CN202333963U - 直流双电源智能无缝切换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直流双电源智能无缝切换装置，包括主控制器、检测单元I、检测单元II、正极辅助切换装置、负极辅助切换装置、正极母联接触器K1和负极母联接触器K2，本实用新型采取了全新的设计思路，完全达到了直流双电源智能切换，可确保在当一套直流电源欠压、过压及失电时可将故障电源所带负载无缝隙（0秒）自动切换到正常电源装置。以确保直流操作电源安全可靠地不间断的运行。
Description
直流双电源智能无缝切换装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电力技术领域，特别涉及一种直流双电源智能无缝切换装置。 背景技术
[0002] 随电力工业的发展，对直流设备(变电站的直流操作电源等）的要求也越来越高， 特别是为了保证运行的安全性和可靠性，现在基本都要求采用直流电源设备双电源方案。
[0003] 目前广泛采用的直流电源设备的双电源运行方式为：当一套装置故障时，将它所带的负载人工切换到另一套装置。这种切换方式虽然一定程度提高了直流电源设备运行的可靠性，但切换过程中会造成被切换装置的负载供电中断，直接影响到电力系统的安全可靠运行。
[0004] 现有常见的220kV变电站多采用单母线分段，两组蓄电池，两组充电装置的接线方式，直流母线采用分段运行方式，并在两段直流母线之间配置联络断路器或隔离开关。 正常运行时断路器和隔离开关处于断开位置。每段母线应分别用一组独立的蓄电池供电， 蓄电池和对它充电的充电装置应接在同一段母线上。每一台充电装置都配有独立的微机监控装置，每段直流输出母线都配有一套微机绝缘监察装置，对每一回动力、控制输出回路的输出电压、+对地、一对地的绝缘电阻、对地电压进行时时监测和显示。每组蓄电池均装有蓄电池巡检仪(或蓄电池在线监测仪）并通过RS485通信，将每一只蓄电池的电压、温度、压差等传入微机监控装置，显示或控制(如压差超标报警等)，两套装置互为备用。
[0005] 正常运行时，每一套直流操作电源各自供电给负载，当其中一套操作电源发生故障、检修或作蓄电池容量核对性试验时，需将所带负载转移至正常运行的操作电源上，目前均采用人工手动切换。显然，当操作电源在失压、欠压时，手动切换过程中将使母线电源中断，造成母线上所接的继电保护、自动化装置和断路器分合闸电源短时断电，将直接影响到电力系统的安全可靠运行。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本实用新型的目的是提供了一种直流双电源智能无缝切换装置，能够实现无缝隙切换，确保直流操作电源安全可靠地不间断的运行。
[0007] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 该直流双电源智能无缝切换装置，包括
[0009] 主控制器；
[0010] 检测单元I，接入I段直流母线的输入电源回路，用于检测输入I段直流母线的电流和电压的实时状态，并将检测结果反馈至主控制器；
[0011] 检测单元II，接入II段直流母线的输入电源回路，用于检测输入11段直流母线的电流和电压的实时状态，并将检测结果反馈至主控制器；
[0012] 正极辅助切换装置，用于连接I段直流母线和II段直流母线的正极，常态下处于断开状态，母线状态异常时(失压或欠压)，加在正极辅助切换装置两端的电压差达整定值时，正极辅助切换装置瞬时迅速触发导通，将I段直流母线和II段直流母线的正极连接；
[0013] 负极辅助切换装置，用于连接I段直流母线和II段直流母线的负极，常态下处于断开状态，母线状态异常时(失压或欠压)，加在负极辅助切换装置两端的电压差达整定值时，负极辅助切换装置瞬时迅速触发导通I段直流母线和II段直流母线的负极连接；
[0014] 正极母联接触器和负极母联接触器，根据主控制器的合闸指令，在正极辅助切换装置和负极辅助切换装置动作后，分别合闸使I段和II段直流母线直接并联，同时因加在正、负极辅助切换装置两端电压差为0，正、负极辅助切换装置自动退出运行。
[0015] 进一步，所述装置还包括监控触摸屏，所诉触摸屏与主控制器相联接；
[0016] 进一步，在检测单元I与I段直流母线之间这一段输入电源回路上，设置有直流电源输入空开QF1，QFl为手动控制开关或通过主控制器电控的开关；
[0017] 进一步，在检测单元II与II段直流母线之间这一段输入电源回路上，设置有直流电源输入空开QF2，QF2为手动控制开关或通过主控制器电控的开关；
[0018] 进一步，在直流电源输入空开QFl的正极至I段直流母线的正极间串联有逆止二极管Dl ；
[0019] 进一步，在直流电源输入空开QF2的正极至II段直流母线的正极间串联有逆止二极管D2 ；
[0020] 进一步，所诉主控制器为PLC或单片机。
[0021] 本实用新型的有益效果是：
[0022] 本装置采用了全新的设计思路，完全达到了直流双电源智能切换，可确保在当一套直流电源欠压、过压及失电时可将故障电源所带负载无缝隙（0秒）自动切换到正常电源装置。从而确保直流操作电源安全可靠地不间断的运行。
