CN205123396U - 一种变电站直流双电源自动切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力系统领域，具体涉及一种变电站直流双电源自动切换装置，包括并行连接在第一路直流电源和第二直流电源母线两端的直流接触器、续流二极管D1、储能装置和输出电路，所述直流接触器包括直流接触器的线圈KM、直流接触器的常开触点KM1和直流接触器的常闭触点KM2，所述第一路直流电源的正极、负极按照相应的极性接到直流接触器的线圈KM两端，线圈KM正负极之间接有续流二极管D1，然后输入回路的正、负极经直流接触器的常开触点KM1接到直流输出回路，第二路直流电源的正极、负极直接经直流接触器的常闭触点KM2接到直流输出回路。本实用新型可靠性高，可实现缝的切换并对两路直流电源进行严格的电气隔离。

Description

一种变电站直流双电源自动切换装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统领域，具体涉及一种变电站直流双电源自动切换装置。

背景技术

随着供电可靠性的要求日益增加，直流双电源已经成为直流系统的主流配置，在发电厂、变电站、移动通信机房等地获得了广泛应用。然而，直流双电源的切换目前仍然没有一个较好的解决方案，当一套直流装置发生故障时，需要靠人工操作的方式来切换到另一套直流电源。人工切换主要有以下弊端，奇异是有一定的操作失误风险，有可能对直流系统造成损害；其二是人工操作无法实现快速切换，会造成直流负荷短时失去电源。

因此，直流电源的持续、可靠供给对变电站的稳定运行至关重要，继电保护、自动化、通讯装置以及断路器的分合闸都需要可靠的直流系统作为保障。目前，变电站广泛采用双直流电源的配置，直流电源的双路切换均依靠人工操作，因此无法保证在任一路直流电源故障时的无间断切换。对于110kV、220kV变电站的直流系统多采用“双电双充”配置(即两套独立的充电装置和蓄电池组)，典型接线方式为直流单母线分段运行，两段直流母线之间配备有联络断路器或者隔离开关，正常运行状态下该断路器和隔离开关应处于分位，两套直流系统分列运行。大部分情况下，单套直流装置故障后需要通过人工操作的方式将其所带的负载转移到另一套正常的直流电源下，这种人工操作不仅要承担很大的操作失误的风险，更会引起切换过程中的直流供电短时中断，如果此时电网发生故障，继电保护装置将无法对其作出正确的响应，这对电网的安全运行将是一个重大的隐患。

以10kV开关柜为例，其保护装置电源、控制电源和电机储能电源分别采取两路直流电源环网接线方式。如图1所示，#1、#2直流屏馈线分别连接到开关柜顶小母线，各个间隔开关柜再从柜顶小母线上获取直流电源。通常，两个直流屏的馈线分别接到直流小母线最左边和最右边的开关柜上，正常运行情况下，因为两套直流系统禁止并列运行，因此两组小母线接入开关只能合上一组，如1ZK/2ZK/3ZK合上，4ZK/5ZK/6ZK断开，此时10kV开关柜直流小母线由#1直流屏供电；当#1直流屏因故障或者检修而失电时，断开1ZK/2ZK/3ZK，合上4ZK/5ZK/6ZK，直流小母线由#2直流屏供电。显然，在手动切换两路直流电源的过程中，直流小母线会短暂失电，母线上所有负荷失去电源。因此，继电保护系统的正常运行在很大程度上要依靠直流系统的稳定供电，这种因切换直流电源造成的直流供电中断对电力系统安全稳定运行而言是极大的隐患。

此外，传统的双路直流电源往往采用二极管搭接的模式：即两路直流电源经过二极管电路后并联供电，如图2所示，这种方式利用二极管“正向导通，反向隔断”的特性，实现了双路直流电源的无缝切换，在一定程度上提高了供电可靠性，但是由于二极管本身的特性，使得两路直流电源没有完全独立，容易发生负载过电压问题，存在一定的运维风险，也不符合电网反事故措施的要求。此外，这种接线模式并没有满足两路直流之间没有电气连接的要求，由于二极管切换回路的存在，如果其中一路直流电源发生接地故障，两段母线均发出绝缘降低报警，加大了查找接地点的难度，排查分析起来将十分棘手。因此，研究可实现近似无缝的切换速度并对两路直流电源进行严格的电气隔离，以解决了传统方式下的弊端刻不容缓。

