CN212323734U - 铁路牵引变电所手动自动一体切换装置及压互切换控制模式切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置和控制模式切换电路，装置包括自动压互切换单元和模式切换单元，模式切换单元包括模式切换开关、压互切换模块和切换输出模块，压互切换模块的输入控制端连接模式切换开关，压互切换模块包括自动切换开关和手动切换开关；自动切换开关包括用于接入压互切换控制信号的控制端，切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关或手动切换开关的控制结果控制所述继电器，实现电压互感器的切换。本实用新型装置支持自动切换方式和手动切换方式，可实现调度远程切换，并且能够监测压互的运行状态，通过输出控制控制实现快速切换。

Description

铁路牵引变电所手动自动一体切换装置及压互切换控制模式 切换电路

技术领域

铁路牵引变电所手动自动一体切换装置及压互切换控制模式切换电路

背景技术

目前铁路牵引变电所的27.5kV母线单相电压互感器组二次电压回路配置，以乌鲁木齐铁路局乌阿铁路为例，牵引变压器27.5kV低压侧采用单母线分段结构（a相和b相），由两段母线经母线隔离开关并联构成，每段母线均设置两台单相27.5kV/100V压互同时投入运行并互为备用（如3YH和4YH），每台压互通过隔离开关与母线关联，综自系统可通过两台压互切换后的输出实现对同一相电压（a相或b相）的数据采集。详见图1。

现有的电气化铁路牵引变电所的27.5kV母线单相电压互感器一般有两种方式，一是采用二次电压回路手动切换方式，二是采用自动切换方式。

采用手动切换开关方式实现压互切换的，某一段母线上的压互因为检修、故障等原因需要停运时，采取人工就地操作，将其中一台压互的隔离开关打开，直接退出运行进行检修。以a相为例见图2。

当前部分牵引变电所采用继电器搭建的自动切换回路的实现方式，可实现的某一段母线上的压互因为运行故障原因的切换，但不能监测备用压互二次电压正常情况与否，也不能实现压互二次电压采集与测量，更不能实现动作信息上传、告警上传等。以某牵引变电所现场a相切换设计图为例见图3所示。

以上两种方式，采用二次电压回路手动切换方式，或通过搭建简单的继电器回路实现，或需要人工切换，时效性差、安全性差、存在继电保护安全隐患、不具备信息上传和远程监控功能；而采用自动切换方式，采用专用自动切换装置实现，因为存在一定的故障率，在装置CPU等发生故障时候，人工无法干预切换。而且一个变电所不仅需要配置手动切换回路，而且还需要配置自动切换装置，不仅增加了成本，而且在工程接线上也复杂很多。

发明内容

本实用新型针对目前变电所不仅需要另外单独配置手动切换回路，还需要另外配置自动切换装置，增加了成本，而且均不能识别出当前哪台压互处于运行状态的技术问题，提供一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置。

为实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案。

一方面，本实用新型提供一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，包括自动压互切换单元和模式切换单元，所述自动压互切换单元包括ADC模块、FPGA模块、CPU模块和光电隔离模块；所述模式切换单元包括依次串接于电流回路中的模式切换开关、压互切换模块和切换输出模块；

所述ADC模块的输入端连接电压互感器的二次侧，ADC模块的输出端连接CPU模块；所述光电隔离模块的输入端接入外部电压互感器隔离开关的开入量，所述光电隔离模块的输出端与FPGA连接；所述FPGA模块连接CPU模块，所述FPGA的信号输出端连接ADC模块的输入控制端；

所述模式切换开关包括静触点、自动模式动触点和手动模式动触点；所述压互切换模块包括自动切换开关和手动切换开关，所述自动切换开关连接在所述自动模式动触点与切换输出模块之间，所述自动切换开关包括用于接入压互切换控制信号的控制端，所述CPU模块输出端输出压互切换控制信号至自动切换开关的所述控制端；所述手动切换开关连接在所述手动模式动触点与切换输出模块之间；所述切换输出模块包括继电器，各待切换电压互感器的接入线路上分别设有所述继电器的触点；切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关或手动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，即实现电压互感器的切换。

第二方面，为了针对目前变电所不仅需要另外单独配置手动切换回路，还需要另外配置自动切换装置，增加了成本的技术问题，本实用新型提供了一种铁路牵引变电所压互切换控制模式切换电路，包括依次串接于电流回路中的模式切换开关、压互切换模块和切换输出模块；

