CN207304136U - 无间断调电设备及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无间断调电设备及系统，涉及电气工程技术领域，实现电源快速切换，避免在电源切换时造成运行中断或设备冲击损坏，简化切换操作并减少误操作，能够保证负荷不断电连续运行。该无间断调电设备包括断路器、智能控制器和快切装置；断路器包括永磁机构和同步轴，同步轴上设置有辅助触点；智能控制器包括控制芯片、储能电容器组和电源模块，控制芯片用于接收外部的分合闸指令；储能电容器组用于控制所述永磁机构动作；快切装置包括断路器开关状态采集模块、电压采集模块、电流采集模块、微控制器和通讯模块，断路器开关状态采集模块用于采集断路器的开关状态；电压采集模块和电流采集模块分别用于采集线路的电压值和电流值。

Description

无间断调电设备及系统

技术领域

本实用新型涉及电气工程技术领域，尤其是涉及一种无间断调电设备、系统及控制方法。

背景技术

随着国家电力系统的发展，电网日益发展壮大，电网中安装有大量的继电保护、自动装置、断路器等设备，供电网络变得复杂。

由于电网越来越庞大，设备增多，电网发生故障的概率也较高，容易出现供电中断现象，对用电企业和居民生活造成影响，由于我国供电系统注重保证电网的稳定，为此适应性的发展了双电源供电系统。

但是，目前在双电源供电的电网中，在双电源切换过程中会造成运行中断(电源所带负载的供电中断)或设备冲击损坏，造成不必要的损失。因此，亟需开发一种无间断调电设备，以适应配电网可靠安全供电的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种无间断调电设备、系统及控制方法，能够用于双电源配电网供电技术领域，实现对电源的快速切换，避免在电源切换时造成运行中断或设备冲击损坏，简化切换操作并减少误操作，以保证负荷不断电连续运行。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种无间断调电设备，所述无间断调电设备包括：断路器、智能控制器和快切装置；其中，所述断路器分别与所述智能控制器和所述快切装置电连接，所述智能控制器与所述快切装置信号连接；

所述断路器包括永磁机构和同步轴，永磁机构与同步轴机械连接，同步轴上设置有辅助触点；

所述智能控制器包括控制芯片、储能电容器组和电源模块，所述控制芯片用于接收外部的分合闸指令，控制所述储能电容器组输出分合闸电流；所述储能电容器组与所述永磁机构相连接，用于控制所述永磁机构动作，以使所述断路器实现分合闸操作；所述电源模块用于为所述控制芯片和储能电容器组供电；

所述快切装置包括断路器开关状态采集模块、电压采集模块、电流采集模块、微控制器和通讯模块，所述断路器开关状态采集模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述通讯模块均与所述微控制器相连接；所述通讯模块与所述控制芯片相连接，所述通讯模块用于提供所述快切装置和所述智能控制器两者之间进行信息交互的通信通道；所述断路器开关状态采集模块与所述辅助触点相连接，用于采集所述断路器的开关状态；所述电压采集模块和所述电流采集模块分别用于采集供电系统的线路上的电压值和电流值。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述断路器还包括真空灭弧室，所述真空灭弧室通过绝缘拉杆与所述永磁机构相连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述真空灭弧室包括上接线端子、下接线端子、动触头、波纹管和陶瓷室，所述波纹管设置在陶瓷室的外部，且与陶瓷室的下端连接；所述绝缘拉杆的一端通过软连接与所述动触头相连接，所述动触头与所述波纹管配合，所述绝缘拉杆的另一端与所述永磁机构相连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述永磁机构为单稳态永磁机构，包括机构线圈、动铁芯、分闸弹簧和触头压力弹簧。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述电源模块包括主电源模块和备用电池，所述主电源模块和所述备用电池之间设置有ATS转换开关，所述ATS转换开关用于在所述主电源模块和所述备用电池之间进行自动切换，所述主电源模块为接入市电并将市电转换成直流电输出的开关电源，所述备用电池为蓄电池组。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方所述智能控制器还包括发电机，所述发电机用于当所述电源模块异常时提供电力支持。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述快切装置还包括直流供电电源、模拟量转换电路以及光耦隔离模块，所述直流供电电源、所述模拟量转换电路以及所述光耦隔离模块分别与所述微控制器相连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述快切装置还包括显示器、打印机和GPS对时模块，所述显示器、所述打印机和所述GPS对时模块均与所述微控制器相连接。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种无间断调电系统，包括：双电源供电设备以及如权利要求1-8任一项所述的无间断调电设备，所述双电源供电设备与所述无间断调电设备相连接，所述双电源供电设备包括主馈线和备用馈线组成的双馈线高压供电配电室；其中，主馈线上设置有主供电源，用于向母线I段供电；备用馈线上设置有备用电源，用于向母线II段供电。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种无间断调电控制方法，基于第二方面所述的无间断调电系统，包括以下步骤：

选择快切装置的切换模式和投切模式；

快切装置根据选择的切换模式和投切模式，采集无间断调电系统中断路器的开关跳位、电压值和电流值，其中，电压值包括母线I段与母线II 段线路电压值以及母线I段与母线II段进线端的电流值和电压值，电流值包括母线I段与母线II段进线端的电流值；

