CN113890391A - 一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统 - Google Patents

一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统 Download PDF

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张华军
金全
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Abstract

本发明公开了一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，所述系统包括：电源输入模块、电源转换模块、二极管模块和输出模块，所述电源输入模块接入直流电源和交流电源，所述电源转换模块将交流电源转换为直流输出，将两路电源接入所述二极管模块形成两路冗余供电，通过输出模块进行电压输出。本发明解决了现有供电系统不稳定导致整体机组存在安全风险的问题。

Description

一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统
技术领域
本发明涉及工业测量及控制领域，具体涉及一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统。
背景技术
MFT(主燃料跳闸)是保证锅炉安全运行的核心内容，在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时，MFT动作，所有进入炉膛的油和煤将被快速切断，以保证锅炉安全，避免事故发生或限制事故进一步扩大。
ETS(汽轮机紧急跳闸系统)是为大型发电机组的运行配备的安全可靠的保护装置，当存在某种可导致机组损害的危险情况时，该装置能使汽轮机自动遮断，保护机组的安全。
为了有效地提高MFT/ETS动作的可靠性，MFT/ETS设计成软、硬两路冗余。当出现跳闸条件时，MFT/ETS除了通过软件动作相关设备，同时还通过硬件即跳闸继电器板将信号发往其他系统，为了减少误动，防止举动，MFT/ETS信号在硬件上进行3取2，最大限度的保护全厂设备。当MFT/ETS发生后，继电器动作，通过硬接线时相关设备跳闸，这就要求MFT/ETS继电器的电源必须可靠，一旦发生故障，不能及时跳闸相关设备，将直接影响机组的安全运行，给主、辅设备造成重大损坏。
根据《防止电力生产事故的二十五项反措》要求，火力发电厂机炉保护跳闸回路所用电源应可靠，已保障保护不发生拒动、误动。大部分发电机组MFT/ETS回路都采用两路直流电源经二极管并列运行，例如两路电气125VDC电源并联供电，如图3所示，两路电源的正极各串接了一个二极管，负极各串联了一个与正极反相二极管，经二极管自动高选后输出一路。根据二极管的工作特性，正常情况下，两路直流电源有一路始终处于工作状态，当此路电源出现故障，另一路电源二极管经短时间导通进入工作状态，实现无扰切换，保证热控电源的不间断。
但是图3所示直流电源系统中，热控直流电源的正极是通过二极管把两路电气直流电源125VDC的正极连在一起，负极通过反相二极管连接在一起，这种系统结构使得两路直流电源形成环路，没有完全独立，机组的安全运行存在隐患。这种系统结构只要发生直流接地故障，无论在什么位置，两路直流系统会同时发生接地，电气的接地选线装置将无法正确判断接地点的位置，给故障查找及事故处理工作带来很大困难。同时，在查找接地点的过程中，热控电源有全部失去的风险，可能引发更严重的后果，严重威胁机组的安全运行。
发明内容
为此，本发明提供一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，以解决现有供电系统不稳定导致整体机组存在安全风险的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，所述系统包括：电源输入模块、电源转换模块、二极管模块和输出模块，所述电源输入模块接入132V直流电源和220V交流电源，所述电源转换模块将220V交流电源转换为132V直流输出，将两路电源接入所述二极管模块形成两路冗余供电，通过输出模块进行电压输出。
进一步地，所述电源转换模块包括：隔离变压器、桥式整流器、电解电容、稳压限流检测器，所述隔离变压器与桥式整流器连接，所述桥式整流器与电解电容连接，所述电解电容连接稳压限流检测器，所述稳压限流检测器的输出端并联电容后进行电压输出。
进一步地，所述隔离变压器的一次侧接入220V交流电，分别经过两个变压器线圈变压后，单个隔离变压器二次侧输出70V交流电。
进一步地，所述桥式整流器与隔离变压器二次侧进行并联，通过桥式整流器将交流电转变为直流电。
进一步地，所述电解电容与桥式整流器的输出端进行并联，通过电解电容进行滤波整流。
进一步地，所述稳压限流检测器并联在电解电容两端，稳压限流检测器通过PWM控制。
进一步地，所述稳压限流检测器的输出端并联电容后输出66V直流电。
进一步地，所述电源转换模块转换后的电压构成一路输入电压，另一路输入电压采用原132V直流电源进行供电，输入二极管模块。
进一步地，所述二极管模块包括极性相反的两组二极管，形成两路电源冗余供电。
本发明具有如下优点：
本发明公开了一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，将MFT/ETS继电器盘的两路132V DC电源供电改为一路维持原设计，另外一路电源拆除，更换为220V交流接入，经开关电源、隔离变、逆变器转换为132V直流输出如图3，再并入二极管实现两路电源冗余供电。MFT/ETS控制柜电源改用直流和交变直共同供电的电源冗余模式，即可保证电源安全冗余供电，又可以实现两路电源的物理隔离，保证一路电源发生接地不影响另外一路的正常供电。优化了电源配置，防止其他接地点引起ETS/MFT盘电源失去，从而失去锅炉和汽轮机主保护，并且提高了#2机组直流电源系统稳定性和抗干扰能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统直流+交变直电源冗余配置示意图；
