CN105553081B - 可控硅双电源快速切换方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可控硅双电源快速切换方法及装置，在12kV的供电系统中可以使可控硅开关模块对双电源进行快速成功切换，适用于石油化工、冶炼、矿井等对电力连续性和可靠性要求高的大型用电企业。其特点是，包括如下步骤：(1)将互为备用的两段母线之间通过分段开关(1007)连接；(2)当其中一段母线故障后，首先断开发生故障母线一侧的输入主开关，接通可控硅开关模块(1015)，直至检测到有电流通过该可控硅开关模块(1015)之后，再接通分段开关(1007)。本发明方法和装置是将可控硅开关模块取代真空断路器应用于12kV高压双电源瞬间快速切换过程中，从而最快速地实现双电源间的切换，自动恢复负载输入电压。

Description

可控硅双电源快速切换方法及装置
技术领域
本发明涉及一种可控硅双电源快速切换方法及装置，在12kV的供电系统中可以使可控硅开关模块对双电源进行快速成功切换，适用于石油化工、冶炼、矿井等对电力连续性和可靠性要求高的大型用电企业。
背景技术
在高压供电系统中，为保证供电的连续性和可靠性，企业中广泛采用备自投或微机型厂用电快切装置来实现互为备用的双电源间的切换(参见附图1)。
其中备自投装置采用微机综合保护装置，主供电源开关辅助接点直接(或经低压继电器、延时继电器)起动备用电源投入，且无同期检测，合闸瞬间容易造成很大的合闸冲击电流，切换时间长，无法保证供电的连续性和可靠性。而微机型厂用电快切装置是快速开关和微机装置快速发展相结合的产物，相对备自投装置切换速度快，对负载冲击小，但真空断路器的合闸时间是决定快速切换成功与否的一个重要因素，由于在分段开关位置的真空断路器的合闸时间在30-100ms，这大大限制了快切的切换时间及切换效果。
并且现有快切装置还普遍存在以下问题：1、防止设备误动作而设计过多的闭锁，可能由于不重要的外部异常而使得切换不成功而发生事故；2、对于一些外部工况的判据比较简单，在一些电气异常情况下对系统状态识别能力差；3、快切装置将电源开关的辅助接点的状态作为开关状态判断的的唯一依据，虽然简单但可靠性太低。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种可控硅双电源快速切换方法，通过可控硅开关模块能够在40ms内快速自动接入备用电源，实现12kV双电源间的快速、可靠切换，从而自动恢复负载输入电压；
本发明的目的之二是提供一种实现上述方法的装置。
一种可控硅双电源快速切换方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
(1)将互为备用的两段母线之间通过分段开关连接，并且在该分段开关两端并联可控硅开关模块；
(2)当步骤(1)中的两段母线均正常工作时，步骤(1)中的分段开关和可控硅开关模块均处于断开状态，从而由该两段母线单独给各自的负载供电；当其中一段母线故障后，首先断开发生故障母线一侧的输入主开关，接通可控硅开关模块，直至检测到有电流通过该可控硅开关模块之后，再接通分段开关，然后断开可控硅开关模块，从而仅通过分段开关连续给故障母线所带的负载供电。
还包括步骤(3)，即当检测到故障母线电压恢复到≥90％的额定电压后即视为其已恢复正常，然后发出接通已断开的输入主开关命令，确认该命令形成之后则发出断开分段开关的命令，成功断开分段开关之后进入等待模式，即等待输入主开关的接通，之后两段母线恢复正常独立工作。
步骤(2)中可控硅开关模块的导通时间控制在0.35s以内。
一种可控硅双电源快速切换装置，包括互为备用的第一母线和第二母线，该第一母线通过第一输入主开关、第一电流互感器与第一负载连接，而该第二母线通过第二输入主开关、第二电流互感器与第二负载连接，并且该第一母线还依次通过第一输入主开关、第一电流互感器、分段开关、第二电流互感器、第二输入主开关与第二母线连接，其特别之处在于：在所述分段开关两端并联有可控硅开关模块，还包括管理模块，该管理模块分别与所述的第一输入主开关、分段开关、第二输入主开关和可控硅开关模块连接，从而能控制第一输入主开关、分段开关、第二输入主开关和可控硅开关模块的通、断；
其中该管理模块还分别与所述的第一电流互感器二次侧和第二电流互感器二次侧连接；
其中在可控硅开关模块旁还串联有第三电流互感器，该管理模块还与该第三电流互感器二次侧连接。
其中可控硅开关模块还与一安全开关串联，该安全开关与管理模块连接，从而能控制该安全开关的断开；
其中第一输入主开关两端分别连接有第一电压互感器和第二电压互感器，而第二输入主开关两端分别连接有第三电压互感器和第四电压互感器，该第一电压互感器二次侧、第二电压互感器二次侧、第三电压互感器二次侧和第四电压互感器二次侧分别与前述的管理模块连接。
