CN109560604A - 一种电源快速切换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双电源快速切换装置，所述双电源快速切换装置包括第一进线单元和第二进线单元，所述第一进线单元一端与主电源连接，第二进线单元一端与备用电源连接；与所述第一进线单元另一端连接的第一隔离单元；与所述第二进线单元另一端连接的第二隔离单元；分别与第一隔离单元和第二隔离单元连接的切换单元，所述切换单元还与负载连接；所述第一隔离单元和第二隔离单元用于隔离内外电网电气；所述切换单元用于切换负载接入主电源或备用电源。本发明通过增加进线单元和隔离单元提供可靠保护机制。其中，隔离单元能够限制内部短路电流流向电网；进线单元提供完善的保护策略，配合切换互锁机制，可实现线路故障不出内网。

Description

一种电源快速切换装置
技术领域
本发明涉及电源切换领域，具体涉及一种双电源快速切换装置。
背景技术
随着工业规模的扩大和自动化程度的提高，新工艺、新技术广泛应用于工业生产和人民生活的各个方面，越来越多的用户采用了性能好、效率高，但对电能质量要求高的高科技设备，因此电力用户对电能质量的要求也随之不断提高。在上述行业中，根据权威部门统计，90％以上的电能质量问题是由电压暂降引起，电压暂降因此成为最重要的电能质量问题。
电压暂降是指供电电压有效值在短时间内突然下降之后又恢复到正常运行状态的现象。对于电压暂降的指标，国际电气与电子工程师协会(IEEE)将电压暂降定义为供电电压有效值下降到额定值的90％～10％，持续时间为10ms～1min。供电系统任意点上发生的电气短路，为公共电网上观察到的电压暂降主要来源；变压器的空载合闸、大型电动机的直接启动以及某些负荷特性造成的大幅度电压变动，都可以产生与短路电流效果类似的大电流变化，尽管这类现象对发生点的影响一般不如短路严重，但是这类情况也可以划分为电压暂降。
目前针对以电压暂降为主的电能质量问题，不间断电源UPS得到广泛应用，它能解决供电中断的问题，提供短时电流供应、抑制电压暂降，但UPS设备的容量小，占用空间大，建设成本高、电池寿命短，且在线运行电能损耗高。
状态切换开关SSTS采用机械开关和晶闸管并联的方式，利用晶闸管动作的快速性和精准性，弥补机械开关的不足，比单纯的机械开关速度提高了很多。但SSTS可靠性低，建设成本较高，且在体积和损耗方面存在问题。
动态电压恢复器DVR能在毫秒级的时间内给负荷侧补偿适当的跌落电压，让负载侧恢复正常电压，消除电压暂降影响。但DVR控制策略的选择依赖于负载的类型，较为复杂，当电网电压跌至50％以下或完全中断时，DVR无法进行有效补偿，其次容量小、占用空间大、建设成本高。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种双电源快速切换装置，通过增加进线单元和隔离单元提供可靠保护机制，实现线路故障不出内网的技术效果。
本发明提供的一种双电源快速切换装置，所述双电源快速切换装置包括：
第一进线单元和第二进线单元，所述第一进线单元一端与主电源连接，第二进线单元一端与备用电源连接；与所述第一进线单元另一端连接的第一隔离单元；与所述第二进线单元另一端连接的第二隔离单元；分别与第一隔离单元和第二隔离单元连接的切换单元，所述切换单元还与负载连接；所述第一隔离单元和第二隔离单元用于隔离内外电网电气；所述切换单元用于切换负载接入主电源或备用电源。
作为一种可选方案，所述切换单元包括智能切换控制器、第一高速断路器以及第二高速断路器，所述智能切换控制器用于根据外网电压判断是否切换电源，若是，则发送切换指令至第一高速断路器和第二高速断路器，切换负载接入的电源；所述第一高速断路器用于控制主电源的接通与断开；所述第二高速断路器用于控制备用电源的接通与断开。
