CN113452076A - 一种不停电作业快速切换系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速切换系统，尤其涉及一种不停电作业快速切换系统及其方法，属于保供电技术领域。包括变压器、低压配电箱、移动发电车、断路器Q1、断路器Q2、转换开关TSE1、转换开关TSE2、固态电子开关G1、主控单元M1、电流传感器CT1和电流传感器CT2。从而实现台区负荷在市电与移动式发电车之间通过非并网的方式进行同期倒换，从而保证负荷的不停电平稳过渡，使其具有同步性高、转换灵活、分断电弧低、冲击电流小、相位平稳过渡等显著优势。

Description

一种不停电作业快速切换系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种快速切换系统，尤其涉及一种不停电作业快速切换系统及其方法，属于保供电技术领域。
背景技术
国网公司大力推进“取消配网计划停电作业”，对低压台区用电负荷的不停电作业已在各地推广并应用，目前其主要实现方案归结为以下两类：1、通过检同期并网合环转电的方案实现，该方案虽然可以实现不停电切换，但需要发电车和电网进行并网操作，存在并网潮流冲击，严重时会导致移动发电车故障保护，另外潮流容易引起机械触头电弧烧损，大大降低并网机械开关的电气寿命。2、通过混合式快速切换开关的快速转换实现(一般要求触头转换时间≤5ms)，该方案无需进行并网操作，避免了并网潮流冲击的风险，但是存在毫秒级的短时停电，无法真正实现不停电切换，降低了用户用电体验，另外因该方案无需并网操作，故电源切换前后存在相位跳变现象，使得用电负荷无法实现平稳过渡，增加负荷因相位跳变造成的故障风险。
为了从技术创新角度解决现有低压台区负荷不停电作业存在的问题，进一步简化带电作业步骤、增加不停电作业的应用场景、提升不停电切换可靠性和安全性，提出一种新型的不停电切换方案，使得该方案能克服以上并网切换缺点，同时避免切换过程中的相位跳变及短时停电，从而实现负载的不停电快速切换和平稳过渡。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种此切换系统采用同期度相位预判非并网快速切换技术实现。主要是将电源同期度预判技术、固态电子开关短时旁路分合技术运用于切换系统中，从而实现台区负荷在市电与移动式发电车之间通过非并网的方式进行同期倒换，从而保证负荷的不停电平稳过渡，使其具有同步性高、转换灵活、分断电弧低、冲击电流小、相位平稳过渡等显著优势的一种不停电作业快速切换系统及其方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种不停电作业快速切换系统，其特征在于：包括变压器、低压配电箱、移动发电车、断路器Q1、断路器Q2、转换开关TSE1、转换开关TSE2、固态电子开关G1、主控单元M1、电流传感器CT1和电流传感器CT2；
所述的主控单元M1的一端连接转换开关TSE1，所述的主控单元M1的另一端连接转换开关TSE2，所述的转换开关TSE2的出线端串联固态电子开关G1且固态电子开关G1联至转换开关TSE1的出线端；
所述的固态电子开关G1的出线端串联有电流传感器CT2，所述的转换开关TSE1的出线端串联有电流传感器CT1，所述的电流传感器CT2的出线端与电流传感器CT1的出线端相串联，所述的电流传感器CT1、电流传感器CT2分别与主控单元M1连接；
所述的变压器的进线端与断路器Q1相连接，所述的断路器Q1与转换开关TSE1的进线端相串联，所述的变压器的另一端与低压配电箱相连接，所述的低压配电箱的出线端设在电流传感器CT1与电流传感器CT2间；所述的移动发电车的进线端与断路器Q2相串联，所述的断路器Q2的一端与转换开关TSE1的进线端相连接，所述的断路器Q2的另一端与转换开关TSE2的进线端相连接。