[0023] 本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
[0024] 为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：
[0025] 图1为本实用新型的系统原理示意图；
[0026] 图2为直流双电源智能无缝切换装置试验接线原理图。
具体实施方式
[0027] 以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
[0028] 如图1所示，本实用新型的直流双电源智能无缝切换装置，包括（1)主控制器，本实施例中，模拟量的采集和开关量的采集均使用西门子公司的S7-200系列的PLC，系统工作可靠，抗干扰能力强；（2 )接入I段直流母线的输入电源回路的检测单元I，用于检测输入 I段直流母线的电流和电压的实时状态，并将检测结果反馈至主控制器；接入II段直流母线的输入电源回路的检测单元II，用于检测输入II段直流母线的电流和电压的实时状态， 并将检测结果反馈至主控制器；（4)连接I段直流母线和II段直流母线正极的正极辅助切换装置，其在常态下处于断开状态，母线状态异常时，迅速触发导通I段直流母线和II段直流母线的正极；（5)连接I段直流母线和II段直流母线负极的负极辅助切换装置，其在常态下处于断开状态，母线状态异常时，迅速触发导通I段直流母线和II段直流母线的负极； (6)正极母联接触器Kl和负极母联接触器K2 ：根据主控制器的合闸指令，在正极辅助切换装置和负极辅助切换装置动作后，分别合闸使I段和II段直流母线直接并联。
[0029] 另外，在检测单元I与I段直流母线之间这一段输入电源回路上，设置有直流电源输入空开QF1，QFl为手动控制开关或通过主控制器电控的开关。同时，在检测单元II与 II段直流母线之间这一段输入电源回路上，设置有直流电源输入空开QF2，QF2为手动控制开关或通过主控制器电控的开关。
[0030] 作为进一步的改进，为了能够更为直观地对装置进行操控，本装置还包括监控触摸屏，所诉触摸屏与主控制器相联接。监控触摸屏采用7英寸彩色液晶触摸屏。主界面直接显示直流智能切换装置的一次运行系统图，直观的显示系统的工作状态，各工作点的电压、 电流等和各种开关的工作状态等。
[0031] 作为进一步的改进，在直流电源输入空开QFl的正极至I段直流母线的正极间串联有隔离用的逆止二极管Dl ；同时，在直流电源输入空开QF2的正极至II段直流母线的正极间串联有隔离用的逆止二极管D2。
[0032] 以下将针对本实用新型在其中一路直流发生异常情况时的动作情况进行说明：
[0033] 一、当1路直流发生失压、欠压时的切换原理
[0034] ①当1路直流发生失压、欠压达到整定值时，接在两段母线间辅助切换装的两端出现电压差，辅助切换装置立即导通，分别将I段直流母线的正、负母线与II段直流母线的正、负母线连通，将I段直流母线所带负载无缝转移到II段直流母线，同时PLC发出母联直流接触器K1、K2合闸指令经< 40ms后K1、K2主触头接通，I段和II段直流母线直接并联（即由II段母线以合格电压供给I段母线上的负载)，同时由于直流接触器合闸后，辅助切换装置两端电压差为0，辅助切换装置自动退出运行。
[0035] 因1路直流电源输入空开QFl正极至直流正极母线间串有逆止二极管D1，因此在切换过程和切换后，因I段直流母线电压由II段母供正常电压时逆止二极管Dl始终处于截止工作状态，它将隔离1路直流输入电源的故障电压输入至I段直流母线。因此，切换过程和切换后均可不断开QFl。
[0036] ②1路直流电源恢复正常供电的切换原理
[0037] 当PLC检测单元检测到I段直流电源恢复正常供电达整定值时，PLC发出直流断路器的分闸指令使直流接触器K1、K2分闸，此时，双电源恢复正常工作状态。
[0038] 在切换过程PLC将发出对应的声光信号指示和监控触摸屏显示的一次回路图上的开关位置，各段母线的电压、电流等有相应的显示。
[0039] 二、当I段直流电源发生过压时的切换原理
[0040] ①当I段直流电源发生过压PLC检测到过压信号达整定值时，PLC发出过声光信号和直流断路器QFl的跳闸指令，使QFl跳闸。此时，电路工作和切换过程与失压和欠压切换过程相同(在此不在重复上述过程)。[0041] ②当I段直流电源过压消除PLC检测到过压信号达到正常电压整定值时，PLC发出直流断路器QFl合闸指令使QFl合闸和发出直流断路器的分闸指令使直流接触器K1、K2 分闸，此时，双电源恢复正常工作状态。
[0042] 在切换过程PLC将发出对应的声光信号指示和监控触摸屏显示的一次回路图上的开关位置，各段母线的电压、电流等有相应的显示。
[0043] 3)当2路直流电源发生失压、欠压、过压的切换原理与上述相同（不再重复上述过程）。
[0044] 本实用新型的技术特点包括：
[0045] (1)本装置采用直流隔离技术，在切换过程中不会影响两路直流的正常运行状态；