作为一种可选方案，所述切换单元还包括第一人工过零放电单元、第一合闸模块以及第一洛克线圈和第一电压互感器；所述第一人工过零放电单元两端分别与所述第一合闸模块两端连接；所述第一合闸模块一端与第一洛克线圈一端连接，另一端与第一高速断路器连接；所述第一洛克线圈另一端分别与智能切换控制器以及第一高速断路器；所述智能切换控制器通过第一电压互感器与主电源连接；所述切换单元还包括第二人工过零放电单元、第二合闸模块以及第二洛克线圈和和第二电压互感器；所述第二人工过零放电单元两端分别与所述第二合闸模块两端连接；所述第二合闸模块一端与第一洛克线圈一端连接，另一端与第二高速断路器连接；所述第二洛克线圈另一端分别与智能切换控制器以及第二高速断路器，所述智能切换控制器通过第二电压互感器与备用电源连接。
作为一种可选方案，所述第一进线单元或第二进线单元包括断路器室、母线室、电缆室、控制仪表室、计量室。
作为一种可选方案，所述计量室配置有计量装置，包括独立电流和电压互感器。
作为一种可选方案，所述第一隔离单元或第二隔离单元包括保护柜和隔离变压器。
作为一种可选方案，所述保护柜提供过流保护或速断保护或纵联差动保护或温度保护。
作为一种可选方案，所述隔离变压器具有短路热稳定等效时间，并具备10min过载能力。
作为一种可选方案，所述第一高速断路器或第二高速断路器采用的执行机构为电磁斥力机构。
本发明的优点在于：本发明通过增加进线单元和隔离单元提供可靠保护机制。其中，隔离单元能够限制内部短路电流流向电网；进线单元提供完善的保护策略，配合切换互锁机制，可实现线路故障不出内网。切换单元具备双闭锁功能，不偷动不拒动；具备旁路功能，方便检修和调整运行方式。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双电源快速切换装置的连接示意图。
图2为本发明实施例提供的一种双电源快速切换装置的另一连接示意图；
图3为本发明实施例提供的切换单元原理示意图；
图4为本发明实施例提供的高速断路器原理图。
具体实施方式
下面参照附图并结合具体的实施例，对本发明作进一步的详细说明。
实施例
请参照图1和图2，本发明实施例提供一种双电源快速切换装置的原理示意图，其中图中1为单母线接线方式原理图，当主电源进线出线供电质量问题时，通过中压配电网双电源快速切换装置，切换全部负荷到备用电源进线。图2为单母线分段方式原理图，当主电源进线出线供电质量问题时，通过中压配电网双电源快速切换装置和母线分段开关配合，切换全部负荷或者部分负荷到备用电源进线。
该双电源快速切换装置包括第一进线单元和第二进线单元，所述第一进线单元一端与主电源连接，第二进线单元一端与备用电源连接；与所述第一进线单元另一端连接的第一隔离单元；与所述第二进线单元另一端连接的第二隔离单元；分别与第一隔离单元和第二隔离单元连接的切换单元，所述切换单元还与负载连接；所述第一隔离单元和第二隔离单元用于隔离内外电网电气；所述切换单元用于切换负载接入主电源或备用电源。
本实施例通过增加进线单元和隔离单元提供可靠保护机制。其中，隔离单元能够限制内部短路电流流向电网；进线单元提供完善的保护策略，配合切换互锁机制，可实现线路故障不出内网。切换单元具备双闭锁功能，不偷动不拒动；具备旁路功能，方便检修和调整运行方式。
可选的，所述切换单元包括智能切换控制器、第一高速断路器以及第二高速断路器，所述智能切换控制器用于根据外网电压判断是否切换电源，若是，则发送切换指令至第一高速断路器和第二高速断路器，切换负载接入的电源；所述第一高速断路器用于控制主电源的接通与断开；所述第二高速断路器用于控制备用电源的接通与断开。
该切换单元须配置辅助的外部交/直流电源保证在进线电源失电的情况下装置能够正确动作。
该切换单元采用智能切换控制器和高速断路器实现电源的快速切换，具备双闭锁功能，不偷动、不拒动；设置旁路开关，在装置整体出现异常时，自动旁路。
