动或短时断电(俗称“晃电”)，由于冶金、石化企业工艺流程的特殊性，供电的中断或异常往往会导致严重的后果，造成设备停运，工艺流程中断，大量废料废品，甚至生产设备的报废。目前，工业企业通常采用备用电源自动投切(简称备自投)装置通过双电源之间的切换来解决上述问题，但由于备自投装置是根据低电压检测以及延时来实现电源之间的切换，因此会造成切换过程中母线断电时间过长，从而导致负载电动机机端电压下降已十分严重，电动机转速、出力相应地严重下降，直接影响工艺质量。 

现有技术双电源供电系统包括分别来自两个不同供电电源的工作电源母线和备用电源母线，每个供电母线带一条馈线，每条馈线又各带一条切换母线，两条切换母线由母联断路器连接并分别带有各自的等效负荷。当其中一条供电母线因故障失电时，通过控制器控制母联断路器，让另一条供电母线为失电母线所带负荷供电。对于高压异步感应电动机(以下简称电动机)负荷的容量大且数量较多的企业供电系统，当某一条供电母线失电时，由于高压电动机及负荷的机械惯性，电动机将维持较长时间继续旋转，且将转变为 发电机运行工况，因此母线在一段时间内会维持一定的残压并缓慢衰减，频率也会随着电动机转速降低而缓慢下降。在失电瞬间，母线电压的衰减量还不大，但残压与另一供电母线电压的矢量有相角差。如果另一供电母线投入的时机不当，将产生很大的冲击电流，直接作用于电动机。这不但影响了电动机的使用寿命，甚至可能导致切换失败造成供电中断，其后果是十分严重的。因此，电源切换必须根据系统的残压衰减特性，选择合适的切换时机。 

目前，现有双电源供电系统的切换方式有主切换和备用切换。主切换也称快速切换，为保证电源成功切换且不产生很大冲击电流，母联断路器最合适的合闸时刻是母线残压与另一供电母线电压的相角差不超过某一整定角度，例如30度，即要求电源系统切换全过程在100毫秒以内完成。备用切换包括首次同期捕捉切换、残压切换和延时切换。首次同期捕捉切换是当某一供电母线断电时，在母线残压与另一供电母线电压向量第一次相位重合时合闸，一般首次同期捕捉切换时间约为600～650毫秒。残压切换是当某一供电母线断电时，当母线残压衰减到20％～40％额定电压后实现的切换，一般情况下，母线残压衰减到40％的时间约为1秒，母线残压衰减到20％的时间约为1.4秒。延时切换是当某一供电母线断电后，在规定的时间到达时合闸，一般切换时间在1700毫秒以上。 

由此可见，现有技术的切换模式实际是“快速+慢速”模式。主切换是在快速切换条件满足时，切换装置控制母联断路器合闸，一般在100毫秒内完成切换，则既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多，是一种“无损”切换。但由于系统的复杂性，主切换的成功率具有一定的随机性，当主切换不能实现时，由于电动机保护时间超过500毫秒其保护开关就会跳闸，如果进入备用切换方式后，电动机驱动的机械负荷就只能停电后重新启动，会给生产造成灾难损失，因此，现有技术备用切换是一种“有损”切换。 

发明内容

本发明的目的是提供一种双电源快速切换控制装置和方法，实现双电源供电系统快速和无损的切换。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种双电源快速切换控制装置，包括控制母联断路器连接第一母线和第二母线的控制器，所述控制器还与用于快速衰减失电母线残压的可控制动电阻组件连接； 

所述可控制动电阻组件包括第一母线快速开关、第二母线快速开关和电阻器，所述第一母线快速开关的一端与第一母线连接，另一端与电阻器连接，控制端与控制器的第一母线快速开关接线连接；所述第二母线快速开关的一端与第二母线连接，另一端与电阻器连接，控制端与控制器的第二母线快速开关接线连接。 