快切装置根据采集的断路器的开关跳位、电压值和电流值，判断快切装置的启动方式；

根据所述启动方式，快切装置发出对应的切换信号至智能控制器，以使智能控制器根据所述切换信号控制相对应的断路器作出分合闸动作，完成电源切换。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供了一种无间断调电设备、系统及控制方法，其中，本实用新型实施例提供的无间断调电设备，包括：断路器、智能控制器和快切装置；其中，断路器分别与智能控制器和快切装置电连接，智能控制器与快切装置信号连接；断路器包括永磁机构和同步轴，永磁机构与同步轴机械连接，同步轴上设置有辅助触点；智能控制器包括控制芯片、储能电容器组和电源模块，控制芯片用于接收外部的(例如快切装置或者主控平台)分合闸指令，控制储能电容器组输出分合闸电流；储能电容器组与永磁机构相连接，用于控制所述永磁机构动作，以使所述断路器实现分合闸操作；电源模块用于为控制芯片和储能电容器组供电；快切装置包括断路器开关状态采集模块、电压采集模块、电流采集模块、微控制器和通讯模块，断路器开关状态采集模块、电压采集模块、电流采集模块、通讯模块均与微控制器相连接；通讯模块与控制芯片相连接，通讯模块用于提供快切装置和智能控制器两者之间进行信息交互的通信通道；断路器开关状态采集模块与辅助触点相连接，用于采集断路器的开关状态；电压采集模块和电流采集模块分别用于采集供电系统的线路上的电压值和电流值。因此，本实用新型实施例提供的技术方案，能够用于双电源配电网供电技术领域，通过快切装置监测供电系统的运行状态(采集线路电流值、电压值以及监测断路器的状态)，快切装置与智能控制器进行信号交互，即时通讯，智能控制器对断路器进行快速控制，以使断路器永磁机构完成迅速分合闸动作，实现了电源的快速切换，从而避免在电源切换时造成运行中断或设备冲击损坏，同时简化切换操作并减少误操作，能够保证负荷不断电连续运行，适应配电网智能化、可靠安全供电的要求。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的无间断调电设备的结构框图；

图2为图1中断路器的结构示意图；

图3为图1中智能控制器的结构示意图；

图4为图1中快切装置的结构示意图；

图5为图3中的电源模块的示意图；

图6为图3中智能控制器的外观示意图；

图7为本实用新型实施例二提供的无间断调电系统的结构示意图；

图8为本实用新型实施例二提供的无间断调电系统的具体结构图；

图9为本实用新型实施例三提供的无间断调电控制方法的流程图；

图10为本实用新型实施例三提供的无间断调电控制方法的切换关系图。

图标：100-断路器；101-永磁机构；103-真空灭弧室；104-绝缘拉杆； 102-同步轴；200-智能控制器；201-控制芯片；202-储能电容器组；203-电源模块；2031-主电源模块；2032-备用电池；2033-ATS转换开关；204-发电机；206-状态指示灯；207-无源分合闸模块；2-壳体；21-安装孔；22-接口； 300-快切装置；301-断路器开关状态采集模块；302-电压采集模块；303-电流采集模块；304-微控制器；305-通讯模块；306-直流供电电源；307-模拟量转换电路；308-光耦隔离模块；309-管理模块；700-双电源供电设备；800- 无间断调电设备。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

目前在双电源供电的电网中，在双电源切换过程中会造成运行中断(电源所带负载的供电中断)或设备冲击损坏，造成不必要的损失，基于此，本实用新型实施例提供的一种无间断调电设备、系统及控制方法，能够用于双电源配电网供电技术领域，实现对电源的快速切换，避免在电源切换时造成运行中断或设备冲击损坏，简化切换操作并减少误操作，以保证负荷不断电连续运行。

实施例一：

本实用新型实施例提供了一种无间断调电设备，可应用于10kV、24kV 等双电源供电、无分布式电源接入的配电室。具备故障状态下母联快速切换功能、进线快速切换功能和正常运行时的“一键顺控”功能，能够实现工业类负载及生活类负载不断电运行，即生产线不停、行车不止、灯泡不灭、电脑不重启、电机不停转。此外，该无间断调电设备能够实现双电源无扰动无感知调电，在后期的配电网应用中具有显著的改善效果，基于快速切换的优势，在配电室检修过程中，无需停电通知，直接进行正常的项目设备检修；在设备用电过程中，存在的短时故障及运行障碍，可进行无感知的电源切换，保证设备的正常运行。

如图1所示，该无间断调电设备包括：断路器100、智能控制器200 和快切装置300。

其中，断路器100通过线路分别与智能控制器200和快切装置300电连接，智能控制器200与快切装置300信号连接。

具体的，如图2所示，断路器100包括永磁机构101和同步轴102，永磁机构与同步轴102机械连接，同步轴102上设置有辅助触点；

断路器100包括框架主体、三相真空断路极柱和同步轴102；同步轴 102上设置有辅助接点(未示于图中)，三相真空断路极柱设置在框架主体的上部，同步轴102和辅助接点设置在框架主体的侧部底端，三相真空断路极柱内均沿轴向从上之下依次设有真空灭弧室103、绝缘拉杆104、永磁机构101，三相真空断路极柱的永磁机构101分别通过直齿轮、轮动齿轮与同步轴102连接。

