CN204258421U

CN204258421U - 3kV～10kV双电源切换装置

Info

Publication number: CN204258421U
Application number: CN201420599604.8U
Authority: CN
Inventors: 庄彬祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2024-10-03

Abstract

一种3kV～10kV双电源切装置，包括3组静态开关(可控硅)、2组电抗器、6组隔离开关、测量控制部分。隔离开关、静态开关、电抗器、隔离开关顺序的电气连接组成一路电源支路，隔离开关、静态开关、电抗器、隔离开关顺序的电气连接组成另一路电源支路，两路电源支路的电抗器负荷侧之间连接静态开关，每一电源支路并联隔离开关作为检修维护用旁路开关。正常运行每路电源对各自负载供电，当一路电源故障时另一路电源带全部负荷。利用静态开关(可控硅)进行双电源高速切换，利用电抗器的限流特性将两路电源切换时可能产生的短路冲击电流限制在允许的范围内，使静态开关(晶闸管)能安全的将两路3kV～10kV电源在20ms内完成切换。

Description

3kV～10kV双电源切换装置

技术领域

本实用新型涉及3kV～10kV供配电系统中，为了提高重要负荷的供电可靠性而设置的双电源切装置。

背景技术

目前，公知的，3kV～10kV供配电系统中，重要负荷的供电一般配置备用电源，通常的做法是设置备用电源自动投入装置或设置快切装置，备用电源自动投入装置的切换时间一般大于300ms，快切装置的切换时间在40ms～120ms之间，但无论是备用电源自动投入装置还是快切装置，由于都是机械动作式开关切换，很难再缩短切换时间。而现在对供电连续性的敏感负荷越来越多，失电时间超过几十毫秒就造成极大的损失，例如今年的山东一焦化企业因两路10kV电源机械动作式开关切换不满足切换时间的要求直接损失就几百万元。为了提高供电可靠性就必须采取更快速的双电源切换装置，利用静态开关(可控硅)进行双电源切换是一个很好的思路，因为静态开关(可控硅)的切换过程全部是光电参量的切换，速度极快。但由于现在的负荷绝大部分有电感性无功负荷成分，且有大量的生产性企业用户是大量的电动机负载，对于3kV～10kV供配电系统，出现短路故障时，一方面电源对短路点输送故障电流，另一方面负载电感储能对短路点也形成衰减的续流(续流衰减时间常数τ＝X_∑/314R_∑)，电动机负载离短路点较近时也对短路点输送短路电流。短路时负载的电感续流、电动机对短路点的短路电流使简单利用静态开关(可控硅)进行双电源切换并不安全可靠。

以附图图5来说明上述问题，图5中一路运行电源(AC1)和另一路备用电源(AC2)通过静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)直接相互切换，为便于分析，静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)只画相对应的一相(选A相为例)。为便于分析图中将交流电源(AC1)的正常情况负载电流(i1)的有功分量(iR1)和无功分量(iL1)的波形分别画出，且为了便于比较又对电源侧短路故障前后的各相关波形再分别画出。假设电源(AC1)在t1时刻出现三相严重短路故障，且离负载不是很远，负载含有直接供电的高压异步电动机，则电源(AC1)的电压瞬时值(v11)过零后也将为零，负载电流有功分量瞬时值(iR11)过零后也为零，负载电流无功分量(iL11)由正弦变化变为按指数规律衰减的续流，负载异步电动机的超瞬态电势(E₀)相位和电源(AC1)相同开始按衰减性正弦规律变化，异步电动机的超瞬态电势(E₀)对短路点输出短路电流(id)，t1时刻静态开关(SCR1)A相的电流流向如图所示。t1时刻的后半周波里超瞬态电势(E₀)的瞬时值为负电位，对短路点输出短路电流(id)和负载电感续流电流无功分量(iL11)方向是相同的，若备用电源(AC2)和运行电源(AC1)的相位也相同且在t1时刻的后10ms内(t1和t3之间)切换完成，那么短路点也将通过静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)对备用电源(AC2)短路。详细观察波形图可以发现，在运行电源(AC1)的电压瞬时值过零后到随后的电流瞬时值过零这个时间段内电源(AC1)出现短路故障，静态开关(SCR1)的相关晶闸管皆有续流，运行电源(AC1)的电压瞬时值下次过零之前备用电源切换完毕短路点皆有可能对备用电源短路。当无电机负载对短路点输出故障电流时，可以看出上述短路故障和切换情况下，短路点同样对备用电源短路，详细观察波形图可以发现，在运行电源(AC1)的电压瞬时最大值到随后的电流瞬时值过零这个时间段内电源(AC1)出现短路故障，而在电压瞬时值由最大值过零之后的半周里切换完毕，短路点也有可能对备用电源短路。短路电流对电子元器件将造成损，不能安全进行电源切换，进而影响可靠供电。所以用静态开关直接双电源切换不安全可靠。