所述控制器包括第一电流互感器接线、第一电压互感器接线、第一断路器控制接线、第一母线电压互感器接线、第二电流互感器接线、第二电压互感器接线、第二断路器控制接线、第二母线电压互感器接线和母联断路器控制接线，所述第一电流互感器接线与第一电流互感器连接，所述第一电流互感器接线与第一电流互感器连接，所述第一断路器控制接线与第一母线断路器连接，所述第一电流互感器和第一母线断路器依次串接在工作电源母线上，所述第一电压互感器接线与第一电压互感器连接，所述第一母线电压互感器接线与第一母线电压互感器连接；所述第二电流互感器接线与第二电流互感器连接，所述第二断路器控制接线与第二母线断路器连接，所述第二电流互感器和第二母线断路器依次串接在备用电源母线上，所述第二电流互感器接线与第二电压互感器连接，所述第二母线电压互感器接线与第二母线电压互感器连接；所述母联断路器控制接线与母联断路器。 

所述控制器包括与所述可控制动电阻组件连接的第一母线快速开关接线和第二母线快速开关接线。 

进一步地，所述电阻器为水电阻。 

为了实现上述目的，本发明还提供了一种双电源快速切换控制方法，包括： 

步骤11、当为第一负荷供电的工作电源母线失电时，控制器发出控制指令断开第一母线断路器； 

步骤12、控制器判断快速切换条件是否满足，是则执行步骤15，否则执行步骤13； 

步骤13、控制器发出控制指令闭合可控制动电阻组件中的第一母线快速开关，电阻器使第一母线的残压快速衰减； 

步骤14、控制器判断残压切换条件满足时，控制器发出控制指令断开所述第一母线快速开关； 

步骤15、控制器发出控制指令闭合母联断路器，实现备用电源母线对第一负荷的快速供电。 

为了实现上述目的，本发明还提供了一种双电源快速切换控制方法，包括： 

步骤21、当为第二负荷供电的备用电源母线失电时，控制器发出控制指令断开第二母线断路器； 

步骤22、控制器判断快速切换条件是否满足，是则执行步骤25，否则执行步骤23； 

步骤23、控制器发出控制指令闭合可控制动电阻组件中的第二母线快速开关，电阻器使第二母线的残压快速衰减； 

步骤24、控制器判断残压切换条件满足时，控制器发出控制指令断开所述第二母线快速开关； 

步骤25、控制器发出控制指令闭合母联断路器，实现工作电源母线对第二负荷的快速供电。 

本发明提出了一种基于可控制动电阻的双电源快速切换控制装置和方法，当主切换不能实现时，通过采用可控制动电阻组件在线调节母线残压衰减特性，使母线残压衰减时间缩短，在设定的电动机保护时间到来之前完成“无损”的备用切换，实现“快速+快速”模式，提高了双电源供电系统的切换速度。 

附图说明

图1为本发明双电源快速切换控制装置的结构示意图； 

图2为本发明双电源快速切换控制方法第一实施例的流程图； 

图3为本发明双电源快速切换控制方法第二实施例的流程图。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

图1为本发明双电源快速切换控制装置的结构示意图。如图1所示，本发明双电源快速切换控制装置的主体结构包括控制器和可控制动电阻组件，控制器用于在一条母线失电时控制母联断路器CB₃₃将第一母线和第二母线连接，使另一条母线为失电母线所带负荷供电，可控制动电阻组件与控制器连接，用于根据控制器的指令快速衰减失电母线的残压。具体地，与第一负荷M1连接的第一母线B1和与第二负荷M2连接的第二母线B2由母联断路器CB₃₃连接，同时母联断路器CB₃₃与控制器T连接，当一条母线(如第一母线)失电时，母联断路器CB₃₃通过合闸使另一条母线(如第二母线)为失电母线所带负荷供电。可控制动电阻组件分别与控制器T、第一母线B1和第二母线B2连接，用于根据控制器组件的指令快速衰减失电切换母线的残压。控制器T用于在失电时判断快速切换条件是否满足，如满足快速切换条件，控制器T控制母联断路器CB₃₃合闸，实现另一条母线为失电母线所带负荷供电，如不满足快速切换条件，控制器控制可控制动电阻组件的电阻器投入运行，使失电母线残压快速衰减。 