进一步的是，永磁机构101为单稳态永磁机构，具体的，永磁机构101 包括上磁轭、机构线圈、环形磁铁、动铁芯、分闸弹簧和触头压力弹簧。永磁机构101外围设置有机构线圈，动铁芯设置在永磁机构的中部，动铁芯上设置有分闸弹簧，分闸弹簧与上磁轭连接；触头压力弹簧的一端与绝缘拉杆104连接，触头压力弹簧的另一端与动铁芯连接。由于断路器100 采用了单稳态永磁机构，合闸保持靠永磁力，分闸保持靠分闸弹簧，能够获得最大的刚分速度和刚合速度，使断路器整体分、合闸时间减少。此外，由于本实用新型实施例采用永磁机构101操控，使得整个断路器100系统的分合操作次数不再因为连接联锁机构而受到限制，永磁机构101的中心部分有环形软磁性合金材料制成的磁轭，可提供超过230公斤的锁扣压力；合闸位置时，依靠闭合磁路产生的磁力将机构可靠保持在合闸位置，灵活度高，使用方便。

进一步的是，断路器100还包括真空灭弧室103，真空灭弧室103通过绝缘拉杆104与永磁机构101相连接。

进一步的是，真空灭弧室103包括上接线端子、下接线端子、静触头、动触头、波纹管和陶瓷室，波纹管设置在陶瓷室的外部，且与陶瓷室的下端连接；绝缘拉杆104的一端通过软连接与动触头相连接，静触头与动触头相对设置，动触头与波纹管配合，绝缘拉杆104的另一端与永磁机构101 相连接。具体的，软连接可以是铜排软连接或者镀锡铜编织线或者橡胶软连接；动触头采用Cu-Cr动触头，开断可靠性高。

相比于传统位于灭弧室的内部、采用不锈钢薄壁管冲压成型的波纹管，会导致在灭弧室的分合过程中，极高的加速度会对波纹管产生巨大压力，长期操作后，波峰处容易疲劳，造成灭弧室慢性泄漏，使得真空灭弧室真空度下降，而不能正常工作。本实用新型实施例的波纹管采用膜片焊接，由一组不锈钢环片在内侧和外侧交替焊接而成，成品的可靠性高，在分合操作过程中机械应力均匀分布到整个环片上，单点收到的压力大大减小，不仅使真空灭弧室实现外型小巧，大大提高了灭弧室的机械寿命，可操作 50000次而不需要更换任零部件；寿命期内无任何合闸弹跳。而且真空灭弧室103的波纹管为外置，因此缩小了灭弧室的体积，12kV的真空灭弧室开距只有6mm，为同容量的真空断路器中体积最小的真空灭弧室，使动触头行程缩短，从而减少了分合闸时间。由于外型尺寸大大减小，从而可以设计出比使用传统断路器更加紧凑的开关柜。此外，波纹管设置在真空灭弧室的最底部，起到密封和运动的作用，其触头开距小，绝缘杆的运动幅度大大缩小，节约能耗，且减小损耗，机械寿命及电寿命长，使得其具有更长的生命周期。

需要说明的是，断路器100的真空灭弧室103、绝缘拉杆104与永磁机构101为上下布置，所有零件轴向对称设计，机械运动全部为上下直线线性运动，因此运动速度快，并可有效地减小体积。

以下是对两种传统的真空断路器的简要说明：

1、弹簧操动机构断路器：

布置方式：前后，即操动机构在前，真空灭弧室在后；

具有大量的机械件，典型的约需200个零件，一个机构操动三相开关；

传动系统比较复杂：机构的可靠性不高；

连杆传动机构：特性参数难以调整；

合闸位置采用机构锁扣以及复位和闭锁机构：不可靠；

该弹簧机构通过转轴、拐臂、连杆等机械传动传递到真空灭弧室，灭弧室所需的操作功由一个该传动机构负责将一个机构的动能传递到真空断路器的三相动触头，该传动系统包含分闸线圈、储能电机、机械锁扣、齿轮、链条、连杆等部件，结构和传动过程极其复杂，体积大，与其相关的成套设备的制造成本及运行成本高。另外，合闸保持都需要采用机械锁扣，这些机械零件在每一次的分合操作过程中都承受机械冲击，极易损坏，是断路器发生机械故障的主要原因。

据有关统计资料报到，配网开关设备的事故原因，60％主要是由于操动机构的拒分、拒合、误动所造成的。因而弹簧操动机构的平均操作故障时间较短。

2、双稳态永磁机构

布置方式：前后，即操动机构在前，真空灭弧室在后

机械零件大大减少，约为弹簧结构的40％，一个机构操动三相开关，必须使用传动件；

在元件布置上并没有取消拐臂连杆等传动机构，无法实现完全的直线运动，因此不能全面消除机械故障的产生。

相比与以上两种传统的真空断路器，本实用新型实施例采用的断路器 100的零部件数量大大减少，去掉了传统断路器中的易损部件：如储能电机、机械锁扣、齿轮、链条、连杆、拐臂等，体积缩小，重量减轻，安装起来更加灵活方便，安装方式非常灵活，可以正装、倒装、侧装、水平安装，可以方便地装在任何型号的开关柜内；且机械部件的磨损小，出现机械故障的几率大大降低，很长时间内达到免维护的效果，实用性高，可靠性好。此外，断路器100的性能稳定，可省去大量的维护成本；其高可靠性最大限度地减小了故障停电时间，因而降低了运行成本；其紧凑的设计，不仅节约了材料成本，同时由于减小了空间需求因而也降低了相关成本。