其中可控硅开关模块由至少两组可控硅组成，其中第一组可控硅和第二组可控硅均由若干可控硅同向串联而成，并且第一组可控硅的公共正极与第二组可控硅的公共负极连接作为第一接线端，而第一组可控硅的公共负极与第二组可控硅的公共正极连接作为第二接线端。
其中管理模块包括嵌入式控制器，该嵌入式控制器分别与人机交互界面、电压及电流检测电路和可控硅触发脉冲生成器连接，其中可控硅触发脉冲生成器与可控硅开关模块连接，而电压及电流检测电路分别与第一电压互感器二次侧、第二电压互感器二次侧、第三电压互感器二次侧、第四电压互感器二次侧、第一电流互感器二次侧、第二电流互感器二次侧和第三电流互感器二次侧连接。
其中可控硅开关模块采用单极可控硅切换开关，该单极可控硅切换开关包括平行布置的两个大功率可控硅串联组合装置，还包括公共导流上母排，该公共导流上母排分别与其中一个大功率可控硅串联组合装置的公共负极和另一个大功率可控硅串联组合装置的公共正极连接，还包括公共导流下母排，该公共导流下母排分别与其中一个大功率可控硅串联组合装置的公共正极和另一个大功率可控硅串联组合装置的公共负极连接；在该两个大功率可控硅串联组合装置之间安装有绝缘管，在该两个大功率可控硅串联组合装置之间还安装有可控硅控制模块，该可控硅控制模块分别与两个大功率可控硅串联组合装置内的可控硅连接，另外在该绝缘管内还设有电流互感器的公共初始绕组，而在可控硅控制模块上设有穿心电流互感器作为次级绕组，前述的绝缘管从该穿心电流互感器中间穿过。
其中可控硅控制模块包括触发信号调节电路，该触发信号调节电路包括整流二极管和电阻，具体是所述次级绕组的两端分别引出并各自通过整流二极管后再短接从而作为第一输出端接可控硅的门极，该次级绕组的中间引出后从而作为第二输出端接可控硅的阴极，另外在该第一输出端和第二输出端之间串联有电阻。
其中可控硅控制模块包括均压电路，该均压电路包括串联在一起的第一分压电容、第二分压电容和限流电阻，并且该均压电路两端并联在大功率可控硅串联组合装置中的一个可控硅的阳极和阴极两端。
其中大功率可控硅串联组合装置包括两块平行的侧板，在该两块侧板之间分别固定安装有上支撑板和下支撑板，在该下支撑板上安装有压紧机构，在该压紧机构的顶端安装有导流下母排，而在前述的上支撑板下方安装有导流上母排，在该导流上母排和导流下母排之间叠放安装有若干可控硅。
其中一个大功率可控硅串联组合装置中的所有可控硅均为正向叠放，而另一个大功率可控硅串联组合装置中的所有可控硅均为反向叠放，该两个大功率可控硅串联组合装置中的导流上母排连接后作为公共导流上母排，而该两个大功率可控硅串联组合装置中的导流下母排连接后作为作为公共导流下母排。
其中在导流上母排的至少一侧安装有上导电厚铝板，而在导流下母排的至少一侧安装有下导电厚铝板；在每两个相邻可控硅之间均安装有一个导电薄铝板，该两个相邻可控硅分别通过紧固件固定在该导电薄铝板上；在导流下母排上安装有一个导电薄铝板，该导电薄铝板通过紧固件与该导电薄铝板上方的一块可控硅固定连接。
其中在两块侧板上均开有导向槽，而在所有导电薄铝板两端均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内，在下导电厚铝板和上导电厚铝板两端也均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内，另外在导流上母排和导流下母排两端也均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内。
其中压紧机构包括推进器，该推进器从下支撑板中间穿过并且与其螺纹连接，在该推进器顶端安装有顶盖，并且在该顶盖与推进器之间安装有弹性元件，另外在推进器底端安装有绝缘盖。
其中在导流上母排和上支撑板之间还安装有垫板；其中侧板采用电木材质。
其中两个大功率可控硅串联组合装置的侧板之间的可控硅控制模块数量与一个大功率可控硅串联组合装置中可控硅的数量相等，并且每一块可控硅控制模块安装在一块电路板上，该电路板卡装在两个大功率可控硅串联组合装置的侧板之间，该电路板同时与其两侧的大功率可控硅串联组合装置内的各自一个可控硅连接；其中在两个大功率可控硅串联组合装置的侧板之间垂直安装有两根平行的绝缘管，在每一根绝缘管内均设有电流互感器的公共初始绕组，并且该两根绝缘管分别从所有电路板上的两个穿心电流互感器中间穿过。
本发明方法和装置是将可控硅开关模块取代真空断路器应用于12kV高压双电源瞬间快速切换过程中，使用时当电网主输入线路出现故障，可控硅开关模块可以在40ms内自动接入备用电源，从而最快速地实现双电源间的切换，自动恢复负载输入电压。