本发明控制器T包括第一电流互感器接线G₁₁、第一电压互感器接线G₁₂、第一断路器控制接线G₁₃、第一母线电压互感器接线G₁₄、第二电流互感器接线G₂₁、第二电压互感器接线G₂₂、第二断路器控制接线G₂₃、第二母线电压互感器接线G₂₄和母联断路器控制接线G₃，其中第一电流互感器接线G₁₁与第一电流互感器CT₁₁连接，第一断路器控制接线G₁₃与第一母线断路器CB₁₁连接，第一电流互感器CT₁₁和第一母线断路器CB₁₁依次串接在工作电源母线I上，第一电压互 感器接线G₁₂与第一电压互感器PT₃₁的一端连接，第一电压互感器PT₃₁的另一端与工作电源母线I连接，第一母线电压互感器接线G₁₄与第一母线电压互感器PT₁₁的一端连接，第一母线电压互感器PT₁₁的另一端与第一母线B1连接；第二电流互感器接线G₂₁与第二电流互感器CT₂₁连接，第二断路器控制接线G₂₃与第二母线断路器CB₂₁连接，第二电流互感器CT₂₁和第二母线断路器CB₂₁依次串接在备用电源母线II上，第二电流互感器接线G₂₁与第二电压互感器PT₃₂的一端连接，第二电压互感器PT₃₂的另一端与备用电源母线II连接，第二母线电压互感器接线G₂₄与第二母线电压互感器PT₂₁的一端连接，第二母线电压互感器PT₂₁的另一端与备用电源母线II连接；母联断路器控制接线G₃与母联断路器CB₃₃连接。实际应用中，工作电源母线I上还串接有第一进线断路器CB₁₂和第一负荷断路器CB₃₁，备用电源母线II上还串接有第二进线断路器CB₂₂和第二负荷断路器CB₃₂。 

本发明可控制动电阻组件是一种可控制动电阻(Thyristor ControlledBraking Resistor，简称TCBR)，包括第一母线快速开关K₃₁、第二母线快速开关K₃₂和电阻器R，其中第一母线快速开关K₃₁的一端与第一母线B1连接，另一端与电阻器R连接，控制端与控制器T的第一母线快速开关接线G₃₁连接，用于根据控制器T的指令将第一母线B1与电阻器R接通，使第一母线B1通过电阻器R快速衰减残压；第二母线快速开关K₃₂的一端与第二母线B2连接，另一端与电阻器R连接，控制端与控制器T的第二母线快速开关接线G₃₂连接，用于根据控制器T的指令将第二母线B2与电阻器R接通，使第二母线B2通过电阻器R快速衰减残压。电阻器R可以采用水电阻。电阻器R的阻值越小或者在电压一定时功率越大，消耗的能量越大，失电后母线残压下降的速度越快。 

发明人的深入研究发现：快速切换要求母线残压衰减越慢越好，慢速切换要求母线残压衰减越快越好，现有技术切换模式出现“快速+慢速”模式的主要原因是慢速切换条件满足之前母线残压衰减太慢。为了解决快速切换问题，本发明上述技术方案提供了一种基于可控制动电阻的双电源快速切换控制 装置，根据系统的运行工况在线调节母线残压衰减特性，从而真正实现“快速+快速”模式。本发明双电源快速切换控制装置的工作过程说明如下： 

对于工作电源母线I失电情况： 

A1、正常运行时，工作电源母线I为第一负荷M1供电，备用电源母线II为第二负荷M2供电，母联断路器CB₃₃处于断开状态，与电阻器R连接的第一母线快速开关K₃₁和第二母线快速开关K₃₂处于断开状态； 

B1、当工作电源母线I失电(第一母线B1失电)时，该侧线路保护(安装于开关CB11内部)经一定延时后启动控制器T，控制器T发出控制指令断开第一母线断路器CB₁₁； 

C1、控制器T判断快速切换条件是否满足，如果满足快速切换条件，控制器T发出控制指令使母联断路器CB₃₃闭合，实现备用电源母线II(第二母线B2)对第一负荷M1的快速供电； 