发明内容

本实用新型为解决上述问题，提供一种3kV～10kV双电源切换装置，该双电源切换装置由静态开关(可控硅)、电抗器(或电阻器)、隔离开关及测量控制部分组成，利用静态开关(可控硅)进行双电源高速切换，利用电抗器(或电阻器)的限流特性将两路电源切换时可能产生的短路冲击电流限制在允许的范围内，使静态开关(晶闸管)能安全的将两路3kV～10kV电源在20ms内完成切换。

本实用新型的实施方案是：

本实用新型的实施方案一，3kV～10kV双电源切装置，包括静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)、静态开关(SCR3)、电抗器(R1)、电抗器(R2)、测量控制部分(JK)、隔离开关(K1)、隔离开关(K2)、隔离开关(K3)、隔离开关(K4)、隔离开关(K5)、隔离开关(K6)。隔离开关(K1)、静态开关(SCR1)、电抗器(R1)、隔离开关(K5)顺序的电气连接作为一路电源支路，隔离开关(K2)、静态开关(SCR2)、电抗器(R2)、隔离开关(K6)顺序的电气连接作为另一路电源支路，电抗器(R1)、电抗器(R2)的负荷侧之间连接静态开关(SCR3)。隔离开关(K3)、隔离开关(K4)作为维修维护旁路开关分别并联于一路电源支路。测量控制部分(JK)测量两路电源的电气参量并对静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)、静态开关(SCR3)的通断进行控制，测量控制部分(JK)包括三相五柱电压互感器、电流互感器、触发信号电源变压器、触发及关断电路、信号处理及控制电路等。正常情况下隔离开关(K1)、隔离开关(K2)、隔离开关(K5)、隔离开关(K6)闭合，静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)触发导通，两路电源分别对各自的负载供电。当有一路电源(AC1)异常时，测量控制部分(JK)根据测量的电气参量检测出故障回路、并判别出故障是在电源侧还是负荷侧，若是电源侧故障，则停发静态开关(SCR1)的触发信号，随后对静态开关(SCR3)发触发信号，若是负荷侧故障，只停发断静态开关(SCR1)触发信号，不对静态开关(SCR3)发触发信号。另一路电源(AC2)异常的动作情况相同。一次设备皆为三相设备。

本实用新型的实施方案二，本实用新型的实施方案二是在本实用新型的实施方案一的基础上，将电抗器(R1)、电抗器(R2)取消，静态开关(SCR1)负荷侧连接隔离开关(k5)的电源侧，静态开关(SCR2)负荷侧连接隔离开关(k6)的电源侧，而在静态开关(SCR3)的一次回路串联电抗器或电阻器(R)。静态开关(SCR3)的一次回路串联电阻器(R)时，静态开关(SCR3)、电阻器(R)的串联支路并联断路器或高压接触器(DL)。

本实用新型有如下优点和积极效果：由于电抗器(或电阻器)的限流作用，在静态开关(SCR1)或静态开关(SCR2)电源侧供电回路发生短路故障时，静态开关(SCR3)导通后可把流经静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)、静态开关(SCR3)短路电流限制到容许的范围内，避免静态开关损坏、确保20ms内顺利完成切换。

附图说明

图1是本实用新型方案一的原理示意框图。

图2是本实用新型方案二的原理示意框图。

图3是本实用新型方案一的接线原理示意图。

图4是本实用新型方案二的接线原理示意图。

图5是无电抗器情况下两路电源切换不利情况分析示意图。

图1至图4中AC1.交流电源，AC2.交流电源，ACO1.交流电源输出，ACO2.交流电源输出，SCR1.静态开关，SCR2.静态开关，SCR3.静态开关，R.电抗器(或电阻器)，R1.电抗器，R2.电抗器，JK.测量控制部分，K1.隔离开关，K2.隔离开关，K3.隔离开关，K4.隔离开关，K5.隔离开关，K6.隔离开关，DL.断路器(或高压接触器)，1.三相五柱电压互感器，2.三相五柱电压互感器，3.触发信号电源变压器，4.触发信号电源变压器，5.触发及关断电路，6.触发及关断电路，7.信号处理及控制电路，8.电流互感器，9.电流互感器，10.触发及关断电路。