本发明的优点还包括：在断电瞬间采用可控硅开关模块进行快速切换，切换更加快速、平稳。该装置还可自动发出故障信号，及时告知维护人员确切的故障位置，极大地提高了电力的安全可靠性。并且还具有如下优点：1、相频、幅频检测功能：切换时保证由于电动机负载惯性作用产生的残压和无故障母线电压的相位差在350内，此时压降也小，避免相位差或压差过大时合闸而对电机负载造成冲击；2、故障判断准确、故障识别能力强。经过试用证明，采用本发明后，在电网出现故障时，可以有效确保大功率负载连续生产作业，为电网可靠运行提供了保障。
附图说明
附图1为本发明背景技术的原理图；
附图2为本发明装置的原理图。
附图3为本发明中单极可控硅切换开关的结构示意图；
附图4为本发明中大功率可控硅串联组合装置的结构示意图；
附图5为本发明中可控硅控制模块的触发信号调节电路的原理图；
附图6为本发明中可控硅控制模块的电路原理图；
附图7为本发明中单极可控硅切换开关的电路原理图。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供了一种可控硅双电源快速切换方法，包括如下步骤：
(1)将互为备用的两段母线之间通过分段开关1007(具体采用真空断路器)连接，并且在该分段开关1007两端并联可控硅开关模块1015；
(2)当步骤(1)中的两段母线均正常工作时，步骤(1)中的分段开关1007和可控硅开关模块1015均处于断开状态，从而由该两段母线单独给各自的第一负载1010和第二负载1011供电；当其中一段母线故障后，首先断开发生故障母线一侧的输入主开关(具体采用真空断路器)，接通可控硅开关模块1015，直至检测到有电流通过可控硅开关模块1015之后，再接通分段开关1007，在收到确认分段开关1007接通的信号后，断开可控硅开关模块1015，从而仅通过分段开关1007连续给故障母线所带的负载供电；
(3)当检测到故障母线电压≥90％的额定电压后，断开分段开关1007，接通故障恢复的母线一侧的输入主开关，从而使两段母线恢复正常独立工作。
步骤(2)中母线故障主要是指：1、输入主开关上方的电源断开；2、输入主开关断开；3、输入主开关上方短路。在失去12kV开关柜的一段母线电压时，装置用来在不出现过电流的情况下尽快地切换到无故障输入母线段，切换时要确保残压和无故障母线电压的相角差在350内。切换速度快、冲击小、成功率高，提高了切换的效果；故障判断准确，故障识别能力强，功能齐全。
一、1、2两种故障情况说明：
输入开关没有电流通过；由于电动机的惯性运行，产生残压，电压不断减小，频率降低，则对应的故障母线和备用母线之间产生不断变化的压差及相位差，由于残压从起初的额定电压开始，即100％开始降，切换时必须保证残压≥60％，在残压高于60％额定电压并且相位差大于22度时，则断开故障母线的主开关，如果检测到备用母线电压高于80％额定电压，并且残压和备用母线相位差在350内，则执行切换，即管理模块发出接通可控硅开关的命令，在确认可控硅通过检测电流之后，发出接通分段开关的命令，确认分段开关接通之后则断开可控硅，仅通过分段开关1007连续给故障母线所带的负载供电，可控硅在整个过程起过渡作用。
二、故障3情况说明：
如果短路发生在输入主开关的上方时，母线段电压降低，至少一个相的电压低于60％额定电压，主开关上面电压低于90％额定电压并且不存在电流最大值的信号指示，发出断开输入主开关的命令。在接收到来自输入主开关断开的接点信号后，管理模块将检测故障母线段主开关上面电压仍低于90％额定电压，然后检测相位差在允许的350内，如果满足便允许接通可控硅。
可控硅开关模块1015功率大，在切换装置中只起瞬时过度作用，没有加装散热器，只能短时工作，必须确保可控硅开关模块1015的导通时间≤0.35s。具体实现方法：通过控制触发脉冲的生成来使可控硅开关模块在过零点断开，以确保可控硅开关模块1015的导通时间在0.35s以内。
如图2所示，本发明提供了一种可控硅双电源快速切换装置，包括互为备用的第一母线1001和第二母线1002，该第一母线1001通过第一输入主开关1005、第一电流互感器1017与第一负载1010连接，而该第二母线1002通过第二输入主开关1006、第二电流互感器1018与第二负载1011连接，并且该第一母线1001还依次通过第一输入主开关1005、第一电流互感器1017、分段开关1007、第二电流互感器1018、第二输入主开关1006与第二母线1002连接，在所述分段开关1007两端并联有可控硅开关模块1015，还包括管理模块1016，该管理模块1016分别与所述的第一输入主开关1005、分段开关1007、第二输入主开关1006和可控硅开关模块1015连接，从而能控制第一输入主开关1005、分段开关1007、第二输入主开关1006和可控硅开关模块1015的通、断。
其中该管理模块1016还分别与所述的第一电流互感器1017二次侧和第二电流互感器1018二次侧连接；其中在可控硅开关模块1015旁还串联有第三电流互感器1019，该管理模块1016与该第三电流互感器1019二次侧连接。