可选的，所述切换单元还包括第一人工过零放电单元、第一合闸模块以及第一洛克线圈和第一电压互感器；所述第一人工过零放电单元两端分别与所述第一合闸模块两端连接；所述第一合闸模块一端与第一洛克线圈一端连接，另一端与第一高速断路器连接；所述第一洛克线圈另一端分别与智能切换控制器以及第一高速断路器；所述智能切换控制器通过第一电压互感器与主电源连接；所述切换单元还包括第二人工过零放电单元、第二合闸模块以及第二洛克线圈和和第二电压互感器；所述第二人工过零放电单元两端分别与所述第二合闸模块两端连接；所述第二合闸模块一端与第一洛克线圈一端连接，另一端与第二高速断路器连接；所述第二洛克线圈另一端分别与智能切换控制器以及第二高速断路器，所述智能切换控制器通过第二电压互感器与备用电源连接。
智能切换控制器从接于主电源、备用电源线路中的电压互感器、洛克线圈获取电压、电流数据，采用高速A/D转换器实现高分辨率数据采集，利用FPGA+DSP完成短路电流计算、电流过零点预测以及电压凹陷计算，实现在工作电源系统发生短路故障或失电的短时间内，控制高速断路器分合闸。合闸模块和人工过零放电单元接线上与高速断路器并联，配合高速断路器完成开关的快速分合闸。
可选的，所述第一进线单元或第二进线单元包括断路器室、母线室、电缆室、控制仪表室、计量室。
其中断路器室、母线室和电缆室均有独立的泄压通道，电缆室和二次控制仪表室应设置照明设备。
可选的，所述计量室配置有计量装置，包括独立电流和电压互感器。
可选的，所述第一隔离单元或第二隔离单元包括保护柜和隔离变压器。
隔离单元包括保护柜和隔离变压器，用于内外电网电气隔离，限制短路电流，和为线路提供继电保护。
可选的，所述保护柜提供过流保护或速断保护或纵联差动保护或温度保护。
可选的，所述隔离变压器具有较长的短路热稳定等效时间，并具备10min过载能力。
可选的，所述第一高速断路器或第二高速断路器为电磁斥力开关。
所述高速断路器为智能切换控制器输出信号的执行机构，可选用电磁斥力开关，开关额定分闸时间需在5ms以内，开关额定合闸时间需在15ms以内。
所述智能切换控制器采用高速A/D转换器实现高分辨率数据采集，利用FPGA+DSP完成短路电流计算、电流过零点预测以及电压凹陷计算，实现了在工作电源系统发生短路故障或失电的短时间内发出电源切换信号给相应的执行机构动作。
如图3所示，切换单元的主要核心器件有智能切换控制器、VFC高速断路器、TVSC人工过零放电单元、SPK合闸模块、LK洛克线圈、PT电压互感器。
在主备电源下切换为例，切换顺序为先分后合，切换过程如下：
正常运行时，第一高速断路器VFC1闭合，第二高速断路器VFC2断开，第一人工过零放电单元TVSC1、第二人工过零放电单元TVSC2处于充满状态；
当主电源外网故障导致电压暂降时，智能切换控制器能在3ms内判断并发出指令，VFC1高速开关5ms内分闸并达到额定开距后，TVSC1人工过零放电单元在几十微秒内可导通并产生反向高频电流，强迫VFC1开关断口电弧电流提前过零值，确保VFC1在发生电压暂降的5ms内将负载切离故障电源。
VFC1开断后，备用电源侧SPK2合闸模块在几十微秒内导通，实现备用电源快速投入，之后VFC2开关快速合闸。坚强电压保障成套装置可实现在外网电源故障时，从控制器判断到负荷切换到备用电源上，整体时间小于20ms。
图4为高速断路器原理图。本实例所选用的高速断路器为涡流驱动开关。涡流驱动开关又称电磁斥力开关，有分、合闸线圈、触头、真空灭弧室、涡流盘、储能电容组成。当可控硅导通，预先充电的电容对合闸(分闸)励磁线圈放电时，线圈会产生迅速增大的轴向磁场，此时在附近的金属运动涡流盘会感应出方向与线圈电流相反的涡流，由于金属运动涡流盘产生的磁场方向与线圈所产生的磁场方向相反，会使两者之间产生斥力。根据电磁力的特性，在分或合闸线圈匝数和电容大小一定的情况下，电磁力可以在1ms内达到50000N以上，从而推动金属运动斥力盘高速运动，使真空灭弧室内的触头闭合(分开)实现开关高速分合。
本发明提供的双电源切换装置适用于0.4kV～35kV供电系统，在有双电源进线的系统中，能将整体切换时间控制在一个周波(20ms)以内，能够解决敏感负荷的电压暂降问题，也能解决外部故障导致的供电中断问题。通过增加进线单元和隔离单元提供可靠保护机制。其中，隔离单元能够限制内部短路电流流向电网；进线单元提供完善的保护策略，配合切换互锁机制，故障不出内网。