作为优选，所述的主控单元M1包括励磁控制回路Ⅰ、励磁控制回路Ⅱ、电子开关驱动回路、电压传感器PT1、电压传感器PT2和电压传感器PT3，所述的励磁控制回路Ⅰ用于驱动转换开关TSE1的励磁线圈，所述的励磁控制回路Ⅱ用于驱动转换开关TSE2的励磁线圈，所述的电子开关驱动回路用于驱动固态电子开关G1的快速通断，所述的电压传感器PT1用于市电侧的电压、相序和相位的电参量监测，所述的电压传感器PT2用于发电机侧的电压、相序和相位的电参量监测，所述的电压传感器PT3用于负荷侧的电压、相序和相位的电参量监测。
一种不停电作业快速切换系统的方法，按以下步骤进行：
①初始状态断路器Q1、Q2处于分闸位置，当需要将负荷从市电侧转移至移动发电车时，主控单元M1通过电压传感器PT1和PT3监测的电压信号，判断市电与发电机输出电压值是否在误差范围内、相序是否一致，若满足条件通过主控单元M1控制励磁控制回路，驱动励磁线圈Coil1、Coil2动作，使得转换开关TSE1、TSE2切换至市电侧；然后合闸断路器Q1，贯通市电旁路供电回路；此时手动分闸低压配电箱P1的总进线开关，此时负载通过断路器Q1、转换开关TSE1旁路供电；
②旁路完成后，合闸断路器Q2，此时所述的电压传感器PT1和PT2对市电和发电机侧的电压实时监测，通过主控单元M1的对两路电源同期度进行预判，结合转换开关转换开关TSE1本身的动作时间特性，预测TSE1励磁线圈驱动命令的最佳时刻，以此保证TSE1触头切换至发电机供电时，市电侧与发电机相位差接近零值，以此避免切换导致的相位跳变，保证负荷平稳过渡；
③为避免转换开关TSE1切换过程中，机械触头分离导致触头燃弧和短时停电，主控单元M1通过励磁控制回路Ⅰ发出驱动命令的同时，通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1导通，当转换开关TSE1触头分离，负荷通过转换开关TSE2和固态电子开关G1旁路供电；
④当转换开关TSE1转换至发电机侧瞬间(≤1ms)，主控单元M1通过电流传感器CT1特征值瞬间判断TSE1转换完成，此时立即通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1分断，以此避免两侧电网并网导致潮流冲击，与此同时通过励磁线圈Coil2控制转换开关TSE2切换至发电机位置，此时负荷转移至移动式发电车供电；。
⑤同理，当需要将负荷从发电机侧返回至市电时，电压传感器PT1和PT2对市电和发电机侧的电压实时监测，通过主控单元M1的对两路电源同期度进行预判，结合转换开关TSE1本身的动作时间特性，预测TSE1励磁线圈驱动命令的最佳时刻，以此保证TSE1触头返回至市电供电时，发电机侧与市电相位差接近零值，以此避免切换导致的相位跳变，保证负荷平稳过渡；
⑥同时为避免TSE1切换过程中，机械触头分离导致触头燃弧和短时停电，主控单元M1通过励磁控制回路Ⅰ发出驱动命令的同时，通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1导通，此时TSE1触头分离，负荷通过TSE2和G1旁路供电；
⑦当转换开关TSE1返回至市电侧瞬间(≤1ms)，主控单元M1通过电流传感器CT1特征值瞬间判断TSE1转换完成，此时立即通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1分断，以此避免两侧电网并网导致潮流冲击，与此同时通过励磁线圈Coil2控制转换开关TSE2切换至市电位置，此时负荷返回至市电供电；
⑧最后手动合闸低压配电箱P1总进线开关，分闸断路器Q1、Q2，返回至初始状态，完成负荷不停电作业。
转换开关TSE1作为两路电源主切换开关为负载供电，其中两路进线端分别通过断路器Q1、断路器Q2与市电侧、发电机侧连接，转换开关TSE1出线端直接与负载侧低压母线连接。
所述断路器Q1、断路器Q2主要用于过载短路保护，包括负载的过载短路保护、切换过程两路电源短路保护、固态电子开关故障短路保护等。
所述的转换开关TSE2主要用作固态电子开关G1的短时旁路电源选择，主要用作转换开关TSE1触头分离的短时旁路供电，其中两路进线端分别连接至断路器Q1、断路器Q2，TSE2出线端与固态电子开关G1串联，如图1所示。