其中可控硅开关模块1015还与一安全开关1014串联，该安全开关1014与管理模块1016连接，从而仅仅能控制该安全开关1014的断开，而安全开关的接通是在装置投入运行时通过手动来进行合闸操作。
其中第一输入主开关1005两端分别串联有第一电压互感器1003和第二电压互感器1012，而第二输入主开关1006两端分别串联有第三电压互感器1004和第四电压互感器1013，该第一电压互感器1003二次侧、第二电压互感器1012二次侧、第三电压互感器1004二次侧和第四电压互感器1013二次侧分别与前述的管理模块1016连接。
其中可控硅开关模块1015由两组可控硅组成，其中第一组可控硅1015-a和第二组可控硅1015-b均由若干可控硅同向串联而成，并且第一组可控硅1015-a的公共正极与第二组可控硅1015-b的公共负极连接作为第一接线端，而第一组可控硅1015-a的公共负极与第二组可控硅1015-b的公共正极连接作为第二接线端。
其中管理模块1016包括嵌入式控制器，该嵌入式控制器分别与人机交互界面、电压及电流检测电路和可控硅触发脉冲生成器连接，其中可控硅触发脉冲生成器与可控硅开关模块1015连接，而电压及电流检测电路分别与第一电压互感器1003二次侧、第二电压互感器1012二次侧、第三电压互感器1004二次侧、第四电压互感器1013二次侧、第一电流互感器1017二次侧、第二电流互感器1018二次侧和第三电流互感器1019二次侧连接，从而获取相应电压、电流及相位等信息并由电压及电流检测电路进行转换后提供给嵌入式控制器。
具体是管理模块包括美国Rabbit公司的BL2600嵌入式控制器、OP6810智能操作界面，PT、CT信号采集、转换模块(电压及电流检测电路)，可控硅触发脉冲生成器等。其中可控硅触发脉冲生成器采用现有常规可控硅触发电路即可。
如图3所示，其中可控硅开关模块1015采用单极可控硅切换开关，该单极可控硅切换开关包括平行布置的两个大功率可控硅串联组合装置，还包括公共导流上母排102，该公共导流上母排102分别与其中一个大功率可控硅串联组合装置的公共负极和另一个大功率可控硅串联组合装置的公共正极连接，还包括公共导流下母排101，该公共导流下母排101分别与其中一个大功率可控硅串联组合装置的公共正极和另一个大功率可控硅串联组合装置的公共负极连接；在该两个大功率可控硅串联组合装置之间安装有绝缘管105，在该两个大功率可控硅串联组合装置之间还安装有可控硅控制模块，该可控硅控制模块分别与两个大功率可控硅串联组合装置内的可控硅连接，另外在该绝缘管105内还设有电流互感器的公共初始绕组(具体为4圈)，而在可控硅控制模块上设有穿心电流互感器作为次级绕组，前述的绝缘管105从该穿心电流互感器中间穿过，具体是一个电路板103包含两个穿心式电流互感器，左、右共两个绝缘管105，材料为玻璃纤维，分别穿过两个穿心式电流互感器。
如图5、7所示，其中可控硅控制模块包括触发信号调节电路，该触发信号调节电路包括整流二极管和电阻，具体是所述次级绕组的两端分别引出并各自通过整流二极管后再短接从而作为第一输出端接可控硅的门极，该次级绕组的中间引出后从而作为第二输出端接可控硅的阴极，另外在该第一输出端和第二输出端之间串联有电阻，该电阻作用是经过电流互感器初级绕组的触发信号为电流信号，电阻用来将电流信号转换成电压信号，从而满足可控硅门级触发的功率要求。
如图6所示，其中可控硅控制模块还包括均压电路，该均压电路包括串联在一起的第一分压电容C1、第二分压电容C2和限流电阻，并且该均压电路两端并联在大功率可控硅串联组合装置中的一个可控硅的阳极和阴极两端。具体在一块电路板103的可控硅控制模块设置两个分压电容和两个电阻，两个电容分别通过两个电阻接两个可控硅的阳极和阴极两端，即两个可控硅共用两个串联的分压电容。
如图4所示，其中大功率可控硅串联组合装置包括两块平行的侧板2，在该两块侧板2之间分别固定安装有上支撑板3a和下支撑板3b，在该下支撑板3b上安装有压紧机构，在该压紧机构的顶端安装有导流下母排8，而在前述的上支撑板3a下方安装有导流上母排12，在该导流上母排12和导流下母排8之间叠放安装有若干可控硅10。
其中两个大功率可控硅串联组合装置的侧板2之间的可控硅控制模块数量与大功率可控硅串联组合装置中可控硅10的数量相等，并且每一块可控硅控制模块安装在一块电路板103上，该电路板103通过卡槽卡装在两个大功率可控硅串联组合装置的两块侧板2(实际是两块侧板2的外表面)之间。该可控硅控制模块分别与其两侧的大功率可控硅串联组合装置内的一个可控硅10连接(由于一个电路板103同时控制两侧的两个可控硅，因此电路板103的数量与一个大功率可控硅串联组合装置中可控硅10的数量相等)；其中在两个大功率可控硅串联组合装置的侧板2之间垂直安装有两根平行的绝缘管105，在每一根绝缘管105内缠绕有电流互感器的公共初始绕组，并且该两根绝缘管105分别从所有电路板103上的两个穿心电流互感器(每一个电路板103上设有两个穿心电流互感器)中间穿过。
