CN201174618Y

CN201174618Y - 微机电源快速切换控制装置

Info

Publication number: CN201174618Y
Application number: CNU2008200330410U
Authority: CN
Inventors: 宋昌安; 庄湧
Original assignee: NANJING PENGZHI ELECTRIC EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NANJING PENGZHI ELECTRIC EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2018-03-19

Abstract

微机电源快速切换控制装置，包括电源模件和CPU模件，电源模件通过直流模件为CPU模件供电；所述CPU模件的输入端分别连接直流模件、开入量模件、交流量模件、测试模件、键盘和GPS接口，CPU模件的输出端分别连接出口模件、信号模件和显示模块，CPU模件还连接管理模件，电源模件连接上述单元电路，为它们供电。开入量模件由继电器的输出经光电隔离器连接CPU模件的输入端构成，它设有馈线1、2的保护启动和保护闭锁的输入接口。所述出口模件，由光电隔离器的输入端连接CPU模件的输出端，光电隔离器的输出端连接中间继电器的控制端，中间继电器的输出端连接干簧继电器的控制端构成；它设有馈线1、2的合、跳输出接口。本装置可实现双向切换。

Description

微机电源快速切换控制装置

技术领域

本实用新型属于电力自动化控制技术领域，具体涉及连续工业生产过程的双电源供电系统的快速自动切换控制装置。

背景技术

厂用电的安全可靠关系到发电机组、电厂乃至整个电力系统或连续生产的工业系统的安全运行。为了保证厂用电供电的安全可靠性，特别是在许多工业企业的供电系统中，如：化工、石化、煤炭、冶金及环保等领域，为确保连续的工业生产过程，保证重要负荷不断电连续运行，需装设两路互相独立且具同等供电容量的供电电源，当任何一路电源发生故障跳闸或因其它原因造成工作段母线失电的情况下，均需快速自动切换至另一路电源供电，来确保工业生产过程的连续性。其典型的一次供电系统接线图如附图1所示。针对以上厂用电供电的接线方式，对现有的切换装置进行检索发现，现有厂用电的切换方式大致有三种：

其一，采用工作开关的辅助接点直接(或经低压继电器、延时继电器)起动备用电源投入。因切换时系统结构、运行方式、故障性质等因素，不能保证可靠躲过反相点合闸，甚至接近180度合闸，将对电动机等设备造成很大的合闸冲击，势必造成切换失败，甚至设备损坏。

其二，采用微机型备用电源自动投入装置实现切换，该装置实时监视并判别工作段母线是否发生故障或失电，当确认工作开关已经跳开后或工作段母线电压低于某一整定值时，将切换至备用电源供电。这种切换属于残压启动切换，由于断电时间过长，母线电压过低和电机转速大幅下降，不仅有部分辅机势必退出运行，而且备用电源合上后，由于电动机成组自起动电流很大，母线电压可能难以恢复，从而导致自起动困难，甚至被迫停机停炉。

其三，采用目前流行的微机电源快速切换装置，虽然能解决以上两大问题，但是，该装置只有在手动切换方式下才可以实现工作、备用电源的双向切换，而在事故和不正常情况的切换方式下只能由工作电源切向备用电源。这对某些电厂厂用电系统，特别是在许多工业企业的双电源供电系统的应用场合中，是无法满足要求的。

总结以上的三种切换方式，若供电电压在400V及以下的，基本上可以满足厂用电的切换要求，但在许多工业企业的供电系统中，其电压等级一般是6.3KV或10KV及以上，在切换过程中电流、电压、频率、相角、转矩等将发生快速变化，如果切换不当，将造成切换失败或设备毁坏，给供电的可靠性带来了很大的安全隐患，因此不适用于较高电压等级的厂用电切换。即便采用了快速切换装置，也只单向的，针对某些特殊应用场合，必须采用两台单向标准快速切换装置替代或采用具备双向切换功能的快速切换装置。