D1、如果不满足快速切换条件，控制器T发出控制指令使可控制动电阻组件中的第一母线快速开关K₃₁闭合，电阻器R投入运行，使第一母线B1的残压快速衰减； 

E1、控制器T判断残压切换条件是否满足，当残压切换条件满足时，控制器T发出控制指令使可控制动电阻组件中的第一母线快速开关K₃₁断开，电阻器R退出运行；同时，控制器T发出控制指令使母联断路器CB₃₃闭合，实现备用电源母线II对第一负荷M1的快速供电。 

对于备用电源母线II失电情况： 

A2、正常运行时，工作电源母线I为第一负荷M1供电，备用电源母线II为第二负荷M2供电，母联断路器CB₃₃处于断开状态，与电阻器R连接的第一母线快速开关K₃₁和第二母线快速开关K₃₂处于断开状态； 

B2、当备用电源母线II失电(第二母线B2电)时，该侧线路保护(安装于开关CB21内部)经一定延时后启动控制器T，控制器T发出控制指令断开第二母线断路器CB₂₁； 

C2、控制器T判断快速切换条件是否满足，如果满足快速切换条件，控制器T发出控制指令使母联断路器CB₃₃闭合，实现工作电源母线I(第一母线B1)对第二负荷M2的快速供电； 

D2、如果不满足快速切换条件，控制器T发出控制指令使可控制动电阻组件中的第二母线快速开关K₃₂闭合，电阻器R投入运行，使第二母线B2的残压快速衰减； 

E2、控制器T判断残压切换条件是否满足，当残压切换条件满足时，控制器T发出控制指令使可控制动电阻组件中的第二母线快速开关K₃₂断开，电阻器R退出运行；同时，控制器T发出控制指令使母联断路器CB₃₃闭合，实现工作电源母线I对第二负荷M2的快速供电。 

本发明上述技术方案中，快速切换条件、残压切换条件以及相应的切换动作均采用现有技术的条件和动作。快速切换条件包括：Δψ≤K1，Δf≤K2，U2≥K3和UB≥K4，残压切换条件包括：U2≥K3和UR≤K6，其中Δψ为母线电压与备用电源电压之间的相角差，Δf为母线电压与备用电源电压之间的频差，U2为备用电源电压，UB为母线电压，UR为母线残压，K1、K2、K3、K4和K6为整定值。此外，本发明上述技术方案中的控制器与现有双电源供电系统的控制器基本相同，只是增加了第一母线快速开关接线和第二母线快速开关接线，用于分别控制第一母线快速开关和第二母线快速开关的闭合或断开，其结构为本领域技术人员所熟知，不再赘述。 

本发明提供了一种基于可控制动电阻的双电源快速切换控制装置，当主切换不能实现时，通过采用可控制动电阻组件在线调节母线残压衰减特性，使母线残压衰减时间缩短，在设定的电动机保护时间到来之前完成“无损”的备用切换，实现“快速+快速”模式，提高了双电源供电系统的切换速度。 

图2为本发明双电源快速切换控制方法第一实施例的流程图，包括： 

步骤11、当为第一负荷供电的工作电源母线失电时，控制器发出控制指令断开第一母线断路器； 

步骤12、控制器判断快速切换条件是否满足，是则执行步骤15，否则执行步骤13； 

步骤13、控制器发出控制指令闭合可控制动电阻组件中的第一母线快速开关，电阻器使第一母线的残压快速衰减； 

步骤14、控制器判断残压切换条件满足时，控制器发出控制指令断开所述第一母线快速开关； 

步骤15、控制器发出控制指令闭合母联断路器，实现备用电源母线对第一负荷的快速供电。 

图3为本发明双电源快速切换控制方法第二实施例的流程图，包括： 

步骤21、当为第二负荷供电的备用电源母线失电时，控制器发出控制指令断开第二母线断路器； 

步骤22、控制器判断快速切换条件是否满足，是则执行步骤25，否则执行步骤23； 

步骤23、控制器发出控制指令闭合可控制动电阻组件中的第二母线快速开关，电阻器使第二母线的残压快速衰减； 

步骤24、控制器判断残压切换条件满足时，控制器发出控制指令断开所述第二母线快速开关； 

步骤25、控制器发出控制指令闭合母联断路器，实现工作电源母线对第二负荷的快速供电。 

本发明双电源快速切换控制方法是采用前述本发明双电源快速切换控制装置实现的一种基于可控制动电阻的快速切换方法，相关内容已在前述技术方案中详细介绍，这里不再赘述。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (6)