所述的固态电子开关G1与TSE2出线端串联后，并联至转换开关TSE1出线端，利用电子开关快速导通特性，旁路转换开关TSE1向负载短时供电，避免TSE1转换过程机械触头分断导致短时停电及触头燃弧；并利用电子开关快速分断特性避免TSE1切换完成后两路电源并网引起的潮流冲击，从而实现两路电源的非并网高同期性切换，从而实现负荷的平稳过渡。
所述的电流传感器CT1、CT2与主控单元M1连接，通过主控单元进行电流监测，其中CT1主要用于监测转换开关TSE1的出线端电流，CT2主要用于监测固态电子开关G1的旁路导通电流；另外主控单元M1通过电流传感器CT1采集的电流信号，通过电流特征提取，用于转换开关TSE1通断时刻检测。
所述的主控单元M1主要组成部件包括：励磁控制回路1、励磁控制回路2、电子开关驱动回路、电压传感器PT1、PT2、PT3；其中励磁控制回路Ⅰ、励磁控制回路Ⅱ分别用于驱动转换开关TSE1和转换开关TSE2的励磁线圈，从而实现转换开关的切换动作；电子开关驱动回路用于驱动固态电子开关G1的快速通断；电压传感器PT1、PT2、PT3分别用于市电侧、发电机侧及负荷侧的电压、相序、相位等电参量的监测。
本发明提供一种不停电作业快速切换系统及其方法，主控单元M1通过励磁控制回路Ⅱ控制转换开关TSE2，选择需要旁路的电源；通过两路电源的电参量监测及同期性预判，通过励磁控制回路1控制转换开关TSE1切换时刻，并通过电流传感器CT1提取电流特征值，监测转换开关TSE1通断时刻，控制固态电子转换开关G1的通断，完成负荷在市电与发电机之间不停电转换和平稳过渡。
附图说明
图1为不停电作业快速切换系统电气示意图；
图2为市电通过Q1、TSE1旁路供电示意图；
图3为TSE1触头分离阶段市电通过TSE2和G1旁路短时供电示意图；
图4为负荷转移至发电车供电示意图；
图5为TSE1触头分离阶段发电机通过TSE2和G1旁路短时供电示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图所示，一种不停电作业快速切换系统，包括变压器1、低压配电箱2、移动发电车3、断路器Q14、断路器Q25、转换开关TSE16、转换开关TSE27、固态电子开关G18、主控单元M19、电流传感器CT110和电流传感器CT211；
所述的主控单元M19的一端连接转换开关TSE16，所述的主控单元M19的另一端连接转换开关TSE27，所述的转换开关TSE27的出线端串联固态电子开关G18且固态电子开关G18联至转换开关TSE16的出线端；
所述的固态电子开关G18的出线端串联有电流传感器CT211，所述的转换开关TSE16的出线端串联有电流传感器CT110，所述的电流传感器CT211的出线端与电流传感器CT110的出线端相串联，所述的电流传感器CT110、电流传感器CT211分别与主控单元M19连接；
所述的变压器1的进线端与断路器Q14相连接，所述的断路器Q14与转换开关TSE16的进线端相串联，所述的变压器1的另一端与低压配电箱2相连接，所述的低压配电箱2的出线端设在电流传感器CT110与电流传感器CT211间；所述的移动发电车3的进线端与断路器Q25相串联，所述的断路器Q25的一端与转换开关TSE16的进线端相连接，所述的断路器Q25的另一端与转换开关TSE27的进线端相连接。
所述的主控单元M19包括励磁控制回路Ⅰ12、励磁控制回路Ⅱ13、电子开关驱动回路14、电压传感器PT115、电压传感器PT216和电压传感器PT317，所述的励磁控制回路Ⅰ12用于驱动转换开关TSE16的励磁线圈，所述的励磁控制回路Ⅱ13用于驱动转换开关TSE27的励磁线圈，所述的电子开关驱动回路14用于驱动固态电子开关G18的快速通断，所述的电压传感器PT115用于市电侧的电压、相序和相位的电参量监测，所述的电压传感器PT216用于发电机侧的电压、相序和相位的电参量监测，所述的电压传感器PT317用于负荷侧的电压、相序和相位的电参量监测。
一种不停电作业快速切换系统的方法，按以下步骤进行：
①初始状态断路器Q1、Q2处于分闸位置，当需要将负荷从市电侧转移至移动发电车时，主控单元M1通过电压传感器PT1和PT3监测的电压信号，判断市电与发电机输出电压值是否在误差范围内、相序是否一致，若满足条件通过主控单元M1控制励磁控制回路，驱动励磁线圈Coil1、Coil2动作，使得转换开关TSE1、TSE2切换至市电侧；然后合闸断路器Q1，贯通市电旁路供电回路；此时手动分闸低压配电箱P1的总进线开关，此时负载通过断路器Q1、转换开关TSE1旁路供电；