发明内容

本实用新型针对现有厂用电切换技术中的不足，提供一种可双向切换的微机电源快速切换控制装置，实现电源的双向自动切换，避免母线电压(残压)与备用电源电压差压过大合闸而对电机造成冲击，尽量缩短断电时间。当失去快速切换的机会，装置还可自动转换为同期判别或残压判别的慢速切换，如果在预先设定的时间结束之前无法进行切换，还可执行长延时切换，作为前三种切换的总后备。不仅提高了厂用电切换的成功率，而且确保电厂或其它工业生产设备的安全。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种微机电源快速切换控制装置包括电源模件和CPU模件，电源模件通过直流模件为CPU模件供电；所述CPU模件的输入端分别连接直流模件、开入量模件、交流量模件、测试模件、键盘和GPS接口，CPU模件的输出端分别连接出口模件、信号模件和显示模块，CPU模件还连接管理模件；电源模件连接上述单元电路，为它们供电。

所述开入量模件，包括继电器和光电隔离器；继电器的输出经光电隔离器连接CPU模件的输入端，完成各种开关量信号(空接点)经继电器和光电两级隔离转换为小信号供CPU测量判断。开入量模件分别设有馈线1、2的保护启动和保护闭锁的输入接口；用于检测馈线1、2的工作情况及某些保护动作时应闭锁快切装置(包括：母线保护、进线一电源分支保护或高厂变后备保护等)。

所述出口模件，包括光电隔离器、中间继电器和干簧继电器，光电隔离器的输入端连接CPU模件的输出端，光电隔离器的输出端连接中间继电器的控制端，中间继电器的输出端连接干簧继电器的控制端；出口模件设有馈线1、2的合、跳输出接口。完成由CPU发出的出口跳合闸指令由逻辑组合并经光电隔离和中间继电器隔离放大后由干簧继电器空接点输出。出口模件有两组，一组连接馈线1，另一组连接馈线2，分别控制两条馈线高低压侧开关的合、跳。

所述开入量模件还设有：

(1)馈线1、2及母联开关的位置状态输入接口，用于识别电源的供电方式是运行于双馈线加母联方式或是双馈线方式；

(2)手动切换起动接点，该接点接通时为手动切换方式，只有当装置控制方式设定为“远方”时，该信号才有效；

(3)人工投入/闭锁装置接点，断开为投入，接通为闭锁。当为闭锁状态时，装置将发出相应的“出口闭锁”信号，以警示值班人员；

(4)复归信号接点，在装置切换动作后或装置检测到故障、异常情况自行闭锁后，应先排除故障或异常情况，然后按复归解除闭锁并清除信号；

在开入量模件中，每个输入接口对应一个继电器和光电隔离器。

所述出口模件还设有：

(1)合、跳母联开关的出口接点，分别控制母联开关的合、跳；

(2)低压减载出口接点，分为两级切除，第一延时切除不重要的辅机，第二延时切除较不重要的辅机；

(3)投入后加速保护接点，装置起动切换的同时，将闭合该接点以起动分支保护(另一馈线保护)的后加速保护功能。

在出口模件中，每个输出接口对应一个干簧继电器、中间继电器和光电隔离器。

所述CPU模件采用主、从双CPU结构，两CPU之间通过I2C总线通信。双CPU分别完成测量、逻辑和切换等主要功能，以及完成显示、通信、打印等辅助功能，主从CPU间通过双口RAM进行数据交换。主从CPU分工协调，既保证了切换可靠性和切换速度，又保证了配置的灵活性。

所述电源模件输入为DC/AC86～276V，输出+5V，±15V和+24V电源，供装置内部使用；

交流量模件，包括电压互感器和电流互感器，在电压互感器和电流互感器与CPU模件的输入端之间分别连接滤波器；完成从现场PT、CT来的电压、电流信号经过高精度电流输出型电压、电流互感器隔离、滤波转换为小信号供采样模件使用。

采样模件，将经交流量模件转换后的电压电流信号调理整形，供CPU使用。

信号模件，包括继电器，继电器的控制端连接CPU模件的输出端，完成各种信号以继电器空接点方式输出，可接光字牌、DCS系统或其它设备。

显示模件是LCD显示单元。

管理模件，包括打印模块、通讯模块，打印模块和通讯模块的输入端连接CPU模件，以实现各种模拟量、开关状态及操作信息、事件记录、事故记录的显示、打印、通讯。打印模块是打印接口电路；通讯模块包括RS485/232接口电路。