所述模式切换开关包括静触点、自动模式动触点和手动模式动触点；所述压互切换模块包括自动切换开关和手动切换开关，所述自动切换开关连接在所述自动模式动触点与切换输出模块之间，所述自动切换开关包括用于接入压互切换控制信号的控制端；所述手动切换开关连接在所述手动模式动触点与切换输出模块之间；所述切换输出模块包括继电器，各待切换电压互感器的接入线路上分别设有所述继电器的触点；切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关或手动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，即实现电压互感器的切换。

有益技术效果：本实用新型提出通过覆盖27.5kV母线各台单相压互二次电压采样、通过CPU输出自动切换控制信号，本实用新型装置支持自动切换方式和手动切换方式，可实现调度远程切换，并且能够监测压互的运行状态，通过输出控制控制实现快速切换。可实现调度远程切换，通过设置的装置定值实现快速切换，避免由于外部因素引起变电所馈线主保护的缺失造成拒动的故障和变压器保护及馈线保护的后备保护失去闭锁可能误动的风险。装置可根据压互隔离开关位置遥信能够记录切换时刻动作信息和实时监测各独立压互运行状态，上传调度端动作、报警、遥测等信息，保障实现真正意义上的无人值班。

本实用新型提供的一种铁路牵引变电所压互切换控制模式切换电，结构简单能够实现压互手动或自动切换模式的选择，并基于模式选择的结果对压互进行自动或手动切换，能够有效缩减成本，适于推广应用。

附图说明

图1为目前牵引变电所的27.5kV母线单相电压互感器组二次电压回路典型主接线示意图；其中1(a)为牵引变压器27.5kV低压侧采用单母线分段连接示意图；1(b) 为a相手动切换开关方式原理图；1(c)为a相自动切换方式原理图；

图2为本申请具体实施接线示意图；

图3为本申请具体实施装置的工作原理图框图；

图4为本申请具体实施的自动切换模式下的原理图；

图5为本申请具体实施的手/自动切换模式下的输出原理图；

图6为本申请实施二装置的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型进行进一步说明。

为了更好理解本申请具体实施例，图1示出了目前铁路牵引变电所的27.5kV母线单相电压互感器组二次电压回路配置，即整个装置的工作时，针对的典型变电所主接线图，以乌鲁木齐铁路局乌阿铁路为例，牵引变压器27.5kV低压侧采用单母线分段结构（a相和b相），由两段母线经母线隔离开关并联构成，每段母线均设置两台单相27.5kV/100V压互同时投入运行并互为备用（如3YH和4YH），每台压互通过隔离开关与母线关联，综自系统可通过两台压互切换后的输出实现对同一相电压（a相或b相）的数据采集。详见图1(a)。

采用手动切换开关方式实现压互切换的，某一段母线上的压互因为检修、故障等原因需要停运时，采取人工就地操作，将其中一台压互的隔离开关打开，直接退出运行进行检修。以a相为例见图1(b)。

当前部分牵引变电所采用继电器搭建的自动切换回路的实现方式，可实现的某一段母线上的压互因为运行故障原因的切换，但不能监测备用压互二次电压正常情况与否，也不能实现压互二次电压采集与测量，更不能实现动作信息上传、告警上传等。以某牵引变电所现场a相切换设计图为见图1(c)。

当两台压互中一台设备损坏或熔断管熔断时，只能依赖变电所值班人员采用人工手动切换方式，显然无法尽快切换到另一台压互上，导致母线无法快速恢复电压，造成站内母线失压使得测控及保护均缺失电压输入。当27.5kV母线备用压互二次电缆出现破损接地和备用压互本体故障和熔断器熔断时，无论是手动切换方式还是采用继电器搭建切换回路方式均无法识别备用压互电源故障，导致变电所长期带病运行，无法发现和排除故障。采用27.5kV母线压互二次电压手动切换方式下，运行压互故障时，必须靠值班人员人工操作才能切换到备用压互二次电压输出，导致变电所必须配备值班人员；采用继电器搭建的27.5kV母线压互二次电压自动切换方式下，当备用压互故障情况下无法实现切换。一个变电所不仅需要单独配置手动切换回路，而且还需要配置自动切换装置。不仅增加了成本，而且在工程接线上也复杂很多。

实施例一、一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，如图2和图3所示，包括：自动压互切换单元和模式切换单元，所述自动压互切换单元包括ADC模块、FPGA模块、CPU模块和光电隔离模块；所述模式切换单元包括依次串接于电流回路中的模式切换开关、压互切换模块和切换输出模块；

所述ADC模块的输入端连接电压互感器的二次侧，ADC模块的输出端连接CPU模块（可选地，ADC模块的输出端通过消息总线连接CPU模块）；所述光电隔离模块的输入端接入外部电压互感器隔离开关的开入量，所述光电隔离模块的输出端与FPGA连接；所述FPGA模块连接CPU模块（可选地所述FPGA模块输出端通过消息总线连接CPU模块），所述FPGA的信号输出端连接ADC模块的输入控制端。