如图3所示，智能控制器200包括控制芯片201、储能电容器组202 和电源模块203，控制芯片201用于接收外部(例如快切装置300或者主控平台)的分合闸指令，控制储能电容器组202输出分合闸电流；储能电容器组202与永磁机构101相连接，用于控制永磁机构101动作，以使断路器100实现分合闸操作；电源模块203用于为控制芯片201和储能电容器组202供电。

具体的，控制芯片201采用stm32f103单片机。控制芯片201作为控制单元，能够对断路器100进行监测和控制，具有运算速度块，能够快速进行数据处理、逻辑判断、接收和发送信号，具有接收判断和发出命令速度快、时间短，4ms以内，较原有控制模块时间缩短了15～16ms。

储能电容器组202包括分闸电容和合闸电容，分别与分闸输出电路和合闸输出电路相连，用于输出分闸电流和合闸电流。具体的，储能电容器组202包接收控制芯片201的控制信号，通过分合闸输出电路和输出电路输出分合闸电流至断路器100的永磁机构101的机构线圈，以使断路器执行分合闸操作。

进一步的是，为了提高供电的可靠性，如图5所示，电源模块203包括主电源模块2031和备用电池2032，主电源模块2031和备用电池2032之间设置有ATS转换开关2033，ATS是自动转换开关(Automatic Transfer Switch)的缩写，ATS转换开关2033用于在主电源模块2031和备用电池 2032之间进行切换。

优选的是，本实用新型实施例中的ATS转换开关2033选用具有手动互锁切换和自动互锁切换功能的双电源自动切换开关，实现电气互锁和机械互锁功能，以保证供电的连续性。具体的，ATS转换开关2033包括两个交流接触器(同型号的TJ40交流接触器)、一个机械互锁机构(机械联锁MI3) 以及过流保护电路，用以实现对主电源模块2031和备用电池2032的手动互锁切换和自动互锁切换。过流保护电路能够提供短路保护和过流保护，具体的，过流保护电路中包括串联连接的双向晶闸管和熔断丝，双向晶闸管与交流接触器的主触头并联连接。

主电源模块2031为接入市电并将市电转换成直流电输出的开关电源，具体的，主电源模块2031采用的是输入为220V交流、输出为24V直流的开关电源。

备用电池2032为蓄电池组。具体的，蓄电池组由两节12V或者四节 6V的蓄电池串联组成。其中，蓄电池组中的蓄电池可以是铅酸蓄电池、锂蓄电池或者镍铁蓄电池的任意一种，优选的是，蓄电池组蓄电池组中的蓄电池为锂蓄电池，可反复多次充电，绿色无污染，节能环保。

本实用新型实施例中的电源模块采用主电源模块和备用电池的双电源供电模式，当主电源模块2031异常情况下，例如失电，ATS转换开关2033 切换到备用电池2032进行供电，从而实现持续供电，提高了可靠性，增强了无间断调电设备的适用性。

优选的是，该智能控制器200还包括电池容量监测模块(未示于图中)，电池容量监测模块分别与备用电池2032和控制芯片201相连接，电池容量监测模块用于实时监测备用电池2032的剩余电量值，并将所述剩余电量值传输至控制芯片201。

为了进一步保证智能控制器的供电安全，该智能控制器200还包括发电机204。发电机204分别与储能电容器组202和控制芯片201相连接。发电机204和电源模块203之间设置有电源切换开关(未示于图中)，电源切换开关用于紧急状态下，当电源模块203异常时，例如蓄电池组电量低导致的驱动电流不足时，切换到发电机204对无间断调电设备(例如主要对储能电容器组202和控制芯片201)提供电力支持，以维持智能控制器的连续不间断供电。

进一步的是，发电机204可以是柴油发电机，也可以是手摇发电机，优选的是，发电机204为手摇发电机，手摇发电机包括永磁发电机和高频整流稳压电路，永磁发电机通过高频整流稳压电路为储能电容模块充电。

进一步的是，手动发电机还包括手摇机构和变速传动机构，手摇机构通过变速传动机构与永磁发电机转子相接。

为了实现对储能电容器组202的监控，防止电容器过充导致电容器寿命缩短，优选的是，智能控制器200还包括电容容量监测模块(未示于图中)，电容容量监测模块分别与储能电容器组202和控制芯片201相连接，电容容量监测模块用于监测储能电容器组202的容量并将监测信号传输至控制模块。具体的，电容容量监测模块包括电压测量单元，用于测量电容器两端电压值，并将测得的电压值传输至控制芯片201，控制芯片201根据测得的电压值与预设的阈值进行比较，有效的防止电容过充，损坏电容器。

