CN206226107U - 一种工业无扰动安全控制装置 - Google Patents

Abstract

一种工业无扰动安全控制装置，包括切换处理模块、采样模块、电源开关和通讯模块，所述切换处理模块包括数字信号处理器、32位单片机、逻辑电路和存储模块，所述采样模块连接所述数字信号处理器，所述数字信号处理器通过所述逻辑电路与所述32位单片机相连，所述32位单片机连接所述存储模块，所述存储模块与所述通讯模块连接，所述切换处理模块与所述电源开关连接。本实用新型可以自动选择最佳切换时机，确保切换的安全可靠，强大的录波功能实现了电源快速切换的准确性，适用于连续工业生产过程的供电系统和对供电电源可靠性要求比较高的场合。

Description

一种工业无扰动安全控制装置

技术领域

本实用新型属于工业供电质量管理领域，具体涉及一种工业无扰动安全控制装置。

背景技术

在石化、冶金等厂矿连续性生产企业，其生产工艺和流程对供电可靠性和连续性提出了很高的要求，供电的中断和电压大幅波动会给企业带来巨大的损失。这些场所，一般都采用双电源供电。一旦一路电源发生故障，可及时切换到另一路电源供电。目前用于这种双电源切换的装置，大都采用接触器或空气开关，用大量的继电器加以控制，其控制回路设计复杂，施工烦琐，维护困难，同时其可靠性差，对安全生产造成威胁。而且当这些场所发生火灾等情况时，如果来不及断电，将对人们的生命财产安全造成极大的威胁。

专利电源切换装置(公开号：CN204118852U)提供了一种备用电源切换装置，是通过若干个电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器以及连接片、导线等元器件实现的。具有元器件多、占用保护仓空间大，机械式辅助触点多等缺陷。这些缺陷将会导致控制系统接触不良、绝缘不良等故障，使电源切换装置动作可靠性低乃至频繁发生误动作。

此外，厂矿企业的负荷情况复杂，很多大型厂矿配置了自备发电机。在母线失电时，自备发电机由于有独立的励磁回路和动力系统，它们对负荷区内的功率和电压消耗均有较强的支撑作用，使得现有的备用电源无法及时切换，及时的投入生产使用。当厂用电工作电源跳开后，如果备用电源投入时机不当，备用电源与母线残压之间相角、频率相差过大会对厂用设备产生较大的冲击，损坏设备，甚至切换失败。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种工业无扰动安全控制装置，可以自动选择最佳切换时机，确保切换的安全可靠，实现电源快速切换，且适用于连续工业生产过程的供电系统和对供电电源可靠性要求比较高的场合。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种工业无扰动安全控制装置，包括切换处理模块、采样模块、电源开关和通讯模块，所述采样模块连接到主电源和备用电源线路中进行电压值采样，将采样信号经过A/D处理传输给所述切换处理模块，所述切换处理模块包括数字信号处理器、32位单片机、逻辑电路和存储模块，所述数字信号处理器和32位单片机以及逻辑电路组合构成快速切换装置的核心，所述数字信号处理器对信号进行处理后经过所述逻辑电路将信号传输给所述32位单片机，所述32位单片机对信号进行计算分析后对所述电源开关进行驱动控制主电源和备用电源之间的快速准确切换，及时供电给负载，所述电源模块采用弱电电路连接所述切换处理模块对其进行供电，保证了装置的安全性和可靠性，所述存储模块包括随机存储器和闪存存储器，记录切换启动时10周波电压瞬时值，在装置发同期切换动作时记录10周波电压瞬时值及其中间向量，实现长时间切换录波功能和装置锁存功能。

优选的，所述采样模块采用基于过采样技术的16位A/D芯片，实现采样的精确度和可靠性。

优选的，所述存储模块的切换录波数据采用COMTRADE格式，连接所述通讯模块并将录波数据传送给通讯模块，所述通讯模块连接录波分析模块，即可通过通讯模块传送给所述录波分析模块进行分析和计算。

优选的，所述通讯模块采用双网络配置的以太网接口，使通信更加快速、可靠。所述录波分析模块可选用监控系统或专门配置的录波分析软件。

优选的，所述切换处理模块还连接显示模块和键盘设置模块，所述显示模块与所述存储模块连接，所述键盘设置模块连接所述32位单片机，可通过键盘设置自行选择切换模式，同时实时显示录波信号。