所述模式切换开关包括静触点、自动模式动触点和手动模式动触点。如图5所示，所述压互切换模块包括自动切换开关和手动切换开关，所述自动切换开关连接在所述自动模式动触点与切换输出模块之间，所述自动切换开关包括用于接入压互切换控制信号的控制端，所述CPU模块输出端输出压互切换控制信号至自动切换开关的所述控制端；所述手动切换开关连接在所述手动模式动触点与切换输出模块之间；所述切换输出模块包括继电器，各待切换电压互感器的接入线路上分别设有所述继电器的触点；切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关或手动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，即实现电压互感器的切换。

本实施例中CPU模块的输出端通过内部自动切换输出节点连接至自动切换开关的控制端。

本实用新型体用的所述装置与电压互感器二次相连，并接入到开出回路的一端，电压母线接至开出回路的另外一端。根据上述提出的检测回路，检测源为电压互感器和本实用新型提供的铁路牵引变电所手动自动一体切换装置组成，不需要外部的其它设备提供。检测过程由通过继电器节点进行控制。

以上实施例中可选地所述切换输出模块为磁保持的双位置继电器回路。可选地，模式切换开关采用双位切换开关。

本实施例的工作原理为：

根据模式切换开关实现手动或自动模式选择，如图5所示当模式切换开关选择自动模式，则与模式切换开关自动模式动触点连接的压互切换模块相应的自动切换电路能够导通，通过自动切换开关的输入控制端接入CPU内部自动切换输出节点传来的压互切换控制信号，输出控制结果（及切换输出电压）至切换输出模块，切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，实现电压互感器的切换。CPU模块通过光电隔离模块采集电压互感器的隔离开关的开入量通过FPGA输入CPU 模块，CPU模块根据压互隔离开关遥信输入位置，当运行压互失压时，检测到备用压互也无压的情况，装置可以控制不进行切换；当有备用压互且电压正常，CPU模块也可以通过输出端连接内部自动切换输出节点输出压互切换控制信号到自动切换开关。

当运行在手动切换模式下，则与模式切换开关手动模式动触点连接的手动切换电路能够导通，通过手动控制手动切换开关，输出控制结果（及切换输出电压）至切换输出模块，切换输出模块根据控制结果控制其内部的继电器实现电压互感器输入端的手动切换。

本实施例工作于自动切换模式的原理框图如图4所示。本实施例中，可选地，CPU模块连接通信模块采用以太网通信模块。

本实施例通过接入FPGA对CPU的接口进行了扩展，FPGA的输出端连接ADC模块能够实现对ADC模块的控制，并且FPGA的输出端与CPU连接，CPU模块能够根据压互隔离开关遥信输入位置。当运行压互失压时，检测到备用压互也无压的情况，装置可以控制不进行切换，能够做到防止反复切换的功能。该装置可实现电压自动切换功能，也可实现手动切换功能，支持调度远方切换操作，该装置为自动切换装置和手动切换装置的集合体。装置可在CPU发生硬件故障或软件故障时，依然可以通过人工操作方式工作。装置既可实现高效的自动切换模式，而且能做到即使在CPU故障的情况下，依然能够执行手动切换功能。

实施例二、本实施例基于实施例一的基础上，提供了一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，其连接示意图如图6所示。图6示出了，图中所述手动自动综合切换装置（就是铁路牵引变电所手动自动一体切换装置）包括了测量单元、位置采集单元以及控制部分，所述测量单元的输入端与电压互感器的二次侧连接，输出端通过AD模块连接CPU模块，用于采集电压互感器的电压并将采集结果通过AD模块传输至CPU模块。所述位置采集单元即连接电压互感器的隔离开关用于采集隔离开关的开入量信号，所述控制单元则是连接若干手动或自动切换开关。

本实施例中两路互为主备的电压互感器的二次电压接入装置，对应的隔离开关位置遥信也接入装置，装置输出电压至牵引变电所的27.5kV二次电压小母线，正常运行时可以选择任一路运行。

自动切换模式下，在电压互感器回路发生故障时，装置识别到电压异常，根据压互隔离开关遥信输入位置和压互电压采集智能判断电压互感器工作或退出状态。以遥信输入方式支持即可实时自动切换至备用电压互感器运行，调度端也可远程操作实现遥控切换。