理论分析与实验结果表明，通过调整并设置相关参数，本装置可以实现在供电线路断电的情况下，根据系统的状态以最快的速度把负荷切从故障馈线换到另一馈线上，以保证负荷不断电连续运行，为不间断供电提供了最佳保证。当失去快速切换的机会时，装置还可进行同期切换、残压切换或长延时切换，作为后备切换功能，确保最终完成切换过程。除此之外，在正常情况下，装置还可实现馈线1、2之间的人工切换，以及串联、并联、同时三种切换方式可供选择，大大提高了装置的灵活性和可用性，为实际应用领域中供电系统的多种运行方式及故障性质的切换过程提供保障。

附图说明

图1本实用新型一次供电系统接线图

图2本实用新型硬件系统构成图

图3本实用新型装置背板端子示意图

图4本实用新型切换功能图

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。

一种微机电源快速切换控制装置包括电源模件和CPU模件，电源模件通过直流模件为CPU模件供电；所述CPU模件的输入端分别连接开入量模件、交流量模件及采样模件、测试模件、键盘和GPS接口；CPU模件的输出端分别连接出口模件、信号模件和显示模块；CPU模件还连接管理模件；电源模件连接上述单元电路，为它们供电。

所述开入量模件，包括继电器和光电隔离器；继电器的输出经光电隔离器连接CPU模件的输入端；完成各种开关量信号(空接点)经继电器和光电两级隔离转换为小信号供CPU使用。开入量模件分别设有馈线1、2的保护启动和保护闭锁的输入接口；用于检测馈线1、2的工作情况及某些保护动作时应闭锁快切装置(包括：母线保护、进线一电源分支保护或高厂变后备保护等)。

所述出口模件，包括光电隔离器、中间继电器和干簧继电器，光电隔离器的输入端连接CPU模件的输出端，光电隔离器的输出端连接中间继电器的控制端，中间继电器的输出端连接干簧继电器的控制端；出口模件设有馈线1、2的合、跳输出接口。完成由CPU发出的出口跳合闸指令由逻辑组合并经光电隔离和中间继电器隔离放大后由干簧继电器空接点输出。出口模件有两组，一组连接馈线1，另一组连接馈线2，分别控制2馈线的合、跳。

所述开入量模件还设有：

所述出口模件还设有：

显示模件是LCD显示单元。

本装置结合其搭载的软件，除了可以实现传统快切装置常见的切换功能外，更重要地是实现馈线1、2之间的双向切换。

由于上述单元电路均可用现有技术中常见电路搭设，在此不作过多限制。

结合CPU搭载的软件，本装置的工作过程如下：

由图1所示的供电系统，双馈线的配置方式时：双馈线之一向母线供电，两断路器中一台合闸，另一台分闸，鉴于短路电流的原因，经常不允许两条线路同时合闸，两馈线解列运行，此时，母联开关为合位；或者双馈线加母联的配置方式时：鉴于冗余的原因，电力负荷被分配在两段母线中，母联断路器正常情况下处于分闸状态。在故障时为使断电时间最短，快速切换是最优的切换方式。

切换功能的实现过程：

1.1切换条件

本装置的一个及其重要的特性是起动后，以最短的时间进行切换，而且切换中不会对用户带来任何危险。为此，本装置必须具备非常快的逻辑处理和高精度的模拟信号处理能力。

该装置每时每刻比较母线电压和备用馈线的电压。对被测电压的幅值、频率差、相角差具有以下同步判据：

Ψ＜Ψ_MAX 相角差 (1)

该相角差指母线电压和备用馈线电压之间的相角差。构成同步判据的角差界值可根据超前或滞后母线电压分别进行整定。其典型界值小于±30°。

Δf＜Δf_MAX 频率差 (2)

母线电压和备用馈线电压的频率差也应确定下来。就切换过程而言，频率差反应了用电设备(如中压电机)及其动态负荷断电后的运转并指示是否允许进行。通常的界值为1Hz。

U_by＞U_mim 备用馈线电压 (3)