实用新型内容

本实用新型的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种可实现近似无缝的切换速度并对两路直流电源进行电气隔离的变电站直流双电源自动切换装置，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种变电站直流双电源自动切换装置，其特征在于：包括第一直流开关K1、第二直流开关K2、直流接触器、续流二极管D1、储能装置和输出电路，所述直流接触器包括直流接触器的线圈KM、直流接触器的常开触点KM1和直流接触器的常闭触点KM2，所述第一直流开关K1的第一端子与第一直流电源的正极输出端连接，所述第一直流开关K1的第二端子与第一直流电源的负极输出端连接，所述第二直流开关K2的第一端子与第一直流电源的正极输出端连接，所述第二直流开关K2的第二端子与第一直流电源的负极输出端连接；

所述直流接触器的线圈KM的一端与续流二极管D1阴极连接后再与第一直流开关K1的第三端子连接，所述直流接触器的线圈KM的另一端与续流二极管D1阳极连接后再与第一直流开关K1的第四端子连接；

所述直流接触器的常开触点KM1的第一抽头与第一直流开关K1的第三端子连接，所述直流接触器的常开触点KM1的第二抽头与第一直流开关K1的第四端子连接；

所述直流接触器的常闭触点KM2的第一抽头与第二直流开关K2的第三端子连接，所述直流接触器的常闭触点KM2的第二抽头与第二直流开关K2的第四端子连接；

所述储能装置和输出电路并行连接后一端与直流接触器的常闭触点KM2的第三抽头连接，所述储能装置和输出电路并行连接后的另一端都与直流接触器的常闭触点KM2的第四抽头连接。

优选地，所述储能装置为储能电容，本实用新型中，所述储能电容的容量不低于1500μF,额定耐压不低于300V。

优选地，所述输出电路为直流空气开关

综上所述，本实用新型由于采用了上述方案，本实用新型还具有以下有益效果：

(1)、本实用新型的结构简单，可靠性高，可实现近似无缝的切换速度，并对两路直流电源进行严格的电气隔离，能效避免或减少因直流电源故障引发的电网事故带来的经济损失。

(2)、解决了变电站直流双电源切换时的短暂失电问题，可实现自动将故障直流电源所带负荷转移到另一路正常运行的直流电源，大幅提高直流供电的可靠性。

(3)、本实用新型采取内部可靠有效的隔离措施，没有直接的电气连接，两套直流系统仍然是完全独立的，符合电网中反事故措施要求。当其中一路电源发生直流接地故障后，另一路电源不受影响，不会发生两段直流母线对地绝缘值同时降低的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的两路直流电源环网控制连接原理图。

图2是现有的双路直流电源采用二极管连接控制的模式原理图。

图3是本实用新型一种变电站直流双电源自动切换装置的结构原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图3所示，一种变电站直流双电源自动切换装置，包括连接在第一路直流电源和第二直流电源母线两端的第一直流开关K1、第二直流开关K2、直流接触器、续流二极管D1、储能装置和输出电路，所述直流接触器包括直流接触器的线圈KM、直流接触器的常开触点KM1和直流接触器的常闭触点KM2，所述第一直流开关K1的第一端子1-1与第一直流电源的正极输出端连接，所述第一直流开关K1的第二端子1-2与第一直流电源的负极输出端连接，所述第二直流开关K2的第一端子2-1与第一直流电源的正极输出端连接，所述第二直流开关K2的第二端子2-2与第一直流电源的负极输出端连接；所述直流接触器的线圈KM的一端与续流二极管D1阴极连接后再与第一直流开关K1的第三端子(1-3)连接，所述直流接触器的线圈KM的另一端与续流二极管D1阳极连接后再与第一直流开关K1的第四端子1-4连接；