②旁路完成后，合闸断路器Q2，此时所述的电压传感器PT1和PT2对市电和发电机侧的电压实时监测，通过主控单元M1的对两路电源同期度进行预判，结合转换开关转换开关TSE1本身的动作时间特性，预测TSE1励磁线圈驱动命令的最佳时刻，以此保证TSE1触头切换至发电机供电时，市电侧与发电机相位差接近零值，以此避免切换导致的相位跳变，保证负荷平稳过渡；
③为避免转换开关TSE1切换过程中，机械触头分离导致触头燃弧和短时停电，主控单元M1通过励磁控制回路Ⅰ发出驱动命令的同时，通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1导通，当转换开关TSE1触头分离，负荷通过转换开关TSE2和固态电子开关G1旁路供电；
④当转换开关TSE1转换至发电机侧瞬间(≤1ms)，主控单元M1通过电流传感器CT1特征值瞬间判断TSE1转换完成，此时立即通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1分断，以此避免两侧电网并网导致潮流冲击，与此同时通过励磁线圈Coil2控制转换开关TSE2切换至发电机位置，此时负荷转移至移动式发电车供电；。
⑤同理，当需要将负荷从发电机侧返回至市电时，电压传感器PT1和PT2对市电和发电机侧的电压实时监测，通过主控单元M1的对两路电源同期度进行预判，结合转换开关TSE1本身的动作时间特性，预测TSE1励磁线圈驱动命令的最佳时刻，以此保证TSE1触头返回至市电供电时，发电机侧与市电相位差接近零值，以此避免切换导致的相位跳变，保证负荷平稳过渡；
⑥同时为避免TSE1切换过程中，机械触头分离导致触头燃弧和短时停电，主控单元M1通过励磁控制回路Ⅰ发出驱动命令的同时，通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1导通，此时TSE1触头分离，负荷通过TSE2和G1旁路供电；
⑦当转换开关TSE1返回至市电侧瞬间(≤1ms)，主控单元M1通过电流传感器CT1特征值瞬间判断TSE1转换完成，此时立即通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1分断，以此避免两侧电网并网导致潮流冲击，与此同时通过励磁线圈Coil2控制转换开关TSE2切换至市电位置，此时负荷返回至市电供电；
⑧最后手动合闸低压配电箱P1总进线开关，分闸断路器Q1、Q2，返回至初始状态，完成负荷不停电作业。

Claims (3)

1.一种不停电作业快速切换系统，其特征在于：包括变压器(1)、低压配电箱(2)、移动发电车(3)、断路器Q1(4)、断路器Q2(5)、转换开关TSE1(6)、转换开关TSE2(7)、固态电子开关G1(8)、主控单元M1(9)、电流传感器CT1(10)和电流传感器CT2(11)；
所述的主控单元M1(9)的一端连接转换开关TSE1(6)，所述的主控单元M1(9)的另一端连接转换开关TSE2(7)，所述的转换开关TSE2(7)的出线端串联固态电子开关G1(8)且固态电子开关G1(8)联至转换开关TSE1(6)的出线端；
所述的固态电子开关G1(8)的出线端串联有电流传感器CT2(11)，所述的转换开关TSE1(6)的出线端串联有电流传感器CT1(10)，所述的电流传感器CT2(11)的出线端与电流传感器CT1(10)的出线端相串联，所述的电流传感器CT1(10)、电流传感器CT2(11)分别与主控单元M1(9)连接；
