CN216490185U - 一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，克服现有技术中35kV(10kV)中压供电系统中保护装置数量巨大，停电计划安排非常困难，造成有隐患的电源插件不能及时更换，给安全运行带来很大隐患的问题，包括装置本体和双电源插件，所述双电源插件包括第一电源插件、第二电源插件和开入插件，所述第一电源插件、第二电源插件和开入插件可以独立插拔，所述第一电源插件和第二电源插件均安装在装置本体正面，所述开入插件安装在第一电源插件和第二电源插件之间。其双套电源可分别带电插拔更换，可以做到不用安排停电计划，按需随时更换备用电源插件，提高了保护装置运行的可靠性。

Description

一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置

技术领域

本实用新型涉及继电保护技术领域，特别涉及了一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置。

背景技术

继电保护是保障电网安全运行的第一道防线，其自身可靠性直接关系着电力系统和主设备的安全稳定运行。继电保护装置由软件部分和硬件部分组成，软件的缺陷不会随运行时间增加，反而因软件不断升级而可靠性逐渐提高。然而，由于元器件老化等原因，继电保护装置的硬件故障率会随运行时间增加。微机保护装置中，电源插件的重要性毋庸置疑。只有电源稳定、可靠工作，才能保证微机保护装置的正常运行。近年来，设备更新速度的不断加快，二次设备的运行缺陷在逐年降低，而微机保护装置电源插件损坏导致的缺陷占比却逐年上升。电源插件故障已成为阻碍电网安全稳定运行的重要因素。

通过大量运行数据分析发现，运行超过6年损坏的电源插件，其占损坏电源插件数量最大。因此建议应严格按照6年的标准对运行的微机保护装置电源进行更换。而电源插件的寿命约为保护装置寿命的一半，其损坏率也是高于保护装置本体的。在现有的技术条件下，每个保护装置中只配备一个电源插件，如中国专利局2018年8月24日公开了一种名称为一种继电保护装置的实用新型，其公开号为CN207765938U。该实用新型电源模块包括输入稳压电路、输出稳压电路、直供电路、可充电电池、充电管理电路和放电管理电路，输入稳压电路的输入端与外部电源连接，输出端分别与直供电路的输入端和可充电电池的输入端连接，直供电路的输出端和可充电电池的输出端分别与输出稳压电路的输入端连接，输出稳压电路的输出端与继电保护装置本体的电源端连接，充电管理电路设置在输入稳压电路和可充电电池之间的回路中，放电管理电路设置在可充电电池与输出稳压电路之间的回路中。本实用新型采用直供电路和可充电电池对继电保护装置本体进行供电，保证了继电保护装置本体的不间断供电以及供电电压的稳定性，提高了继电保护装置运行的可靠性。但并没有解决单电源装置损坏时对电网安全稳定运行的影响。因此，实际运行中，必然使得电源插件的更换频率高于保护装置本身。由于35kV(10kV)中压供电系统中保护装置数量巨大，停电计划安排非常困难，造成有隐患的电源插件不能及时更换，给安全运行带来很大隐患。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中35kV(10kV)中压供电系统中保护装置数量巨大，停电计划安排非常困难，造成有隐患的电源插件不能及时更换，给安全运行带来很大隐患的问题，提供了一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其双套电源可分别带电插拔更换，可以做到不用安排停电计划，按需随时更换备用电源插件，提高了保护装置运行的可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案，包括装置本体和双电源插件，所述双电源插件包括第一电源插件、第二电源插件和开入插件，所述第一电源插件、第二电源插件和开入插件可以独立插拔，所述第一电源插件和第二电源插件均安装在装置本体正面，所述开入插件安装在第一电源插件和第二电源插件之间。要满足带电插拔或更换任意一个电源插件的技术要求，需要自动监视负载及电源的变化，本实用新型采用冗余电流实现双电源与单电源模式之间的自动切换，无需停电即可更换电源插件。优选地，为方便用户替换既有电源插件，新的双电源插件的安装尺寸与原保护装置的电源插件完全相同，电源插件在保护装置上的板卡位置也不变。原电源插件包括电源和开入两部分，本实用新型将其改为第一电源插件、第二电源插件和开入插件三部分，开入部分不变，电源部分改为独立的2套电源，且将这三个部分组成三个可以独立插拔的子插件，使得可以可带电插拔或更换任意一个电源插件。