手动切换模式下，可采用将压互切换模块中手动切换开关置于相应手动切换动作遥信输入即可实现手动切换。若需要停运检修运行互感器，切换至备用电压互感器运行，装置自动判别备用互感器是否投入、电压是否满足要求，对应压互隔离开关打开，相应遥信也打开则装置同时根据采集电压自动识别相应压互为退出状态。

可选地，具体实施例中直供方式牵引变电所为4台压互、最发杂的AT方式牵引变电所为8台压互。

目前多数牵引变电所的运行情况是，综自系统仅采集了27.5kV母线电压，并未采集每个压互的二次电压，实际上该母线电压仅为运行值班压互的二次电压值，如果对变电所进行改造还需另外配置测控装置进行27.5kV母线各单相压互二次电压的采集测量。本实施例针对这个技术问题，提出通过覆盖27.5kV母线各台单相压互（直供方式牵引变电所为4台压互、最复杂的AT方式牵引变电所为8台压互）二次电压采样、自定义逻辑判断实现自动切换的一种适用于电气化铁路的手动自动综合电压切换装置，向综自系统继电保护及测控装置提供准确电压源，装置支持自动切换方式、手动切换方式、可实现调度远程切换，通过设置的装置定值实现快速切换，避免由于外部因素引起变电所馈线主保护的缺失造成拒动的故障和变压器保护及馈线保护的后备保护失去闭锁可能误动的风险。同时装置可根据压互隔离开关位置遥信能够记录切换时刻动作信息和实时监测各独立压互状态，上传调度端动作、报警、遥测等信息，保障实现真正意义上的无人值班。

本实施例能够根据铁路牵引变电所的低压侧母线压互配置方式，装置直接接入了每段母线上两个压互的二次电压和隔离开关位置信号，利用内部的电路进行安全隔离后，送给CPU来实时采集，CPU通过对运行压互、备用压互电压的有效值大小、开关位置进行实时识别判断。

本实用新型的铁路牵引变电所电压手动自动切换装置，采用了附加的电路和设计技术实现了铁路牵引变电所电压的在线检测，仅需要将电压互感器的电压接入到装置，首先从范围上实现了27.5kV母线电压互感器二次输出电压（按最大8路单相压互二次电压设计）的全覆盖，亦省却另外单独配置测控装置。装置支持自动切换、手动切换模式，并能够实现远程控制，适应无人值班要求。装置在CPU等集成电路元件故障时，亦可执行手动切换功能，满足铁路安全性的要求。根据各个牵引变电所的运行特点，可整定电压切换动作值和动作时间，根据装置自动切换逻辑，实现自动电压切换功能。装置切换动作后，装置可实时上传动作信息，包括动作时刻，切换电压值和切换时间，方便调度值班人员进行分析。装置实时上传电压遥测值，实时监测压互二次电压过压、欠压告警信息并实时上传，助力全站实现无人值班模式。由于运行压互故障时，电压切换装置及时快速动作，保障了变电所二次母线电压及时准确供给继电保护装置，根治了现场现有手动切换开关模式下继电保护的巨大风险，完善了继电器搭建自动切换回路模式下的状态监测缺失，无告警、动作信息输出的缺陷，真正支持无人值班模式。根据压互二次电压采集测量值和压互隔离开关位置遥信采集实时判断和监视压互工作状态。该装置冗余性高，又安全可靠、简单经济，可为现有的铁路牵引变电所电压互感器回路提供一种可靠检测工作性能、快速切换回路的解决方案，能最大程度地减少由于电压互感器回路故障导致的影响铁路牵引变电所安全运行的风险。

需要说明的是，基于本实用新型提供装置，CPU模块能够根据压互隔离开关遥信输入位置，输出压互切换控制信号到压互切换模块，使得切换输出模块根据接收的控制结果控制内置的继电器，实现电压互感器输入端的切换。而对于电压互感器隔离开关遥信的采集、数据处理以及控制继电器关闭均为现有技术，这不是本实用新型的发明点，本实用新型的改进点在于对一种铁路牵引变电所切换装置的结构进行改进，改变了现有技术中的切换装置只有自动切换功能、或只有手动切换功能，或者采用分离的自动切换和手动切换增加了成本可控制复杂度，并且不能监控压互的运行状态。本实用新型装置支持自动切换方式和手动切换方式，自动切换方式下可实现调度远程切换，并且能够监测压互的运行状态，通过输出控制控制实现快速切换。因此，基于本实用新型提供的改进后的结构，本领域技术人员基于本实用新型硬件架构采用现有技术设计对应的计算机软件部分，这是能够做出的常规设计。