进一步的是，该智能控制器200还包括无源分合闸模块207，无源分合闸模块与控制芯片201相连接，无源分合闸模块207包括无源分合闸节点，用于接收外部的无源分合闸信号，执行无源分合闸操作，具体的，外部开关可以并联连接到无源分合闸节点上，进行无源分合闸操作，提高了无间断调电设备的控制能力，扩大其应用范围。需要说明的是，无源分合闸节点不能引入任何有源信号，以免损坏无间断调电设备。

需要说明的是，该智能控制器200还可以包括报警器和人机交互界面 (未示于图中)，所述报警器和所述人机交互界面分别与控制芯片201相连接，所述报警器用于故障或者供电异常进行报警，提醒相关工作人员进行注意，具体的，报警器采用声光报警器，引人瞩目；人机交互界面包括多种功能按键，例如合闸按键、分闸按键等。具体的，人机交互界面选用LCD (Liquid Crystal Display)液晶显示屏，具有分辨率高、使用寿命长、能源消耗低、成本低等优点，人机交互界面一方面用于直观的显示信号和参数信息，另一方面用于对设备进行调试、检修。还可以进行功能操作。此外，该智能控制器200还包括温度采集模块(具体为温度传感器)和光电耦合模块(光电耦合器，用于实现电气隔离)，温度采集模块通过光电耦合模块与控制芯片201相连接。该智能控制器200还集成有防跳和闭锁回路。

如图6所示，该智能控制器200还包括壳体2，壳体2上设置有安装孔 21和接口22，通过安装孔21可以方便的对智能控制器200进行拆卸和组装，以实现对内部电路板的检修、维护以及方便的进行元器件更换等，通过在壳体2上设置多种接口22，可以实现与外部设备(例如断路器100、快切装置300等)的连接。

壳体2用于保护内部的元器件(控制芯片201等)和外围电路组成的电路板不受损坏，可以防止灰尘、空气中的水汽等杂质影响内部各电路的性能，避免外界杂质损坏电路板，从而延长电路板的使用寿命。优选的是，壳体2为绝缘外壳，壳体2接地。具体的，壳体2包括铝合金外壳以及以喷涂的方式涂覆在铝合金外壳上的绝缘漆。

进一步的是，壳体2上设置有状态指示灯206，状态指示灯206与控制芯片201相连接。状态指示灯206用于指示断路器的工作状态(正常或者故障)或者电源模块的状态，具体的，状态指示灯206采用LED指示灯。

智能控制器200通过电源模块203对储能电容器组202进行储能，控制芯片201控制储能电容器组202通过分合闸输电路释放分合闸电流至断路器100的永磁机构101的机构线圈，实现对断路器的有效控制，同时，控制芯片201能够与快切装置进行数据和信号传输通讯，以适应智能化的发展趋势。

如图4所示，快切装置300包括断路器开关状态采集模块301、电压采集模块302、电流采集模块303、微控制器304和通讯模块305，断路器开关状态采集模块301、电压采集模块302、电流采集模块303、通讯模块305 均与微控制器304相连接；通讯模块305与控制芯片201相连接，通讯模块用于提供快切装置300和智能控制器200两者之间进行信息和命令交互的通信通道；断路器开关状态采集模块301与辅助触点相连接，用于采集断路器100的开关状态；电压采集模块302和电流采集模块303分别用于采集供电系统的线路上的电压值和电流值。具体的，断路器开关状态采集模块301包括位置传感器，位置传感器与微控制器304相连接，用于监测断路器的分合闸位置。电流采集模块303为电流互感器，电压采集模块302为电压互感器，电流互感器和电压互感器设置在供电系统各条通电线路上，通过线路与微控制器304相连接，微控制器304采用32位单片机，例如 STM32F407系列单片机。

通讯模块305用于与外部(例如智能控制器200)进行信号和数据通讯，接收和发送数据和信号指令。进一步的是，通讯模块305包括无线通信模块和有线通信模块，有线通信模块可以是CAN总线接口、RS232串口或者RS485串口，无线通信模块可以是GPRS网络模块、短信模块、ZigBee网络模块、CDMA网络模块、GSM网络模块、WiFi模块或者蓝牙模块。本实用新型实施例中的通讯模块305包括RS485串口和RS232串口。

进一步的是，快切装置300还包括直流供电电源306、模拟量转换电路 307以及光耦隔离模块308，直流供电电源306、模拟量转换电路307以及光耦隔离模块308分别与所述微控制器相连接。具体的，直流供电电源306 采用220V直流电源，模拟量转换电路307包括模数转换器(A/D转换器)，光耦隔离模块308采用光耦合器，用于实现电气隔离。快切装置300通过微控制器304完成模拟量和开关量的测量、判断，然后将处理结果输出。模拟量信号来自外部一次电压互感器和电流互感器，再经过快切装置300 内部互感器以及模拟量转换电路的二次处理，将信号转换成可以供微控制器304处理的弱信号；开入量信号经过快切装置内部二极管电路和光耦隔离模块308两级处理，转换成可供微控制器304使用的弱信号；开出量信号以继电器空节点的方式输出。

进一步的是，快切装置300还包括管理模块309，管理模块309具体包括调试模块(RX232、TX232)、显示器、打印机和GPS对时模块，显示器、打印机和GPS对时模块均与微控制器相连接。