图5中V1.交流电源(AC1)正常情况电压波形，v2.交流电源(AC2)正常情况电压波形，i1.交流电源(AC1)的正常情况负载电流波形，iR1.交流电源(AC1)正常情况负载电流分解的有功电流波形，iL1.交流电源(AC1)正常情况负载电流分解的无功电流波形，V11.交流电源(AC1)短路故障前后的电压波形，iR11.交流电源(AC1)的短路故障前后负载电流分解的有功电流波形，iL11.交流电源(AC1)的短路前后负载电流分解的无功电流波形，E₀.异步电动机超瞬态电势，id.异步电动机输出的短路电流。(E₀、id实际衰减，为直观图示比较未画成衰减)。

具体实施方式

本实用新型方案一的具体实施方式。参见图3所示，本实用新型双电源切装置包括：静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)、静态开关(SCR3)、电抗器(R1)、电抗器(R2)、隔离开关(K1)、隔离开关(K2)、隔离开关(K3)、隔离开关(K4)、隔离开关(K5)、隔离开关(K6)、三相五柱电压互感器(1)、三相五柱电压互感器(2)、触发信号电源变压器(3)、触发信号电源变压器(4)、电流互感器(8)、电流互感器(9)、触发及关断电路(5)、触发及关断电路(6)、触发及关断电路(10)、信号处理及控制电路(7)。隔离开关(K1)负荷侧连接静态开关(SCR1)电源侧、静态开关(SCR1)负荷侧连接电抗器(R1)电源侧、电抗器(R1)负荷侧经电流互感器(8)连接隔离开关(K5)电源侧，隔离开关(K2)负荷侧连接静态开关(SCR2)电源侧、静态开关(SCR2)负荷侧连接电抗器(R2)电源侧、电抗器(R2)负荷侧经电流互感器(9)连接隔离开关(K6)电源侧，电抗器(R1)、电抗器(R2)的负荷侧之间连接静态开关(SCR3)。隔离开关(K3)电源侧连接隔离开关(K1)电源侧，隔离开关(K3)负荷侧连接隔离开关(K5)负荷侧，隔离开关(K4)电源侧连接隔离开关(K2)电源侧，隔离开关(K4)负荷侧连接隔离开关(K6)负荷侧。三相五柱电压互感器(1)测量静态开关(SCR1)电源侧电压信号，三相五柱电压互感器(2)测量静态开关(SCR2)电源侧电压信号，电流互感器(8)、电流互感器(9)分别测量两路负载的电流信号。触发信号电源变压器(3)对触发及关断电路(5)、触发及关断电路(10)提供电源，触发信号电源变压器(4)对触发及关断电路(6)、触发及关断电路(10)提供电源。触发及关断电路(5)对静态开关(SCR1)进行导通及关断控制，触发及关断电路(6)对静态开关(SCR2)进行导通及关断控制，触发及关断电路(10)对静态开关(SCR3)进行导通及关断控制。信号处理及控制电路(7)控制触发信号电源变压器(3)、触发信号电源变压器(4)选择性对触发及关断电路(10)供电。信号处理及控制电路(7)根据测量的电压及电流信号形成控制信号控制触发及关断电路(5)、触发及关断电路(6)、触发及关断电路(10)的导通及关断。

静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)、静态开关(SCR3)，根据系统电压情况及可控硅耐压情况由一组反向并联的可控硅组成或几组反向并联的可控硅串联组成。

触发及关断电路(5)、触发及关断电路(6)、触发及关断电路(10)为相对应静态开关的每个可控硅提供一个独立的触发及关断单元，各触发及关断单元之间是绝缘的且耐压满足过电压水平。

触发信号电源变压器(3)二次绕组的个数和静态开关(SCR1)、静态开关(SCR3)内的可控硅数量对应，且各个二次绕组之间的绝缘满足过电压要求，每个二次绕组对一个独立的触发及关断单元供电。

触发信号电源变压器(4)二次绕组的个数和静态开关(SCR2)、静态开关(SCR3)内的可控硅数量对应，且各个二次绕组之间的绝缘满足过电压要求，每个二次绕组对一个独立的触发及关断单元供电。