实施例三、一种铁路牵引变电所压互切换控制模式切换电路，如图5所示，包括：连接于直流电源回路中的依次连接的模式切换开关、压互切换模块以及切换输出模块；

所述模式切换开关包括静触点、自动模式动触点和手动模式动触点；所述压互切换模块包括自动切换开关和手动切换开关，所述自动切换开关连接在所述自动模式动触点与切换输出模块之间，所述自动切换开关包括用于接入压互切换控制信号的控制端；所述手动切换开关连接在所述手动模式动触点与切换输出模块之间；所述切换输出模块包括继电器，各待切换电压互感器的接入线路上分别设有所述继电器的触点；切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关或手动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，即实现电压互感器的切换。

进一步地，可选地所述切换输出模块采用磁保持双位置继电器。可选地，模式切换开关采用双位切换开关。

本实施例的工作原理为：

根据模式切换开关实现手动或自动模式选择，如图5所示当模式切换开关选择自动模式，则与模式切换开关自动模式动触点连接的压互切换模块相应的自动切换电路能够导通，通过自动切换开关的输入控制端接入压互切换控制信号，输出控制结果（及切换输出电压）至切换输出模块，切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，即实现电压互感器的切换。

当运行在手动切换模式下，则与模式切换开关手动模式动触点连接的手动切换电路能够导通，通过手动控制手动切换开关，输出控制结果（及切换输出电压）至切换输出模块，切换输出模块根据控制结果控制其内部的继电器实现电压互感器输入端的手动切换。

本实施例提供的一种铁路牵引变电所压互切换控制模式切换电路，结构简单能够实现压互手动或自动切换模式的选择，并基于模式选择的结果对压互进行自动或手动切换，能够有效缩减成本，适于推广应用。

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 (8)

1.一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，其特征在于，包括：自动压互切换单元和模式切换单元，所述自动压互切换单元包括ADC模块、FPGA模块、CPU模块和光电隔离模块；所述模式切换单元包括依次串接于电流回路中的模式切换开关、压互切换模块和切换输出模块；

所述ADC模块的输入端连接电压互感器的二次侧，ADC模块的输出端连接CPU模块；所述光电隔离模块的输入端接入外部电压互感器隔离开关的开入量，所述光电隔离模块的输出端与FPGA连接；所述FPGA模块连接CPU模块，所述FPGA的信号输出端连接ADC模块的输入控制端；

所述模式切换开关包括静触点、自动模式动触点和手动模式动触点；所述压互切换模块包括自动切换开关和手动切换开关，所述自动切换开关连接在所述自动模式动触点与切换输出模块之间，所述自动切换开关包括用于接入压互切换控制信号的控制端，所述CPU模块输出端输出压互切换控制信号至自动切换开关的所述控制端；所述手动切换开关连接在所述手动模式动触点与切换输出模块之间；所述切换输出模块包括继电器，各待切换电压互感器的接入线路上分别设有所述继电器的触点；切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关或手动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，即实现电压互感器的切换。

2.根据权利要求1所述的一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，其特征在于，CPU模块的输出端通过内部自动切换输出节点连接至自动切换开关的控制端。

3.根据权利要求1所述的一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，其特征在于，所述切换输出模块为磁保持双位置继电器。

4.根据权利要求1所述的一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，其特征在于，所述CPU模块连接通信模块。

5.根据权利要求1所述的一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，其特征在于，所述CPU模块连接MMI模块。

6.根据权利要求1所述的一种铁路牵引变电所手动自动一体切换装置，其特征在于，所述装置还包括测量单元，所述测量单元的输入端与电压互感器的二次侧连接，所述测量单元的输出端通过AD模块连接CPU模块，用于采集电压互感器的电压并将采集结果通过AD模块传输至CPU模块。

7.一种铁路牵引变电所压互切换控制模式切换电路，其特征在于，包括：依次串接于电流回路中的模式切换开关、压互切换模块以及切换输出模块；

所述模式切换开关包括静触点、自动模式动触点和手动模式动触点；所述压互切换模块包括自动切换开关和手动切换开关，所述自动切换开关连接在所述自动模式动触点与切换输出模块之间，所述自动切换开关包括用于接入压互切换控制信号的控制端；所述手动切换开关连接在所述手动模式动触点与切换输出模块之间；所述切换输出模块包括继电器，各待切换电压互感器的接入线路上分别设有所述继电器的触点；切换输出模块根据压互切换模块中自动切换开关或手动切换开关的控制结果控制所述继电器，以改变各待切换电压互感器接入线路的状态，即实现电压互感器的切换。

8.根据权利要求7所述的一种铁路牵引变电所压互切换控制模式切换电路，其特征在于，切换输出模块中所述继电器为磁保持双位置继电器。

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