作为优选，还包括安装在装置本体上的型材插箱，所述双电源插件和开入插件安装在型材插箱上。使得双电源插件和开入插件均能通型材插箱实现独立插拔。

作为优选，所述型材插箱为上中下结构，所述第一电源插件、开入插件以及第二电源插件从上到下依次安装在型材插箱上。第一电源插件和第二电源插件分别在型材插箱的上下部，中间由开入插件隔开，做到物理位置隔离，避免误插拔。

作为优选，所述型材插箱上设有导轨槽，所述第一电源插件上设有第一导轨和第一限位装置，所述第一导轨与导轨槽连接，并通过第一限位装置固定；所述开入插件上设有第二导轨和第二限位装置，所述第二导轨与导轨槽连接，并通过第二限位装置固定；所述第二电源插件上设有第三导轨和第三限位装置，所述第三导轨与导轨槽连接，并通过第三限位装置固定。三个子插件的导轨和限位装置分别与型材插箱固定，从而实现分别插拔。

作为优选，所述的第一电源插件和第二电源插件均包括面板，所述面板上均安装有工作状态指示灯。所述工作状态指示灯用于指示第一电源插件和第二电源插件是插入还是拔出状态，避免误插拔。

作为优选，所述双电源插件还包括外部电源，所述外部电源包括第一外部电源和第二外部电源，所述第一外部电源与第一电源插件连接，所述第二外部电源与第二电源插件连接，所述第一电源插件和第二电源插件还连接有冗余电路。冗余电路用于实现第一电源插件和第二电源插件的无缝切换，提高继电保护的供电可靠性，保证系统供电的稳定。

作为优选，所述的冗余电路包括控制器U1、控制器U2、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1、电阻R2、电容C1以及电容C2，场效应管Q1的栅极与控制器U1的信号输入端连接，场效应管Q1的漏极与第一电源插件的输出端、控制器U1的输入端连接，场效应管Q1的源极与控制器U1的输出端、电阻R1一端连接；电阻R1一端与装置背板弱电部分连接，另一端与电容C1一端连接；电容C1一端与控制器U1的电压输出端连接，另一端接地；场效应管Q2的栅极与控制器U2的信号输入端连接，场效应管Q2的漏极与第二电源插件的输出端、控制器U2的输入端连接，场效应管Q2的源极与控制器U2的输出端、电阻R2一端连接；电阻R2一端与装置背板弱电部分连接，另一端与电容C2一端连接；电容C2一端与控制器U2的电压输出端连接，另一端接地。冗余电路中控制器U1实时监测场效应管Q1上的导通压降，控制器U2实时监测场效应管Q2上的导通压降保证系统供电的稳定。正常工作时，由于第一电源插件和第二电源插件输出电压相同，场效应管Q1、场效应管Q2的导压降相同，两个电源插件各承担50％负载电流。检修时拔出第一电源插件，第二电源插件的负载由50％增加到100％，装置工作正常。拔出第二电源插件，第一电源插件的负载由50％增加到100％，装置工作正常。因此任一插拔其中一个电源插件，对装置的工作都不受到影响。