其中在导流上母排12的至少一侧(例如下方)安装有上导电厚铝板7a，而在导流下母排8的至少一侧(例如下方)安装有下导电厚铝板7b；在每两个相邻可控硅10之间均安装有一个导电薄铝板9，该两个相邻可控硅10分别通过紧固件(例如定位销)固定在该导电薄铝板9上；在导流下母排8上设有一个导电薄铝板9，该导电薄铝板9通过紧固件与该导电薄铝板9上方的一块可控硅10固定连接。
其中在两块侧板2上均开有导向槽，而在所有导电薄铝板9两端均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内，在下导电厚铝板7b和上导电厚铝板7a两端也均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内。其中压紧机构包括推进器4，该推进器4从下支撑板3b中间穿过并且与其螺纹连接，在该推进器4顶端安装有顶盖6，并且在该顶盖6与推进器4之间安装有弹性元件，例如蝶形弹簧片5，另外在推进器4底端安装有聚酰胺树脂材质的绝缘盖14。其中在导流上母排12和上支撑板3a之间还安装有垫板13。其中侧板2采用电木材质。基座1材质是Q235，两块支撑板材质是20号钢。另外在两块平行的侧板2底部中间安装有一块基座1，通过螺栓将两块平行的侧板2分别固定的基座1的两端。
下面结合附图来对本发明中的单极可控硅切换开关部分作进一步详细的说明：
由于可控硅开关通断时间在微妙级，切换时间更快，所产生冲击更小，因此可以用可控硅固体开关代替机械开关来实现在高压双电源系统故障瞬间的快速切换，但是由于单个可控硅耐压有限，该装置串联多个可控硅，并且要求可控硅只在故障瞬间短时供电，起瞬时过渡作用，因此可以不安装散热装置。
由于可控硅开关模块只是在母线断电瞬间起过渡作用，没有安装散热器，必须确保可控硅开关模块1015的连续导通时间≤0.35s，具体实现方法：通过控制触发脉冲的生成来使可控硅开关模块在过零点断开，以确保可控硅开关模块1015的导通时间在0.35s以内。
1、本发明提出了一种单极可控硅切换开关，其核心是两个(大功率)可控硅串联组合装置，主要有(2250A电流大功率)可控硅10、导流母排、蝶形弹簧片、基座1等组成。基座1与左右两侧的两块(电木)侧板2通过M8螺栓连接，上支撑板3a与两块侧板2通过M10螺栓连接固定；下支撑板3b上设计有M40螺纹通孔，并与推进器4通过螺纹连接，推进器4下方套有绝缘盖14(用来增加金属推进器4与基座1的电绝缘强度)，顶盖6与推进器4中间夹两组4片对称的蝶型弹簧片5(上下各两片，上下对称)；通过推进器4的旋转即可带动弹簧片和顶盖6上下移动，顶紧下导电厚铝板7b。
下导电厚铝板7b与导电薄铝板9间安装导流下母排8，导电薄铝板9与大功率可控硅10之间通过定位销11连接定位(导电薄铝板9与大功率可控硅10连接处设计有3.5cm圆孔)，每一块可控硅10上下均设计有3.5cm的圆孔，通过定位销11与导电薄铝板9上下相连，依次安装8块可控硅10，最上端的可控硅10顶面与上导电厚铝板7a通过定位销11连接，导流上母排12位于顶端的上导电厚铝板7a与垫板13之间，垫板13与上支撑板3a通过定位销11定位连接，上支撑板3a与两块侧板2上端通过M10的螺栓连接固定。
八块导电薄铝板9与两块厚铝板7通过电木侧板2中间设计的安装槽卡装连接，推进器4通过旋转带动弹簧片5以及顶盖6加紧或松开上方的八个大功率可控硅10以及导电薄铝板9、厚铝板7。
其中左右两个电木侧板2上的导向槽，能够确保可控硅10串联组受力均匀、机械稳定性良好。定位销11使大功率可控硅10和导电薄铝板9同心，使可控硅10的中性线与串联组的中心线重合，保证各可控硅10受力均匀，提高了可控硅10串联结构的稳定性。为确保可控硅的紧固力足够，使用时推进器4通过螺纹连接至下支撑板3b，旋转推进器4，使其和碟形弹簧片5刚接触上而不对蝶形弹簧片5施加力，然后根据需要，用螺母扳手紧固推进器4，通过控制蝶形弹簧片的形变量，即可为可控硅提供合适的紧固力。
2、触发信号调节电路：
电流互感器的初级(绝缘管105内缠绕)的电流互感器TA的公共初始绕组)送入一个高频的电流信号，在它的每一次级上得到一致的多组高频信号，对这些信号分别进行整流，就得到了直流信号，从而满足了可控硅10的触发要求。
如图5所示为单个触发信号调节电路的原理图，端点Z1、端点Z2、端点Z3为电流互感器TA1(或者电流互感器TA2，总称电流互感器TA)的次级绕组(线圈，即作为次级绕组的穿心电流互感器)的三个引出端，端点Z4、端点Z5为触发信号调节电路的输出两端，其中端点Z5接大功率可控硅的门级，端点Z4接可控硅的阴极，两个二极管VD1和VD2(或者VD3和VD4)用来将交流输出信号整流后输出，电阻用来将电流信号转换为电压控制信号，以满足可控硅触发的功率要求。如图6所示，为每一块电路板103电路原理图。包括两个触发信号调节电路分别控制两个可控硅，以及一个均压电路。