图2为本发明实施例提供的220VAC转125VDC电源隔离开关原理图；
图3为本发明实施例提供的现有的两路直流电源冗余配置示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例公开了一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，所述系统包括：电源输入模块、电源转换模块、二极管模块和输出模块，所述电源输入模块接入132V直流电源和220V交流电源，所述电源转换模块将220V交流电源转换为132V直流输出，将两路电源接入所述二极管模块形成两路冗余供电，通过输出模块进行电压输出。
电源转换模块包括：隔离变压器、桥式整流器、电解电容、稳压限流检测器，所述隔离变压器与桥式整流器连接，所述桥式整流器与电解电容连接，所述电解电容连接稳压限流检测器，所述稳压限流检测器的输出端并联电容后进行电压输出。
隔离变压器的一次侧接入220V交流电，分别经过两个变压器线圈变压后，单个隔离变压器二次侧输出70V交流电，两个变压器线圈并联，分成两路进行变压。桥式整流器与隔离变压器二次侧进行并联，通过桥式整流器将交流电转变为直流电。
桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V。
电解电容与桥式整流器的输出端进行并联，通过电解电容进行滤波整流，电解电容为10000μF，通过电解电容在直流电源电路中作滤波电容使用，其阳极(正极)应与电源电压的正极端相连接，阴极(负极)与电源电压的负极端相连接。稳压限流检测器并联在电解电容两端，稳压限流检测器通过PWM控制实现稳压限流。过载保护的功能是指在负载过载情况下能有效保护DC-DC变换器不致由于过热而损坏，即主要是控制功率MOSFET管的过载电流(输入电流)。由于用电负载不同，对过载保护功能要求也不同。如卫星控制系统要求过载后DC-DC变换器不能断电，因此采取限流保护；有效载荷系统要求可以在过载后DC-DC变换器断电，因此采取截流保护。稳压限流检测器的输出端并联电容后输出66V直流电。
电源转换模块转换后的电压构成一路输入电压，另一路输入电压采用原132V直流电源进行供电，输入二极管模块；二极管模块包括极性相反的两组二极管，形成两路电源冗余供电。
本实施例是以某300MW燃煤电厂MFT/ETS跳闸继电器盘125VDC电源为例，2号机组MFT/ETS控制柜原设计为两路125VDC供电。两路直流电源分别取自2号机组125V DC2A段与125V DC2B段通过二极管实现冗余控制，看似权威完美的设计在运行中却存在着很大的安全隐患，当2A、2B任意一段出现接地点时，将通过二极管回路直接传递给直流电源供电装置，导致两路电源全部接地，同时伴有严重的电压偏移，此隐患会导致我厂MFT/ETS继电器控制盘失去控制电源，锅炉和汽轮机主保护失效，并且威胁#2机组整个直流电源系统安全稳定。
将MFT/ETS继电器盘的两路132V DC电源供电改为一路维持原设计，另外一路电源拆除，更换为220V交流接入，经开关电源、隔离变、逆变器转换为132V直流输出，再并入二极管实现两路电源冗余供电。
MFT/ETS控制柜电源改用直流和交变直共同供电的电源冗余模式，即可保证电源安全冗余供电，又可以实现两路电源的物理隔离，保证一路电源发生接地不影响另外一路的正常供电。优化了电源配置，防止其他接地点引起ETS/MFT盘电源失去，从而失去锅炉和汽轮机主保护，并且提高了#2机组直流电源系统稳定性和抗干扰能力。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述系统包括：电源输入模块、电源转换模块、二极管模块和输出模块，所述电源输入模块接入直流电源和交流电源，所述电源转换模块将交流电源转换为直流输出，将两路电源接入所述二极管模块形成两路冗余供电，通过输出模块进行电压输出。
2.如权利要求1所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述电源转换模块包括：隔离变压器、桥式整流器、电解电容、稳压限流检测器，所述隔离变压器与桥式整流器连接，所述桥式整流器与电解电容连接，所述电解电容连接稳压限流检测器，所述稳压限流检测器的输出端并联电容后进行电压输出。
3.如权利要求2所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述隔离变压器的一次侧接入220V交流电，分别经过两个变压器线圈变压后，单个隔离变压器二次侧输出70V交流电。
4.如权利要求2所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述桥式整流器与隔离变压器二次侧进行并联，通过桥式整流器将交流电转变为直流电。
5.如权利要求2所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述电解电容与桥式整流器的输出端进行并联，通过电解电容进行滤波整流。
6.如权利要求2所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述稳压限流检测器并联在电解电容两端，稳压限流检测器通过PWM控制。
7.如权利要求2所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述稳压限流检测器的输出端并联电容后输出66V直流电。
8.如权利要求1所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述电源转换模块转换后的电压构成一路输入电压，另一路输入电压采用原132V直流电源进行供电，输入二极管模块。
9.如权利要求1所述的一种适用于工业控制系统的交直流冗余供电系统，其特征在于，所述二极管模块包括极性相反的两组二极管，形成两路电源冗余供电。
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