所述的变压器(1)的进线端与断路器Q1(4)相连接，所述的断路器Q1(4)与转换开关TSE1(6)的进线端相串联，所述的变压器(1)的另一端与低压配电箱(2)相连接，所述的低压配电箱(2)的出线端设在电流传感器CT1(10)与电流传感器CT2(11)间；所述的移动发电车(3)的进线端与断路器Q2(5)相串联，所述的断路器Q2(5)的一端与转换开关TSE1(6)的进线端相连接，所述的断路器Q2(5)的另一端与转换开关TSE2(7)的进线端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种不停电作业快速切换系统，其特征在于：所述的主控单元M1(9)包括励磁控制回路Ⅰ(12)、励磁控制回路Ⅱ(13)、电子开关驱动回路(14)、电压传感器PT1(15)、电压传感器PT2(16)和电压传感器PT3(17)，所述的励磁控制回路Ⅰ(12)用于驱动转换开关TSE1(6)的励磁线圈，所述的励磁控制回路Ⅱ(13)用于驱动转换开关TSE2(7)的励磁线圈，所述的电子开关驱动回路(14)用于驱动固态电子开关G1(8)的快速通断，所述的电压传感器PT1(15)用于市电侧的电压、相序和相位的电参量监测，所述的电压传感器PT2(16)用于发电机侧的电压、相序和相位的电参量监测，所述的电压传感器PT3(17)用于负荷侧的电压、相序和相位的电参量监测。
3.根据权利要求1或2所述的一种不停电作业快速切换系统的方法，其特征在于按以下步骤进行：
①初始状态断路器Q1、Q2处于分闸位置，当需要将负荷从市电侧转移至移动发电车时，主控单元M1通过电压传感器PT1和PT3监测的电压信号，判断市电与发电机输出电压值是否在误差范围内、相序是否一致，若满足条件通过主控单元M1控制励磁控制回路，驱动励磁线圈Coil1、Coil2动作，使得转换开关TSE1、TSE2切换至市电侧；然后合闸断路器Q1，贯通市电旁路供电回路；此时手动分闸低压配电箱P1的总进线开关，此时负载通过断路器Q1、转换开关TSE1旁路供电；
②旁路完成后，合闸断路器Q2，此时所述的电压传感器PT1和PT2对市电和发电机侧的电压实时监测，通过主控单元M1的对两路电源同期度进行预判，结合转换开关转换开关TSE1本身的动作时间特性，预测TSE1励磁线圈驱动命令的最佳时刻，以此保证TSE1触头切换至发电机供电时，市电侧与发电机相位差接近零值，以此避免切换导致的相位跳变，保证负荷平稳过渡；
③为避免转换开关TSE1切换过程中，机械触头分离导致触头燃弧和短时停电，主控单元M1通过励磁控制回路Ⅰ发出驱动命令的同时，通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1导通，当转换开关TSE1触头分离，负荷通过转换开关TSE2和固态电子开关G1旁路供电；
④当转换开关TSE1转换至发电机侧瞬间(≤1ms)，主控单元M1通过电流传感器CT1特征值瞬间判断TSE1转换完成，此时立即通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1分断，以此避免两侧电网并网导致潮流冲击，与此同时通过励磁线圈Coil2控制转换开关TSE2切换至发电机位置，此时负荷转移至移动式发电车供电；。
⑤同理，当需要将负荷从发电机侧返回至市电时，电压传感器PT1和PT2对市电和发电机侧的电压实时监测，通过主控单元M1的对两路电源同期度进行预判，结合转换开关TSE1本身的动作时间特性，预测TSE1励磁线圈驱动命令的最佳时刻，以此保证TSE1触头返回至市电供电时，发电机侧与市电相位差接近零值，以此避免切换导致的相位跳变，保证负荷平稳过渡；
⑥同时为避免TSE1切换过程中，机械触头分离导致触头燃弧和短时停电，主控单元M1通过励磁控制回路Ⅰ发出驱动命令的同时，通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1导通，此时TSE1触头分离，负荷通过TSE2和G1旁路供电；
⑦当转换开关TSE1返回至市电侧瞬间(≤1ms)，主控单元M1通过电流传感器CT1特征值瞬间判断TSE1转换完成，此时立即通过电子开关驱动回路控制固态电子开关G1分断，以此避免两侧电网并网导致潮流冲击，与此同时通过励磁线圈Coil2控制转换开关TSE2切换至市电位置，此时负荷返回至市电供电；
⑧最后手动合闸低压配电箱P1总进线开关，分闸断路器Q1、Q2，返回至初始状态，完成负荷不停电作业。
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