3、均压电路：
理想的可控硅串联希望可控硅承受的电压相等，但实际上因可控硅特性之间的差异，一般都会存在电压分配不均的问题。为了调整在此时施加到每个可控硅的电压，在交流工作状态下，如图6所示，每个可控硅处均并联安装了第一电容器C1和第二电容器C2用来均压(调整施加到串联的各个可控硅的电压，使其电压均匀分布)。电阻R3和电阻R2用于限制在接通可控硅时电容器的充电电流。
4、本发明的切换开关由两组可控硅组合结构反并联组合而成，公共导流下母排101(由左右两个母排组成)与公共导流上母排102分别与两组可控硅上下连接从而实现一个通路，两组反并联结构中每一组对应的可控硅同时连接一块电路板103，从上而下有八块电路板103，连接八组可控硅，电路板103(提供可以打开可控硅切换开关的信号)安装于内侧的两块电木材质的侧板2之间，每块电木板设计有插槽，用来固定电路板103(每组电路板103控制两个相对的可控硅)。
电路板103上设计有穿心电流互感器，绝缘管105(在绝缘管105中绕线，可以提高触发信号传输线的抗干扰能力，并增加线和外部金属的绝缘能力)通过穿心电流互感器定位八块电路板103，绝缘管105中绕4圈高耐压、高耐热电缆作为电流互感器的初始绕组。
公共导流下母排101和公共导流上母排102通过支撑板3b和推进器4固定，下支撑板3b通过M10螺栓与两侧的电木侧板2连接固定，推进器4通过旋转带动蝶形弹簧片5和顶盖6夹紧母排，具体是两块导流下母排8通过M12螺栓和螺母连接，其中一块母排上设计有宽6.5mm长x的长条槽而另一块母排上设计有13mm的通孔，使两块导流下母排8在安装过程中便于调节两侧串联的可控硅。为了防止公共导流上母排102对电路板103的影响，在两者之间安装一块绝缘隔板104，安装方法同电路板103。
本发明的切换开关采用两个单独的串联组合结构，前后各加绝缘侧板，作为触发调节电路的可控硅控制模块(电路板103)安装在两块侧板2之间，每一对(左右两个)可控硅接一个电路板103，通过可控硅门级和阴极的引出线与电路板103的对应点连接。
实施例1：
如图1所示，现有的快速切换装置借助高压快速开关来实现故障时的电源切换，由于真空断路器固有的合闸时间长，大大限制了切换的快速性，本发明的技术方案提出将可控硅开关模块1015并联在分段开关1007处，来实现在断电瞬间快速地接通可控硅开关模块1015，实现双电源间的切换。可控硅开关模块1015旨在为了故障情况时在接通分段开关1007之前(由于分段开关1007的机械合闸，时间远远大于可控硅固体开关毫秒级)最快的连接开关柜的一二段母线。由于可控硅开关模块1015并联在分段开关1007处，母线故障时可控硅开关模块1015工作时间短(不超过0.35s)，因此可以不用安装散热器。
本发明装置分为自动和手动，自动状态下，装置根据故障情况自行切换；手动状态下，由工作人员进行断开输入主开关和接通分段开关1007的操作。在自动模式下，用于调节和手动控制装置的按钮(紧急关闭的除外)应禁止操作。
本发明装置组成：互为备用的两段母线进线通过并联的分段开关1007(真空断路器)和大功率可控硅开关模块1015连接，其中可控硅开关模块1015还串联一个安全开关1014。管理模块1016通过输入端的输入信号检测供电故障，最终实现对可控硅开关模块1015和分段开关1007等的控制，来保证双电源间的快速成功切换。
工作过程如下：在两段母线输入端正常工作时，管理模块1016处于待机状态，可控硅开关模块1015是不能导通的，此时两段母线单独给各自负载供电。当管理模块1016确认其中一段母线故障后，并确认完全断开发生故障的母线，之后发出接通可控硅开关模块1015的命令，当检测到有电流通过可控硅开关模块1015之后，发出接通分段开关1007的命令，确认分段开关1007接通之后(即在收到确认分段开关接通的信号后同时发出断开可控硅开关模块1015的命令)，断开可控硅开关模块1015，此后即可仅通过分段开关1007连续给故障母线所带负载正常供电。
由于分段开关1007的持续供电，可控硅开关模块1015从接通到断开通过的电流时间非常短暂，从而保证可控硅不会由于通电时间长而造成发热损坏或寿命缩短(由于可控硅功率大，发热快，只能短时接通，其最大接通时间由分段开关1007切换至最大电流所需接通时间来确定，最大不能超过0.35s)。当管理模块1016检测到故障一侧母线电压达到(恢复到≥90％的额定电压后(故障恢复到正常情况)，接通之前因故障断开的输入主开关，然后断开分段开关1007，使两段母线回复正常独立供电。