信号处理及控制电路(7)对触发及关断电路(5)、触发及关断电路(6)、触发及关断电路(10)的控制信号是通过触发及关断电路内部的高压光耦和器件实现的。

正常运行情况下隔离开关(K1)、隔离开关(K2)、隔离开关(K5)、隔离开关(K6)闭合，静态开关(SCR1)、静态开关(SCR2)触发导通，隔离开关(K3)、隔离开关(K4)断开，静态开关(SCR3)关断，两路电源(AC1)、(AC2)分别对各自的负载供电。当有一路电源(AC1)异常时，信号处理及控制(7)根据三相五柱电压互感器(1)、三相五柱电压互感器(2)、电流互感器(8)、电流互感器(9)的信号数据判断出电源(AC1)异常，同时判断出故障是在静态开关(SCR1)的电源侧还是负荷侧，若故障在静态开关(SCR1)的电源侧，则信号处理及控制(7)控制触发及关断电路(5)停止对静态开关(SCR1)发触发信号，随后信号处理及控制(7)控制触发及关断电路(10)由触发信号电源变压器(4)供电且对静态开关(SCR3)发触发信号，若故障在负荷侧，信号处理及控制(7)只控制触发及关断电路(5)停止对静态开关(SCR1)发触发信号。当电源(AC2)异常时动作情况类似电源(AC1)异常时动作情况。这样，无论电源(AC1)还是电源(AC2)的有短路故障，在由于负载电感性续流故障回路静态开关未关断、静态开关(SCR3)已导通的情况下，另一路电源是通过电抗器(R1)、电抗器(R2)、静态开关(SCR3)及故障回路的静态开关和故障点连接，由于电抗器(R1)、电抗器(R2)的限流作用，使另一路电源对故障点的短路电流限制在允许的范围内，保证一路电源异常的情况下可靠完成切换，切换完成后由另一路电源为全部负载供电。

双电源切换装置的自动切换部分的维护、检修。隔离开关(K1)、隔离开关(K2)、隔离开关(K3)、隔离开关(K4)、隔离开关(K5)、隔离开关(K6)为双电源切换装置的自动切换部分维护、检修提供条件，在不影响供电的情况下，隔离开关(K3)、隔离开关(K4)闭合后，断开隔离开关(K1)、隔离开关(K2)、隔离开关(K5)、隔离开关(K6)，可对隔离开关(K3)、隔离开关(K4)以外的部分进行维护、检修。

在信号处理及控制(7)的切换信号极快完成的情况下，非故障回路的电源也极快的加到了故障回路的负载(小于10ms)，若非故障回路电源10ms内切换到故障回路的负载，由图5的波形可以看出，在半个周波内的任何时刻故障回路电源侧短路故障，故障回路静态开关的可控硅负载电感性续流最长持续时间为持续完下半个周波，随即故障回路静态开关的可控硅彻底关断，所以严格的说，在最不利的情况下一个周波即20ms内彻底完成切换。

本实用新型方案二的具体实施方式。参见图4所示，本实用新型方案二的具体实施方式是在本实用新型方案一的具体实施方式的基础上，将电抗器(R1)、电抗器(R2)取消，静态开关(SCR1)负荷侧经电流互感器(8)连接隔离开关(k5)的电源侧，静态开关(SCR2)负荷侧经电流互感器(9)连接隔离开关(k6)的电源侧，而在静态开关(SCR3)的一次回路串联电抗器或电阻器(R)。

静态开关(SCR3)的一次回路串联电阻器(R)时，静态开关(SCR3)、电阻器(R)的串联支路并联断路器或高压接触器(DL)。在静态开关(SCR3)串联电阻器(R)的情况下，在两路电源切换时，信号处理及控制(7)控制触发及关断电路(10)使静态开关(SCR3)触发导通后，再使断路器或高压接触器(DL)导通，断路器或高压接触器(DL)导通后，触发及关断电路(10)停发触发信号，静态开关(SCR3)将关断。本实用新型方案二的具体实施方式的其它情况与本实用新型方案一的具体实施方式相同。

Claims

1.一种3kV～10kV双电源切换装置，包括3组静态开关、2组或1组电抗器、6组隔离开关及测量控制部分，其特征在于：两路隔离开关、静态开关、电抗器、隔离开关顺序电气连接支路的电抗器负荷侧之间连接静态开关，或者两路隔离开关、静态开关、隔离开关顺序电气连接支路的静态开关负荷侧之间连接静态开关与电抗器或电阻器的串联支路。

2.根据权利要求1所述的3kV～10kV双电源切换装置，其特征在于：两路隔离开关、静态开关、电抗器、隔离开关顺序电气连接支路的每一支路都有电抗器。

3.根据权利要求1所述的3kV～10kV双电源切换装置，其特征在于：两路隔离开关、静态开关、隔离开关顺序电气连接支路的静态开关负荷侧之间连接的串联支路含有电抗器或电阻器。