备用馈线的电压是进行切换的另一个重要判据。只有当馈线电压存在时本装置方可执行切换。通常U_mim被整定为正常电压U_NORMAL的80％。

U₃＞U_mim2 母线电压 (4)

母线电压在确定切换方式时也起重要作用：如果母线电压值低于设定电压值U(U通常定为正常电压U_NORMAL的70％)，则不允许进行切换。

1.2就绪条件

本装置的一个特别重要的特性是连续跟踪计算同步判据的条件。本装置上电运行后，当满足以下条件时，约10秒后装置自动进入就绪状态，并根据母联开关的状态，自动识别是运行于双馈线加母联方式或是双馈线方式。

双馈线加母联的配置方式：

馈线一/二→母联

母线I段(3PT)、母线II段(4PT)电压正常

1DL合、3DL合、5DL分、4DL合、2DL合

双馈线配置方式：

馈线一→馈线二

母线(3PT/4PT)、备用馈线(2PT)电压正常

1DL合、3DL合、5DL合、4DL分

馈线二→馈线一

母线(3PT/4PT)、备用馈线(1PT)电压正常

2DL合、4DL合、5DL合、3DL分

1.3切换逻辑

装置根据母联断路器的状态自动识别是运行于双馈线的方式或是双馈线加母联的方式，切换启动原因有：正常切换(人工切换)、开关偷跳、母线失压、高侧开关联跳、保护启动五种条件。任何一种条件启动切换装置，都可实现双向自动快速切换功能。

1.3.1双馈线配置方式

双馈线之一向母线供电，两断路器中一台合闸，另一台分闸，如有母联开关时，开关处于合位。鉴于短路电流的原因，经常不允许两条线路同时合闸，两馈线解列运行。当主供电线路出现故障时，快速切换控制装置在最可能短的时间内把负荷切换到备用馈线上。成功切换之后，母线由备用馈线供电。一旦主馈线的故障排除，可用人工方式起动快速切换把负荷重新切换到主馈线上以恢复正常的供电状态。本装置按完全对称的方式设计，因此可以从任一馈线起动快切，不论哪条线路是主馈线或备用馈线。这特别适合两条线路具有同等地位的场合。

1.3.2双馈线加母联的配置方式

鉴于冗余的原因，电力负荷被分配在两段母线中。母联断路器正常情况下处于分闸状态。双馈线断路器都处于合闸状态。一旦一条馈线出现故障，切换是在故障馈线的断路器和母联断路器之间进行：故障线路断路器分闸，母联合闸。切换成功之后，两条母线由一条馈线供电。一旦刚跳开的馈线上的故障排除之后，可通过人工方式起动快切恢复到初始供电状态。

1.4后加速保护功能

当装置切换至备用馈线开关时，同时输出一对空接点，用于投入备用馈线分支保护装置的后加速保护功能，接点闭合持续时间为5秒。起动后加速空接点共三对，分别对应馈线一保护、馈线二保护和母联保护。

1.5闭锁及报警功能

1.5.1保护闭锁

为防止备用馈线误投入故障母线，装置提供了保护闭锁开入量接口回路，当某些保护动作时(如主馈线本身保护，如过流、电弧光母线保护等)，装置将闭锁出口回路，同时给出“保护闭锁”信号并等待复归。

当母线I段、母线II段PT具有隔离刀时，装置可根据其分开状态将闭锁出口回路，同时给出“保护闭锁”信号并等待复归。

1.5.2出口闭锁

当装置因软压板退出或控制台(或DCS)闭锁装置投入时，装置将闭锁出口并给出出口闭锁信号，如装置软压板投入或控制台(或DCS)解除闭锁时，装置将自动解除闭锁，恢复运行。装置软压板包括出口投退退出或装置快速切换、同相切换、残压切换、长延时切换全部退出。

1.5.3开关位置异常及去耦合

装置在正常运行时，不停地对所有开关的状态进行检查，如检测到开关位置异常，即不满足快切的就绪条件时，装置将闭锁出口，同时发开关位置异常。(工作开关误跳除外)