安全开关1014正常工作状态下是闭合的，有两个作用：当两段母线正常独立供电时，可控硅开关模块1015应当处于断开状态，如果此时管理模块1016却检测到可控硅开关模块1015中有电流通过，管理模块1015立即发出断开安全开关1014的命令，以免两段母线形成环流而对电网的稳定和设备的安全造成巨大威胁；当其中一段母线出现故障时，管理模块1016发出的命令使可控硅开关模块1014接通，此时与分段开关1007并联的可控硅开关模块1015及安全开关1014线路发生短路，则管理模块1015发出断开安全开关1014的命令，避免可控硅通过大的电流而损坏。
为了保护来自分段开关1007脉冲操作浪涌对可控硅功率模块的影响，在可控硅连接处必须安装避雷器。

Claims (13)

1.一种可控硅双电源快速切换装置，包括互为备用的第一母线(1001)和第二母线(1002)，该第一母线(1001)通过第一输入主开关(1005)、第一电流互感器(1017)与第一负载(1010)连接，而该第二母线(1002)通过第二输入主开关(1006)、第二电流互感器(1018)与第二负载(1011)连接，并且该第一母线(1001)还依次通过第一输入主开关(1005)、第一电流互感器(1017)、分段开关(1007)、第二电流互感器(1018)、第二输入主开关(1006)与第二母线(1002)连接，其特征在于：在所述分段开关(1007)两端并联有可控硅开关模块(1015)，还包括管理模块(1016)，该管理模块(1016)分别与所述的第一输入主开关(1005)、分段开关(1007)、第二输入主开关(1006)和可控硅开关模块(1015)连接，从而能控制第一输入主开关(1005)、分段开关(1007)、第二输入主开关(1006)和可控硅开关模块(1015)的通、断；
其中该管理模块(1016)还分别与所述的第一电流互感器(1017)二次侧和第二电流互感器(1018)二次侧连接；
其中在可控硅开关模块(1015)旁还串联有第三电流互感器(1019)，该管理模块(1016)还与该第三电流互感器(1019)二次侧连接；
其中可控硅开关模块(1015)由至少两组可控硅组成，其中第一组可控硅(1015-a)和第二组可控硅(1015-b)均由若干可控硅同向串联而成，并且第一组可控硅(1015-a)的公共正极与第二组可控硅(1015-b)的公共负极连接作为第一接线端，而第一组可控硅(1015-a)的公共负极与第二组可控硅(1015-b)的公共正极连接作为第二接线端。
2.如权利要求1所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中可控硅开关模块(1015)还与一安全开关(1014)串联，该安全开关(1014)与管理模块(1016)连接，从而能控制该安全开关(1014)的断开；
其中第一输入主开关(1005)两端分别连接有第一电压互感器(1003)和第二电压互感器(1012)，而第二输入主开关(1006)两端分别连接有第三电压互感器(1004)和第四电压互感器(1013)，该第一电压互感器(1003)二次侧、第二电压互感器(1012)二次侧、第三电压互感器(1004)二次侧和第四电压互感器(1013)二次侧分别与前述的管理模块(1016)连接。
3.如权利要求1所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中管理模块(1016)包括嵌入式控制器，该嵌入式控制器分别与人机交互界面、电压及电流检测电路和可控硅触发脉冲生成器连接，其中可控硅触发脉冲生成器与可控硅开关模块(1015)连接，而电压及电流检测电路分别与第一电压互感器(1003)二次侧、第二电压互感器(1012)二次侧、第三电压互感器(1004)二次侧、第四电压互感器(1013)二次侧、第一电流互感器(1017)二次侧、第二电流互感器(1018)二次侧和第三电流互感器(1019)二次侧连接。
4.如权利要求1所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中可控硅开关模块(1015)采用单极可控硅切换开关，该单极可控硅切换开关包括平行布置的两个大功率可控硅串联组合装置，还包括公共导流上母排(102)，该公共导流上母排(102)分别与其中一个大功率可控硅串联组合装置的公共负极和另一个大功率可控硅串联组合装置的公共正极连接，还包括公共导流下母排(101)，该公共导流下母排(101)分别与其中一个大功率可控硅串联组合装置的公共正极和另一个大功率可控硅串联组合装置的公共负极连接；在该两个大功率可控硅串联组合装置之间安装有绝缘管(105)，在该两个大功率可控硅串联组合装置之间还安装有可控硅控制模块，该可控硅控制模块分别与两个大功率可控硅串联组合装置内的可控硅连接，另外在该绝缘管(105)内还设有电流互感器的公共初始绕组，而在可控硅控制模块上设有穿心电流互感器作为次级绕组，前述的绝缘管(105)从该穿心电流互感器中间穿过。