本实用新型的有益效果是：采用了最新式的结构设计，数字信号处理器及32位单片机配合使用，节省了保护占用空间，提高了装置的安全性和可靠性，充分体现了强、弱电分开设计的原则，便于现场维护，提高了装置的绝缘性能及抗干扰性能，强大的录波功能实现了电源快速切换的准确性，具有广泛的适用性。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的原理框图；

图2是传统厂用电系统供电线路示意图；

图3是电动机重新接通电源时的等值电路图；

图4是电动机重新接通电源时的向量图；

图中标记：Us：电源电压；Ud：母线上电动机残压；Xs：电源等值电抗；Xm：母线上电动机组和低压负载的等值电抗(折算到高压厂用电压)；△U：电源电压与残压之间的差拍电压；DL：开关；θ：不同的电源电压和电动机残压二者之间的夹角。

具体实施方式

如图1所示，一种工业无扰动安全控制装置，包括切换处理模块、采样模块、电源开关和通讯模块，所述采样模块连接到主电源和备用电源线路中进行电压值采样，将采样信号经过A/D处理传输给切换处理模块，所述采样模块采用基于过采样技术的16位A/D芯片，实现采样的精确度和可靠性，所述切换处理模块包括数字信号处理器、32位单片机、逻辑电路和存储模块，所述数字信号处理器和32位单片机以及逻辑电路组合构成快速切换装置的核心，所述切换处理模块通过对信号的计算分析处理对电源开关进行驱动处理，控制主电源和备用电源之间的快速准确切换供电给负载，所述电源模块采用弱电电路连接所述切换处理模块对其进行供电，保证了装置的安全性和可靠性，所述存储模块包括随机存储器和闪存存储器，记录切换启动时10周波电压瞬时值，在装置发同期切换动作时记录10周波电压瞬时值及其中间向量，实现长时间切换录波功能和装置锁存功能，并将录波数据传送给通讯模块，所述通讯模块连接录波分析模块，即可通过通讯模块传送给所述录波分析模块进行分析和计算，所述通讯模块采用双网络配置的以太网接口，使通信更加快速、可靠，录波分析模块可选用监控系统或专门配置的录波分析软件。

如图2所示，厂设备n正常运行时，厂用母线电源由发电机端经厂用高压工作变压器提供，备用电源由电厂高压母线或由系统经起动备用变提供。当发电机组保护动作或工作电源侧故障时，工作分支开关1DL将被跳开，此时连接在厂用母线上的旋转负荷部分电机n将作为发电机方式运行，部分电机将惰行，此时母线上电压(残压)的频率和幅值将逐渐衰减，此时如备用电源2DL及3DL合上，不可避免地将对厂用母线上的电机造成冲击，严重威胁厂用旋转负载n的自起动及安全运行。如图3和图4所示为电动机重新接通电源时的等值电路图和向量图，不同的电源电压Us和电动机残压Ud二者之间的夹角θ，对应不同的ΔU值，如θ＝180°时，△U值最大，如果此时重新合上电源，对电动机n的冲击最严重，因此，本实用新型的切换处理模块还连接显示模块和键盘设置模块，实现不同模式下多种切换功能。

电动机重新合上电源时，电动机的电压U_m为：令U_m等于电动机起动时的允许电压，即为1.1倍电动机的额定电压U_De：则：令：则：式(3)中的K值，与机组负荷有关，负荷轻时，会切除一些辅机，切除部分电动机后，X_m增加，K值也增加，ΔU则减少。假设K＝0.67，计算得到ΔU(％)＝1.64，即0.3秒以前进行切换，为电厂备用电源合闸的安全时间，实现的电源切换称为“快速切换”，对电机是安全的，据有关资料分析，按K＝0.67作出的允许极限是最危险的，因此K值应该取一个较大的数值，对同期判别及其他慢速切换，ΔU(％)取110％；对快速切换，ΔU(％)取100％，此时残压与备用电源之间的相位差约为65°，此时如开关的固定有时间为100ms，则合电源开关的指令约需提前40°左右，即残压向量与母线电压向量夹角为25°以内时实现的快速切换对电机是安全的。0.47秒以后进行同期判别实现的称为“同期判别切换”，此时对电机也是安全的，在同期判别过程中，本实用新型计算出目标电源Us与残压Ud之间相角差速度及加速度，按照设定的目标电源开关的合闸时间进行计算得出合闸提前量，从而保障了在残压Ud与目标电压向量在第一次相位重合时合闸,减小了对厂用旋转负载n的冲击,设某时刻残压Ud与目标电源角差速度为V°/ms,加速度为a°/ms²,目标电源开关的固有合闸时间为Tms,则：目标开关发合闸指令的提前角度为：θ＝V×T+0.5×a×T²，设当前残压与目标电压之间相位差为ψ，则条件：|360°-(ψ+θ)|≤ζ，ψ≥180°且第一次过反相点，ζ为一固定小值，同时满足时，切换处理模块发出合目标电源开关指令，实现同期判别切换功能。当母线电压即残压Ud衰减到20％～40％额定电压时实现的切换，即为“残压切换”，该切换模式可作为快速切换及同期判别功能的后备，以提高厂用电切换的成功率。当某些情况下，母线上的残压有可能不易衰减，此时如残压定值设置不当，可能会推迟或不再进行合闸操作。因此在本实用新型中通过存储模块实现长延时切换功能，作为以上三种切换的总后备。