所述直流接触器的常开触点KM1的第一抽头J-1与第一直流开关K1的第三端子1-3连接，所述直流接触器的常开触点KM1的第二抽头J-2与第一直流开关K1的第四端子1-4连接；所述直流接触器的常闭触点KM2的第一抽头J-3与第二直流开关K2的第三端子2-3连接，所述直流接触器的常闭触点KM2的第二抽头J-4与第二直流开关K2的第四端子2-4连接；所述储能装置和输出电路并行连接后一端与直流接触器的常闭触点KM2的第三抽头J-5连接，所述储能装置和输出电路并行连接后的另一端都与直流接触器的常闭触点KM2的第四抽头J-6连接。

作为本实用新型的最佳实施例，如图3所示，第一路直流电源输出母线的正极、负极按照相应的极性接到连接到第一直流开关K1、直流接触器的线圈KM两端，线圈KM两端之间接有续流二极管D1，然后第一直流电源的正、负极经直流接触器的常开触点KM1接入储能装置、输出电路和负载；第二路直流电源输出母线的正极、负极按照相应的极性接到连接到第二直流开关K2、直流接触器的常闭触点KM2的第一抽头J-3和第二抽头J-4的两端，然后第二直流电源的正、负极经直流接触器的常闭触点KM2输出至储能装置、输出电路和负载。其中，为保证较高的可靠性，预防因触点粘连或者锈蚀造成电源切换异常，本装置选用了含银触点、超长使用寿命的直流接触器，其触点动作时间为毫秒级，并采用多对触点并联增加带载容量。在本实用新型中，如图3所示，所述输出电路为第三直流开关K3，所述第三直流开关K3为直流自动切换装置的输出空气开关，可以保护直流自动切换装置所接负载发生过流和短路故障时跳开，保护负载电气设备。本实用新型中使用第一直流开关K1和第一直流开关K2可以是保护直流自动切换装置内部发生过流和短路故障时跳开，保护元器件不受损。在实际使用中，空气开关的容量选择较为灵活，但应遵循逐级配合的原则：

首先、确定所使用继电器的触点容量，如20A，则第三直流开关K3的容量应≦20A，避免负载过流而烧坏继电器触点；

其次、如果第三直流开关K3选择20A的空气开关后，第一直流开关K1和第二直流开关K2则选择大一级或两级的空气开关，如25A或32A，一般K1、K2选择相同容量的空气开关；

最后、如果第一直流开关K1、第二直流开关K2的容量应比上一级电源小一级或以上，则上一级电源是40A(一级)、50A(两级)、63A(三级)均可，就可以满足整个电气回路逐级配合保护的原则。

在本实用新型中，在直流输出端并联一级储能装置，所述储能装置为储能电容，用于弥补因接触器触点动作造成的瞬间失电，保证了两路直流电源的总切换时间小于10ms，可满足绝大多数直流用电设备的欠压允许时间。对切换时间有更高要求而对装置体积无限制的用户，可定制大容量储能装置用以满足无缝切换的要求，本实用新型中，如图3所示，所述储能电容C1的容量不低于1500μF,额定耐压不低于300V。

结合图3，对本实用新型的工作原理作进一步阐述，在正常运行状态下，双电源(第一直流电源和第二直流电源)均正常供电，正常情况下第一直流开关K1和第二直流开关K2闭合，直流接触器的线圈KM通电励磁，直流接触器的常开触点KM1闭合，直流负载经由第一路直流电源供电，即第一直流电源输出的电源的正极接入第一直流开关K1的第一端子1-1，而电源的负极接入第一直流开关K1的第二端子1-2，当第一直流开关K1闭合后，电源正极从第一直流开关K1的第三端子1-3接入直流接触器的线圈KM的一端，电源负极从第一直流开关K1的第四端子1-4接入直流接触器的线圈KM的另一端，此时，直流接触器的线圈KM通电励磁，直流接触器的常闭触点KM2被断开，而第一直流电源的正极通过直流接触器的常开触点KM1的第一抽头J-1与直流接触器的常闭触点KM2的第三抽头J-5接通，第一直流电源的正极通过直流接触器的常开触点KM1的第二抽头J-2与直流接触器的常闭触点KM2的第四抽头J-6接通，此时直流接触器的常闭触点KM2的第三抽头J-5通过与第三直流开关K3的第一端子3-1连接，直流接触器的常闭触点KM2的第四抽头J-6通过与第三直流开关K3的第二端子3-1连接，通过储能电容C1，以及第三直流开关K3的第三端子3-3、第三直流开关K3的第四端子3-4将第一直流电源的正极和负极接入负载中，为负载提供直流电源电压，此时，第二路直流电源作为备自投电源。