5.如权利要求4所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中可控硅控制模块包括触发信号调节电路，该触发信号调节电路包括整流二极管和电阻，具体是所述次级绕组的两端分别引出并各自通过整流二极管后再短接从而作为第一输出端接可控硅的门极，该次级绕组的中间引出后从而作为第二输出端接可控硅的阴极，另外在该第一输出端和第二输出端之间串联有电阻。
6.如权利要求4所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中可控硅控制模块包括均压电路，该均压电路包括串联在一起的第一分压电容(C1)、第二分压电容(C2)和限流电阻，并且该均压电路两端并联在大功率可控硅串联组合装置中的一个可控硅的阳极和阴极两端。
7.如权利要求4至6中任意一项所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中大功率可控硅串联组合装置包括两块平行的侧板(2)，在该两块侧板(2)之间分别固定安装有上支撑板(3a)和下支撑板(3b)，在该下支撑板(3b)上安装有压紧机构，在该压紧机构的顶端安装有导流下母排(8)，而在前述的上支撑板(3a)下方安装有导流上母排(12)，在该导流上母排(12)和导流下母排(8)之间叠放安装有若干可控硅(10)。
8.如权利要求4所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中一个大功率可控硅串联组合装置中的所有可控硅(10)均为正向叠放，而另一个大功率可控硅串联组合装置中的所有可控硅(10)均为反向叠放，该两个大功率可控硅串联组合装置中的导流上母排(12)连接后作为公共导流上母排(102)，而该两个大功率可控硅串联组合装置中的导流下母排(8)连接后作为作为公共导流下母排(101)。
9.如权利要求7所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中在导流上母排(12)的至少一侧安装有上导电厚铝板(7a)，而在导流下母排(8)的至少一侧安装有下导电厚铝板(7b)；在每两个相邻可控硅(10)之间均安装有一个导电薄铝板(9)，该两个相邻可控硅(10)分别通过紧固件固定在该导电薄铝板(9)上；在导流下母排(8)上安装有一个导电薄铝板(9)，该导电薄铝板(9)通过紧固件与该导电薄铝板(9)上方的一块可控硅(10)固定连接。
10.如权利要求9所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中在两块侧板(2)上均开有导向槽，而在所有导电薄铝板(9)两端均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内，在下导电厚铝板(7b)和上导电厚铝板(7a)两端也均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内，另外在导流上母排(12)和导流下母排(8)两端也均设有导向凸台从而能卡在该导向槽内。
11.如权利要求7所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中压紧机构包括推进器(4)，该推进器(4)从下支撑板(3b)中间穿过并且与其螺纹连接，在该推进器(4)顶端安装有顶盖(6)，并且在该顶盖(6)与推进器(4)之间安装有弹性元件，另外在推进器(4)底端安装有绝缘盖(14)。
12.如权利要求7所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中在导流上母排(12)和上支撑板(3a)之间还安装有垫板(13)；其中侧板(2)采用电木材质。
13.如权利要求7所述的可控硅双电源快速切换装置，其特征在于：其中两个大功率可控硅串联组合装置的侧板(2)之间的可控硅控制模块数量与一个大功率可控硅串联组合装置中可控硅(10)的数量相等，并且每一块可控硅控制模块安装在一块电路板(103)上，该电路板(103)卡装在两个大功率可控硅串联组合装置的侧板(2)之间，该电路板(103)同时与其两侧的大功率可控硅串联组合装置内的各自一个可控硅(10)连接；其中在两个大功率可控硅串联组合装置的侧板(2)之间垂直安装有两根平行的绝缘管(105)，在每一根绝缘管(105)内均设有电流互感器的公共初始绕组，并且该两根绝缘管(105)分别从所有电路板(103)上的两个穿心电流互感器中间穿过。
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