本实用新型一种工业无扰动安全控制装置，通过实现不同模式下的多种切换功能可以进行以下操作：手动切换，这种方式可由工作电源切换至备用电源，也可由备用电源切换至工作电源，可通过装置的键盘设定模块设置“手动切换方式选择”进行选择手动切换方式，并联自动切换指手动起动切换，如并联切换条件满足要求，即两电源电压差、频率差、相角差均小于整定值，工作、备用电源开关任意一个在合位、一个在分位，目标电源电压大于所设定的电压值，装置未闭锁，装置先合备用电源开关，经一定延时后再自动跳开备用电源开关，如果在该段延时内，刚合上的备用电源开关被跳开，则装置不再自动跳开备用电源开关，如果手动起动后并联切换条件不满足，装置将立即闭锁且发闭锁信号，等待复归，手动同时切换手动起动切换，先发跳工作电源开关指令，不等开关辅助接点返回，在切换条件满足时，发合备用电源开关命令，如开关合闸时间小于开关跳闸时间，自动在发合闸命令前加所整定的延时以保证开关先分后合；事故切换指切换由发变组、厂变保护(或其它跳工作电源开关的保护)接点起动，单向操作，只能由工作电源切向备用电源，例如发电机组在失磁、失步时可能进入进相运行方式，此时，机端电压的降低可能危及辅机系统的正常工作，因此，应提供非正常工况切换，非正常工况切换是指装置检测到不正常运行情况时自行起动，该切换有以下两种情况，当母线三个线电压均低于整定值且时间大于所整定延时定值时，装置根据选定方式进行串联或同时切换，因各种原因(包括人为误操作)引起工作电源开关误跳开，装置可根据选定方式进行串联或同时切换，切换过程中优先选择“快速切换”，不成功时自动转入“同期判别切换”、“残压切换”及长延时切换。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业无扰动安全控制装置，其特征在于，包括切换处理模块、采样模块、电源开关和通讯模块，所述切换处理模块包括数字信号处理器、32位单片机、逻辑电路和存储模块，所述采样模块连接所述数字信号处理器，所述数字信号处理器通过所述逻辑电路与所述32位单片机相连，所述32位单片机连接所述存储模块，所述切换处理模块与所述电源开关连接，所述存储模块与所述通讯模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种工业无扰动安全控制装置，其特征在于，所述采样模块采用基于过采样技术的16位A/D芯片。

3.根据权利要求1所述的一种工业无扰动安全控制装置，其特征在于，所述数字信号处理器和所述逻辑电路采用集成封装芯片。

4.根据权利要求1所述的一种工业无扰动安全控制装置，其特征在于，所述存储模块包括随机存储器和闪存存储器，所述存储模块的切换录波数据采用COMTRADE格式。

5.根据权利要求1所述的一种工业无扰动安全控制装置，其特征在于，所述切换处理模块上设有电源模块，所述电源模块采用弱电电路。

6.根据权利要求1所述的一种工业无扰动安全控制装置，其特征在于，所述通讯模块采用双网络配置的以太网接口，所述通讯模块还设有录波分析模块，所述录波分析模块可选用监控系统或录波分析软件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种工业无扰动安全控制装置，其特征在于，所述切换处理模块设有显示模块和键盘设置模块，所述显示模块与所述存储模块连接，所述键盘设置模块连接所述32位单片机。