本实用新型实施例提供了一种无间断调电设备，包括：断路器、智能控制器和快切装置；其中，断路器分别与智能控制器和快切装置电连接，智能控制器与快切装置信号连接；断路器包括永磁机构和同步轴，永磁机构与同步轴机械连接，同步轴上设置有辅助触点；智能控制器包括控制芯片、储能电容器组和电源模块，控制芯片用于接收外部的(例如快切装置或者主控平台)分合闸指令，控制储能电容器组输出分合闸电流；储能电容器组与永磁机构相连接，用于控制所述永磁机构动作，以使所述断路器实现分合闸操作；电源模块用于为控制芯片和储能电容器组供电；快切装置包括断路器开关状态采集模块、电压采集模块、电流采集模块、微控制器和通讯模块，断路器开关状态采集模块、电压采集模块、电流采集模块、通讯模块均与微控制器相连接；通讯模块与控制芯片相连接，通讯模块用于提供快切装置和智能控制器两者之间进行信息交互的通信通道；断路器开关状态采集模块与辅助触点相连接，用于采集断路器的开关状态；电压采集模块和电流采集模块分别用于采集供电系统的线路上的电压值和电流值。因此，本实用新型实施例提供的技术方案，能够用于双电源配电网供电技术领域，通过快切装置监测供电系统的运行状态(采集线路电流值、电压值以及监测断路器的状态)，快切装置与智能控制器进行信号交互，即时通讯，智能控制器对断路器进行快速控制，以使断路器永磁机构完成迅速分合闸动作，实现了电源的快速切换，从而避免在电源切换时造成运行中断或设备冲击损坏，同时简化切换操作并减少误操作，能够保证负荷不断电连续运行，适应配电网智能化、可靠安全供电的要求。

实施例二：

本实用新型实施例提供了一种无间断调电系统，如图7和图8所示，该无间断调电系统包括：双电源供电设备700以及实施例一所述的无间断调电设备800，双电源供电设备700与无间断调电设备800相连接，双电源供电设备700包括主馈线和备用馈线组成的双馈线高压供电配电室；其中，主馈线上设置有主供电源，用于向母线I段(图中简写I母)供电；备用馈线上设置有备用电源，用于向母线II段(图中简写II母)供电。

具体的，双电源供电设备700包括进线1(主馈线)和进线2(备用馈线)组成的双馈线10kV高压供电配电室，无间断调电设备800包括三台断路器三台智能控制器(未示于图中)和一台快切装置，三台断路器分别配备一台智能控制器形成设置在三组开关柜1DL、2DL、3DL中，需要说明的是，断路器与智能控制器之间采用大于1mm的钢板隔离安装。进线1上设置有电压互感器Ux1、开关柜1DL和电流互感器Ix1，进线2上设置有电压互感器Ux2、开关柜2DL和电流互感器Ix2，母线I段和母线II段之间设置有分段柜3DL，母线I段和母线II段分别设有电压互感器1PT、2PT，母线I段和母线II段还可以在电压互感器1PT、2PT前端或者后端设置隔离开关(未示于图中)。本实用新型实施例中的断路器选用单稳态永磁机构真空断路器，快切装置可以选用NSR-3643EA快速切换装置。

本实用新型实施例提供的无间断调电系统进行了高压有载、低压无载验证。

一、低压无载验证：

本方案模拟配网中单母线分段运行方式，采用双电源进线及母连分段。可实现双进线间、进线与分段间的互投、自投切换。

1、采用电源无扰动快切装置，分别测试4种模式，4组断路器的投切时间；

4种投切模式如下：

M1：进线备投：进线1+分段柜——>进线2+分段柜

M2：进线备投：进线2+分段柜——>进线1+分段柜

M3：分段备投：进线1+进线2——>进线1+分段柜

M4：分段备投：进线1+进线2——>进线2+分段柜

M1、M2、M3、M4四种模式，分别模拟电网中单母线分段形式的各种正常带电状态，其中快切装置，通过采集1#、2#线路侧电压信号，为故障后开关间的自动投切提供跳位及合位等信号输出；

模拟动作过程：当线路侧失压(继保测试装置电压端口无输出)，快切装置监测到线路侧的失压故障信号，发出线路开关跳闸信号，监测到线路开关跳位完成后，发出分段或者另一路线路开关合闸信号，进而开关合闸，所带负载由另一侧电源供电，进而实现双电源切换时不停电的功能。

实例描述：两进线均合闸送电时，分段柜处于分闸状态，每段母线均为各段进线柜送电，当母线I段断电失压时，装置检测到信号，控制母线I 段进线柜断路器分闸，此后检测到母线I段断路器分闸后，装置动作，合分段柜断路器，由母线II段进线柜为整段供电。