当第一路直流电源因故障失压时，直流接触器的线圈KM失电，直流接触器的常开触点KM1断开，直流接触器的常开触点KM1的第一抽头J-1与直流接触器的常闭触点KM2的第三抽头J-5断开，直流接触器的常闭触点KM2的第一抽头J-3与第三抽头J-5被闭合连接，直流接触器的常开触点KM1的第二抽头J-2与直流接触器的常闭触点KM2的第四抽头J-6断开，此时，直流接触器的常闭触点KM2第二抽头J-4与第四抽头J-6被闭合连接，直流接触器的常闭触点KM2瞬时返回闭合状态，使第二直流电源输出的正、负电源分别通过第二直流开关的第一端子2-1、第二端子2-2分别输出至第二直流开关的第三端子2-3、第四端子2-4，然后通过直流接触器的常闭触点KM2至储能装置、输出电路和负载，接通第二路直流电源为负载供电同时，第一路直流电源立即被隔离，达到了双电源自动切换的效果。

本实用新型具有简易过载、短路保护功能，直流输出电路路选用直流空气开关，并与上级电源空气开关逐级配合，通过合理的上下级空开级差保证了选择性保护，当负荷发生短路或者过载时只跳开装置本身的空气开关，而不会影响到上一级电源的正常运行，避免了越级跳闸扩大直流系统停电范围。本实用新型适用性强，并适应不同电压等级，可广泛用于发电厂及变电站的110V或220V直流电源、通讯设备的48V直流电源等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种变电站直流双电源自动切换装置，其特征在于：包括第一直流开关K1、第二直流开关K2、直流接触器、续流二极管D1、储能装置和输出电路，所述直流接触器包括直流接触器的线圈KM、直流接触器的常开触点KM1和直流接触器的常闭触点KM2，所述第一直流开关K1的第一端子(1-1)与第一直流电源的正极输出端连接，所述第一直流开关K1的第二端子(1-2)与第一直流电源的负极输出端连接，所述第二直流开关K2的第一端子(2-1)与第一直流电源的正极输出端连接，所述第二直流开关K2的第二端子(2-2)与第一直流电源的负极输出端连接；

所述直流接触器的线圈KM的一端与续流二极管D1阴极连接后再与第一直流开关K1的第三端子(1-3)连接，所述直流接触器的线圈KM的另一端与续流二极管D1阳极连接后再与第一直流开关K1的第四端子(1-4)连接；

所述直流接触器的常开触点KM1的第一抽头(J-1)与第一直流开关K1的第三端子(1-3)连接，所述直流接触器的常开触点KM1的第二抽头(J-2)与第一直流开关K1的第四端子(1-4)连接；

所述直流接触器的常闭触点KM2的第一抽头(J-3)与第二直流开关K2的第三端子(2-3)连接，所述直流接触器的常闭触点KM2的第二抽头(J-4)与第二直流开关K2的第四端子(2-4)连接；

所述储能装置和输出电路并行连接后一端与直流接触器的常闭触点KM2的第三抽头(J-5)连接，所述储能装置和输出电路并行连接后的另一端都与直流接触器的常闭触点KM2的第四抽头(J-6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种变电站直流双电源自动切换装置，其特征在于：所述储能装置为储能电容，所述储能电容的容量不低于1500μF,额定耐压不低于300V。

3.根据权利要求1所述的一种变电站直流双电源自动切换装置，其特征在于：所述输出电路为直流空气开关。