切换过程中如发现一定时间内该跳的开关未跳开或该合的开关未合上，装置将根据不同的切换方式分别处理并给出位置异常闭锁信号。如：同时切换或并联切换中，若该跳开的开关未能跳开，将造成两电源并列，此时装置将执行去耦合功能，跳开刚合上的开关。

1.5.4装置异常

装置投入后即始终对某些重要部件如CPU、RAM、NVRAM、EEPROM、AD等进行动态自检，一旦有故障将闭锁装置，同时发“装置异常”中控信号。

1.5.5PT断线

母线I段、母线II段PT断线时，装置将闭锁出口，同时给出PT断线报警。

1.5.6后备电源失电监测

若备用馈线电源(主馈线电源)失电低于整定值时，装置将自动闭锁出口，同时给出报警信号。考虑备用馈线PT检修的情况，可选择“后备失电闭锁”功能退出后实现残压切换。

1.5.7装置失电

装置开关电源输出的+5V，±15V，+24V任一路失电都将引起工作异常，特设电压监视回路，一旦失电立即报警，该功能采用继电器实现，不依赖CPU工作。

1.6测量显示、事故记录、录波、打印、通信等功能

1.6.1测量显示

液晶显示母线I段电压U1A，U1B，U1C或U1AB，U1BC，U1CA

液晶显示母线II段电压U2A，U2B，U2C或U2AB，U2BC，U2CA

液晶显示馈线一电源电压Uk1AC(或Uk1BC、Uk1CA)

液晶显示馈线二电源电压Uk2AC(或Uk2BC、Uk2CA)

面板灯指示馈线一、馈线二、母联开关合、分位置

当装置检测到有闭锁或故障情况时，液晶屏上将自动推出“异常报告”画面，显示闭锁或故障原因。如果是装置内部故障，面板“装置故障”灯将点亮。也可通过液晶菜单上的“异常报告”子菜单查看闭锁及故障情况。

上述切换过程中，只要条件符合，可以实现在馈线一、馈线二之间的双向切换。

Claims

1、一种微机电源快速切换控制装置，包括电源模件和CPU模件，电源模件通过直流模件为CPU模件供电；所述CPU模件的输入端分别连接开入量模件、交流量模件及采样模件、测试模件、键盘和GPS接口，CPU模件的输出端分别连接出口模件、信号模件和显示模块，CPU模件还连接管理模件，电源模件连接上述单元电路，为它们供电，其特征是所述开入量模件，包括继电器和光电隔离器；继电器的输出经光电隔离器连接CPU模件的输入端；开入量模件分别设有馈线1、2的保护启动和保护闭锁的输入接口；

所述出口模件，包括光电隔离器、中间继电器和干簧继电器，光电隔离器的输入端连接CPU模件的输出端，光电隔离器的输出端连接中间继电器的控制端，中间继电器的输出端连接干簧继电器的控制端；出口模件设有馈线1、2及母联开关的合、跳输出接口。

2、根据权利要求1所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述CPU模件采用主、从双CPU结构，两CPU之间通过I2C总线通信。

3、根据权利要求1或2所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述电源模件输入为DC/AC86～276V，输出+5V，±15V和+24V电源，供装置内部使用。

4、根据权利要求1或2所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述开入量模件还设有馈线1、2及母联开关的位置状态输入和手动切换、人工投入/闭锁装置接点、信号复归的输入接口。

5、根据权利要求1或2所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述出口模件还设有合、跳母联开关的出口接点，低压减载出口接点和投入后加速保护接点。

6、根据权利要求1或2所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述交流量模件，包括电压互感器和电流互感器，在电压互感器和电流互感器与CPU模件的输入端之间分别连接滤波器。

7、根据权利要求1或2所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述信号模件，包括继电器，继电器的控制端连接CPU模件的输出端。

8、根据权利要求1或2所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述显示模块是LCD显示单元。

9、根据权利要求1或2所述的微机电源快速切换控制装置，其特征是所述管理模件，包括打印模块和通讯模块，打印模块和通讯模块连接CPU模件。