期间测试投切过程的时间参数包括：总投入时间-线路侧失压至分段或另一路进线开关合闸完成的快速切换总时间

该系统断路器测试结果如下表：

投切模式	M1	M2	M3	M4
					总投入时间/ms	43.0	44.0	44.7	44.3

可见，在4种投切模式下，该断路器的快速切换总投入时间小于45ms。

二、高压有载验证：

本方案通过电缆连接实现单母线分段运行方式，采用双电源进线及母连分段(可实现双进线间、进线与分段间的互投、自投切换)。

具体方案如下：

1、10kV电源：10kV开闭所备用线路。

2、样机配置：三组开关柜，分别为进线柜1DL(配置线路PT)、进线柜2DL(配置线路PT)及分段柜3DL。

3、负载：A车间所有负载。

4、试验原理：本次试验模拟进线侧失压时进线差动保护动作，采集电压是母线上真正的残压，快切装置通过判断母线残压掉落过程，捕捉到比较好的合闸时机，然后合闸，实现进线备投或分段备投的快速切换，试验过程中监测各类负载的运行情况(通过工业摄像头监控)，快切装置切换时间作为最终时间数据。

5、接线方式：进线柜1DL和进线柜2DL的进线端接10kV开闭所出线柜开关下端。

进线柜1DL、进线柜2DL及分段柜3DL并柜连接；进线柜2DL出线端接A车间10kV箱变高压出线柜(作为10kV变压器高压进线)。

6、投切模式，两种：

分段备投M1：进线1+进线2——＞进线1+分段柜；

进线备投M2：进线1+分段柜——＞进线2+分段柜

7、测试内容：

总投入时间：线路侧失压至分段或另一路进线开关合闸完成的快速切换总时间；

分段1时间：线路侧失压至线路开关跳位完成的时间；

分段2时间：监测线路开关跳位完成至分段或另一路进线开关合闸完成的时间。

测试结果如下表：

综上，本系统通过采用10kV高压接入，低压侧带负载且保持大电流运行，模拟电网真实运行状态，进行高压有载试验测试，实测负载率≥85％；低压侧运行电压跌失率≤5％；高压侧切换涌流≤2.5Ia(运行电流)，双电源切换的总投入时间达到了45ms内，工业类负载(行车、产线转运车、水泵、风机、行车(模拟电梯)、产线指示灯等)及生活类负载(电视、电脑、笔记本电脑、投影仪、照明灯等)，均正常稳定运行，实现了无感知停电调电。

本实用新型实施例提供的无间断调电系统，与上述实施例提供的无间断调电设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例三：

如图9和图10所示，本实用新型实施例还提供了一种无间断调电控制方法，基于实施例二所述的无间断调电系统，包括以下步骤：

S101：智能控制器接通市电，电源模块为储能电容模块进行充电储能，等待快切装置的切换信号。

具体的，当智能控制器接收到快切装置的切换信号(分合闸指令)时，智能控制器根据分合闸指令控制储能电容器组输出分合闸电流至断路器的机构线圈，以使断路器执行分合闸动作。否则，继续等待快切装置的切换信号。

S102：选择快切装置的切换模式和投切模式。

其中，切换模式包括并联自动切换、并联半自动切换、串联切换和同时切换；投切模式包括进线备投模式和分段备投模式，具体为以下四种：

M1：进线1+分段柜——>进线2+分段柜

M2：进线备投：进线2+分段柜——>进线1+分段柜

M3：分段备投：进线1+进线2——>进线1+分段柜

M4：分段备投：进线1+进线2——>进线2+分段柜

S103：快切装置根据选择的切换模式和投切模式，采集无间断调电系统中断路器的开关跳位、电压值和电流值。

其中，电压值包括母线I段与母线II段线路电压值以及母线I段与母线 II段进线端的电流值和电压值，电流值包括母线I段与母线II段进线端的电流值。

具体的，当采用分段备投模式时，需采集系统中两进线一分段系统3 个断路器的开关跳位，母线I段与母线II段线路电压(即1PT与2PT采集的线路电压)以及母线I段与母线II段进线端的电流值。

当采用进线备投模式时，需采集系统中两进线一分段系统3个断路器的开关跳位，母线I段与母线II段线路电压(即1PT与2PT采集的线路电压)，母线I段与母线II段进线端电流值以及进线电压值。

S104：快切装置根据采集的断路器的开关跳位、电压值和电流值，判断快切装置的启动方式。

其中，启动方式包括：手动起动、保护起动、无流起动、误跳起动和失压起动。

S105：根据所述启动方式，快切装置发出对应的切换信号至智能控制器，以使智能控制器根据切换信号控制相对应的断路器作出分合闸动作，完成电源切换。

具体的，快切装置判断启动方式满足对应的切换条件时，可进行三者断路器之间的切换。

图10示出了任意两者之间的切换条件和切换过程。

下面本实用新型实施例以时间最长的串联切换模式为例，说明前述的控制方法在以下三种不同情况下的应用：

(1)正常检修时的串联切换，即一键顺控功能

启动方式：人工手动启动

切换过程说明：先跳工作的断路器开关，确认该断路器开关在跳位后，再合备用断路器的开关，合闸时需判断母线电压和备用电压之间的合闸条件(当快切装置收到手动切换的起动信号后，通过比较主备两条母线之间的压差、角差和频差从而判断目前状态是否符合合闸条件)