1.一种双电源快速切换控制装置，包括控制母联断路器连接第一母线和第二母线的控制器，其特征在于，所述控制器还与用于快速衰减失电母线残压的可控制动电阻组件连接；

所述控制器用于在失电时判断快速切换条件是否满足，如满足快速切换条件，控制器控制母联断路器合闸，实现另一条母线为失电母线所带负荷供电，如不满足快速切换条件，控制器控制可控制动电阻组件的电阻器投入运行，使失电母线残压快速衰减；

所述可控制动电阻组件包括第一母线快速开关、第二母线快速开关和电阻器，所述第一母线快速开关的一端与第一母线连接，另一端与电阻器连接，控制端与控制器的第一母线快速开关接线连接，用于根据控制器的指令将第一母线与电阻器接通，使第一母线通过电阻器快速衰减残压；所述第二母线快速开关的一端与第二母线连接，另一端与电阻器连接，控制端与控制器的第二母线快速开关接线连接，用于根据控制器的指令将第二母线与电阻器接通，使第二母线通过电阻器快速衰减残压。

2.根据权利要求1所述的双电源快速切换控制装置，其特征在于，所述控制器包括第一电流互感器接线、第一电压互感器接线、第一断路器控制接线、第一母线电压互感器接线、第二电流互感器接线、第二电压互感器接线、第二断路器控制接线、第二母线电压互感器接线和母联断路器控制接线，所述第一电流互感器接线与第一电流互感器连接，所述第一断路器控制接线与第一母线断路器连接，所述第一电流互感器和第一母线断路器依次串接在工作电源母线上，所述第一电压互感器接线与第一电压互感器连接，所述第一母线电压互感器接线与第一母线电压互感器连接；所述第二电流互感器接线与第二电流互感器连接，所述第二断路器控制接线与第二母线断路器连接，所述第二电流互感器和第二母线断路器依次串接在备用电源母线上，所述第二电流互感器接线与第二电压互感器连接，所述第二母线电压互感器接线与第二母线电压互感器连接；所述母联断路器控制接线与母联断路器连接。

3.根据权利要求1所述的双电源快速切换控制装置，其特征在于，所述控制器包括与所述可控制动电阻组件连接的第一母线快速开关接线和第二母线快速开关接线。

4.根据权利要求1所述的双电源快速切换控制装置，其特征在于，所述电阻器为水电阻。

5.一种采用权利要求1～4中任一权利要求所述双电源快速切换控制装置的双电源快速切换控制方法，其特征在于，包括：

步骤11、当为第一负荷供电的工作电源母线失电时，控制器发出控制指令断开第一母线断路器；

步骤12、控制器判断快速切换条件是否满足，是则执行步骤15，否则执行步骤13；

步骤13、控制器发出控制指令闭合可控制动电阻组件中的第一母线快速开关，电阻器使第一母线的残压快速衰减；

步骤14、控制器判断残压切换条件满足时，控制器发出控制指令断开所述第一母线快速开关；

步骤15、控制器发出控制指令闭合母联断路器，实现备用电源母线对第一负荷的快速供电。

6.一种采用权利要求1～4中任一权利要求所述双电源快速切换控制装置的双电源快速切换控制方法，其特征在于，包括：

步骤21、当为第二负荷供电的备用电源母线失电时，控制器发出控制指令断开第二母线断路器；

步骤22、控制器判断快速切换条件是否满足，是则执行步骤25，否则执行步骤23；

步骤23、控制器发出控制指令闭合可控制动电阻组件中的第二母线快速开关，电阻器使第二母线的残压快速衰减；

步骤24、控制器判断残压切换条件满足时，控制器发出控制指令断开所述第二母线快速开关；

步骤25、控制器发出控制指令闭合母联断路器，实现工作电源母线对第二负荷的快速供电。

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