此外，切换单元具备双闭锁功能，不偷动不拒动；具备旁路功能，方便检修和调整运行方式。
本发明提供具有高可靠性的适用于中压配电网的双回路电源快速切换装置，一方面具备高可靠性，另一方面具备快速切换的特性。可应用于石化、冶金、半导体制造等供电要求连续性强以及敏感性负荷多的场所。与DVR、UPS以及固态切换开关SSTS等设备相比，具有结构简单、造价低、容量大、可靠性高和免维护等优点。
本发明实施例提供的上述技术方案及附图，用于对本发明的进一步说明而非限制，另外应当说明的是，本领域普通技术人员应当知晓，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述双电源快速切换装置包括：
第一进线单元和第二进线单元，所述第一进线单元一端与主电源连接，
第二进线单元一端与备用电源连接；
与所述第一进线单元另一端连接的第一隔离单元；
与所述第二进线单元另一端连接的第二隔离单元；
分别与第一隔离单元和第二隔离单元连接的切换单元，所述切换单元还与负载连接；
所述第一隔离单元和第二隔离单元用于隔离内外电网电气；
所述切换单元用于切换负载接入主电源或备用电源。
2.根据权利要求1所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述切换单元包括智能切换控制器、第一高速断路器以及第二高速断路器，所述智能切换控制器用于根据外网电压判断是否切换电源，若是，则发送切换指令至第一高速断路器和第二高速断路器，切换负载接入的电源；
所述第一高速断路器用于控制主电源的接通与断开；
所述第二高速断路器用于控制备用电源的接通与断开。
3.根据权利要求2所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述切换单元还包括第一人工过零放电单元、第一合闸模块以及第一洛克线圈和第一电压互感器；所述第一人工过零放电单元两端分别与所述第一合闸模块两端连接；所述第一合闸模块一端与第一洛克线圈一端连接，另一端与第一高速断路器连接；所述第一洛克线圈另一端分别与智能切换控制器以及第一高速断路器；所述智能切换控制器通过第一电压互感器与主电源连接；所述切换单元还包括第二人工过零放电单元、第二合闸模块以及第二洛克线圈和和第二电压互感器；所述第二人工过零放电单元两端分别与所述第二合闸模块两端连接；所述第二合闸模块一端与第一洛克线圈一端连接，另一端与第二高速断路器连接；所述第二洛克线圈另一端分别与智能切换控制器以及第二高速断路器，所述智能切换控制器通过第二电压互感器与备用电源连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述第一进线单元或第二进线单元包括断路器室、母线室、电缆室、控制仪表室、计量室。
5.根据权利要求4所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述计量室配置有计量装置，包括独立电流和电压互感器。
6.根据权利要求1至3任一项所述的双电源快速切换装置，其特征在于，所述第一隔离单元或第二隔离单元包括保护柜和隔离变压器。
7.根据权利要求6所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述保护柜提供过流保护或速断保护或纵联差动保护或温度保护。
8.根据权利要求7所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述隔离变压器具有较长的短路热稳定等效时间，并具备10min过载能力。
9.根据权利要求2所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述第一高速断路器或第二高速断路器为电磁斥力开关。
10.根据权利要求2、3或8任一项所述的一种双电源快速切换装置，其特征在于，所述智能切换控制器为高速A/D转换器。
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