具体切换过程：

a、由两段母线独立运行切换到进线1带两段母线：跳2DL，合3DL

b、由两段母线独立运行切换到进线2带两段母线：跳1DL，合3DL

c、由进线1带两段母线切换到两段母线独立运行：跳3DL，合2DL

d、由进线2带两段母线切换到两段母线独立运行：跳3DL，合1DL

(2)进线故障或上级电源失电情况的切换

进线故障后，如果配置了进线差动保护，则差动保护动作跳进线开关，如果没有配置差动保护，则由上一级保护跳闸，该系统进线侧开关(即1DL、 2DL)不跳闸。但不管是进线故障引起的还是上级电源由于其他原因失电情况，均会出现该系统进线侧10kV母线无压。

启动方式包括：进线差动动作出口信号、母线无压启动和进线无流启动。

切换过程说明：先跳工作的断路器开关(需要说明的是，该断路器开关也可能由差动保护装置提前跳至跳位，此时，快切装置会再次发跳闸命令)，确认该断路器开关在跳位后，再合备用的断路器开关(合闸时需判断母线电压和备用电压之间的合闸条件，通过比较主备两条母线之间的压差、角差和频差从而判断目前状态是否符合合闸条件)

具体切换过程：

a、由两段母线独立运行切换到进线1带两段母线：跳2DL，合3DL

b、由两段母线独立运行切换到进线2带两段母线：跳1DL，合3DL

c、由进线1带两段母线切换到两段母线独立运行：跳3DL，合2DL

d、由进线2带两段母线切换到两段母线独立运行：跳3DL，合1DL

(3)母线及负荷侧故障情况的切换

若母线及负荷侧故障，进线后备保护动作，此时应闭锁快切；否则后备保护动作跳开关后，此时故障点并没有清除，但依然满足母线无压、进线无流，母线无压或进线无流会启动快切，备用电源将合于故障，进一步导致备用电源开关也跳闸，会扩大事故范围。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种无间断调电设备，其特征在于，所述无间断调电设备包括：断路器、智能控制器和快切装置；其中，所述断路器分别与所述智能控制器和所述快切装置电连接，所述智能控制器与所述快切装置信号连接；

所述断路器包括永磁机构和同步轴，永磁机构与同步轴机械连接，同步轴上设置有辅助触点；

所述智能控制器包括控制芯片、储能电容器组和电源模块，所述控制芯片用于接收外部的分合闸指令，控制所述储能电容器组输出分合闸电流；所述储能电容器组与所述永磁机构相连接，用于控制所述永磁机构动作，以使所述断路器实现分合闸操作；所述电源模块用于为所述控制芯片和储能电容器组供电；

所述快切装置包括断路器开关状态采集模块、电压采集模块、电流采集模块、微控制器和通讯模块，所述断路器开关状态采集模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述通讯模块均与所述微控制器相连接；所述通讯模块与所述控制芯片相连接，所述通讯模块用于提供所述快切装置和所述智能控制器两者之间进行信息交互的通信通道；所述断路器开关状态采集模块与所述辅助触点相连接，用于采集所述断路器的开关状态；所述电压采集模块和所述电流采集模块分别用于采集供电系统的线路上的电压值和电流值。

2.根据权利要求1所述的无间断调电设备，其特征在于，所述断路器还包括真空灭弧室，所述真空灭弧室通过绝缘拉杆与所述永磁机构相连接。

3.根据权利要求2所述的无间断调电设备，其特征在于，所述真空灭弧室包括上接线端子、下接线端子、动触头、波纹管和陶瓷室，所述波纹管设置在陶瓷室的外部，且与陶瓷室的下端连接；所述绝缘拉杆的一端通过软连接与所述动触头相连接，所述动触头与所述波纹管配合，所述绝缘拉杆的另一端与所述永磁机构相连接。

4.根据权利要求1所述的无间断调电设备，其特征在于，所述永磁机构为单稳态永磁机构，包括机构线圈、动铁芯、分闸弹簧和触头压力弹簧。

5.根据权利要求1所述的无间断调电设备，其特征在于，所述电源模块包括主电源模块和备用电池，所述主电源模块和所述备用电池之间设置有ATS转换开关，所述ATS转换开关用于在所述主电源模块和所述备用电池之间进行自动切换，所述主电源模块为接入市电并将市电转换成直流电输出的开关电源，所述备用电池为蓄电池组。

6.根据权利要求1所述的无间断调电设备，其特征在于，所述智能控制器还包括发电机，所述发电机用于当所述电源模块异常时提供电力支持。

7.根据权利要求1所述的无间断调电设备，其特征在于，所述快切装置还包括直流供电电源、模拟量转换电路以及光耦隔离模块，所述直流供电电源、所述模拟量转换电路以及所述光耦隔离模块分别与所述微控制器相连接。

8.根据权利要求1所述的无间断调电设备，其特征在于，所述快切装置还包括显示器、打印机和GPS对时模块，所述显示器、所述打印机和所述GPS对时模块均与所述微控制器相连接。

9.一种无间断调电系统，其特征在于，包括：双电源供电设备以及如权利要求1-8任一项所述的无间断调电设备，所述双电源供电设备与所述无间断调电设备相连接，所述双电源供电设备包括主馈线和备用馈线组成的双馈线高压供电配电室；其中，主馈线上设置有主供电源，用于向母线I段供电；备用馈线上设置有备用电源，用于向母线II段供电。