[0046] (2)本装置PLC采用西门子S-200系列控制器，编程简单灵活、可靠性高，具有自动启动功能。通过PLC和瞬时触发模块(辅助切换装置）相配合，实现了各母线之间的快速切换，彻底解决了以往设备切换过程中的断电问题。使系统在任何工作条件下，均可以实现母线间的无间断切换；
[0047] (3)使用两路输入、一路输出的DC/DC-220V /24V的电源做控制工作电源，只要有一路直流电源正常，PLC及其它控制设备即可正常工作；
[0048] (4)为了实现本设备在任何状态下的供电可靠性，电路的控制方式和PLC的使用均采用负逻辑，实现整套设备在任何故障时，均不影响各母线的供电；
[0049] ( 5 )各种运行数据，各开关的工作状态，均可以通过上位机通讯接口上送，实现“四遥”功能。
[0050] 上位机接口两个：RS232接口和RS485接口。
[0051]通讯协议：CDT、M0DBUS、DL/T680(IEC61850)。
[0052] (6)直流接触器主要电力器件采用进口直流接触器，持续导通电流为500A (在 320VDC时，最大断开电流为2000A)；
[0053] (7)输入、输出回路的空气断路器采用直流专用名牌开关；
[0054] (8)双电源辅助转换装置采用大功率进口器件；
[0055] (9)本装置屏面上，每一套直流电源均装有0. 5级数字式电流表和0. 2级数字式电压表，可方便地观测每一套直流电源的输入电流和母线输出电压；
[0056] (10)组屏方便。
[0057] 试验方法及试验结论
[0058] 为确保《直流双电源智能无缝切换装置》的功能，其试验的关键技术是检测在切换过程中的无缝（0秒）切换功能。
[0059] 试验方法如下：
[0060] 1)常规的电气性能检查：外观检查、绝缘电阻、抗电强度、工频耐压试验、爬电距离和电气间隙检查，遥信和遥测检查等。
[0061] 2)用存贮示波器（0〜20MHz)分别测试当失压、欠压、过压、故障消除自动恢复等四种情况下的1路电源和2路电源直流母线之间切换的波形是否达到智能无缝切换的效
[0062] 3)试验电路原理图（见图2)：[0063] 用直流可调电源调节1路输入电压至欠压整定值、断开1路直流电源输入空开QFl (模拟失压）和调节1路输入电压至欠压或过压至整定值，用可调直流负载箱对1路母线加负载电流（20%、50%、100%负载额定电流)，切换装置均能准确切换，切换过程中用存储示波器测试1路直流母线电压的波形图。试验结论：切换过程的母线电压波形图完全连续，切换时间最长时间为128ms，切换电压变化等完全达到电气性能指标和智能无缝切换的要求。
[0064] 2路试验方法与1路相同(在此不再重复叙述)。
[0065] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.直流双电源智能无缝切换装置，其特征在于：所述装置包括主控制器；检测单元I，接入I段直流母线的输入电源回路，用于检测输入I段直流母线的电流和电压的实时状态，并将检测结果反馈至主控制器；检测单元II，接入II段直流母线的输入电源回路，用于检测输入11段直流母线的电流和电压的实时状态，并将检测结果反馈至主控制器；正极辅助切换装置，用于连接I段直流母线和II段直流母线的正极，常态下处于断开状态，母线状态异常时，迅速触发导通I段直流母线和II段直流母线的正极；负极辅助切换装置，用于连接I段直流母线和II段直流母线的负极，常态下处于断开状态，母线状态异常时，迅速触发导通I段直流母线和II段直流母线的负极；正极母联接触器（Kl)和负极母联接触器（K2)，根据主控制器的合间指令，在正极辅助切换装置和负极辅助切换装置动作后，分别合闸使I段和II段直流母线直接并联。
2.根据权利要求1所述的直流双电源智能无缝切换装置，其特征在于：所述装置还包括监控触摸屏，所诉触摸屏与主控制器相联接。
3.根据权利要求1或2所述的直流双电源智能无缝切换装置，其特征在于：在检测单元I与I段直流母线之间这一段输入电源回路上，设置有直流电源输入空开（QF1)，(QFl) 为手动控制开关或通过主控制器电控的开关。
4 .根据权利要求1或2所述的直流双电源智能无缝切换装置，其特征在于：在检测单元II与II段直流母线之间这一段输入电源回路上，设置有直流电源输入空开（QF2)，（QF2) 为手动控制开关或通过主控制器电控的开关。
5.根据权利要求1所述的直流双电源智能无缝切换装置，其特征在于：在直流电源输入空开（QFl)的正极至I段直流母线的正极间串联有逆止二极管（D1)。
6.根据权利要求1所述的直流双电源智能无缝切换装置，其特征在于：在直流电源输入空开（QF2)的正极至II段直流母线的正极间串联有逆止二极管（D2)。
7.根据权利要求1所述的直流双电源智能无缝切换装置，其特征在于：所诉主控制器为PLC或单片机。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20120919 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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