作为优选，所述的控制器U1和控制器U2均为ORing控制器；所述的场效应管Q1和场效应管Q2均为MOSFET。MOSFET是金属-氧化物半导体场效应晶体管。

因此，本实用新型具有如下有益效果：1、采用了双电源设计，并且双电源可带电插拔任意一个电源插件，故更换任何一个电源插件时，无需停电；2、可以独立插拔，在插拔电源的过程中，电源电压不会受到干扰，也不会影响保护装置正常运行；3、在保护装置正常运行时，两块电源插件都在承担装置的负载电流，与单电源插件的装置相比，电源插件的工作负载降低一半，相应的单个电源插件的温升也会同步降低，在较低的工作温度条件下，也能够进一步的提高电源的工作可靠性及寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的电气原理图；

图中：1、第一外部电源；2、第二外部电源；3、第一电源插件；4、第二电源插件；5、装置本体；6、开入插件；7、型材插箱。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

本实施例为一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，如图1 所示，包括装置本体5以及安装在装置本体正面上的型材插箱7，所述型材插箱为上中下结构，其右侧从上到下依次安装有第一电源插件3、开入插件6 和第二电源插件。

在设计时，为方便用户替换既有电源插件，新电源插件的安装尺寸与原保护装置的电源插件完全相同，电源插件在保护装置上的板卡位置也不变。同时，电源容量需要满足装置运行、显示、操作、保护跳闸出口等各种工况的需要，并有一定的冗余度。且第一电源插件和第二电源插件可带电插拔或更换任意一个电源插件，原电源插件上的开入数量不减少，满足电磁抗扰度 EMC相关要求，满足功耗及发热/散热要求。

因此本实用新型只将只包括电源和开入两部分的原电源插件，改为包括第一电源插件、第二电源插件和开入插件三部分的双电源插件，开入部分不变，电源部分改为独立的2套电源，且将这三个部分组成三个可以独立插拔的子插件，使得可以可带电插拔或更换任意一个电源插件。而要使得各子插件独立插拔，需要在结构上进行特殊设计。因此本实用新型设计了型材插箱，所述型材插箱安装在装置本体上，第一电源插件、开入插件和第二电源插件从上到下依次安装在型材插箱上。开入插件将第一电源插件和第二电源插件隔开，做到物理位置隔离避免误插拔。

其电气原理如图2所示，包括第一外部电源1、第二外部电源2、第一电源插件3、第二电源插件4、ORing控制器U1、ORing控制器U2、场效应管 Q1、场效应管Q2、电阻R1、电阻R2、电容C1以及电容C2，所述第一外部电源与第一电源插件连接，所述第二外部电源与第二电源插件连接；

场效应管Q1的栅极与ORing控制器U1的信号输入端连接，场效应管 Q1的漏极与第一电源插件的输出端、ORing控制器U1的输入端连接，场效应管Q1的源极与ORing控制器U1的输出端、电阻R1一端连接；电阻R1 一端与装置背板弱电部分连接，另一端与电容C1一端连接；电容C1一端与ORing控制器U1的电压输出端连接，另一端接地；场效应管Q2的栅极与ORing控制器U2的信号输入端连接，场效应管Q2的漏极与第二电源插件的输出端、ORing控制器U2的输入端连接，场效应管Q2的源极与ORing控制器U2的输出端、电阻R2一端连接；电阻R2一端与装置背板弱电部分连接，另一端与电容C2一端连接；电容C2一端与ORing控制器U2的电压输出端连接，另一端接地。

电源插件的输出通过ORING控制器，ORING控制器通过检测MOS管上的电压，保证总线电源不会对单个电源插件反灌电流；MOS管的体内二极管保证供电切换为无缝切换。通过控制MOSFET，将第一电源插件与第二电源插件输出电压接入背板电源总线，以实现双电源冗余的功能。当一路电源失电，则由另一路电源供电，不会造成装置失电，提高装置可靠性。

具体工作为：冗余电路中ORing控制器U1实时监测场效应管Q1上的导通压降，ORing控制器U2实时监测场效应管Q2上的导通压降保证系统供电的稳定。正常工作时，由于第一电源插件和第二电源插件输出电压相同，场效应管Q1、场效应管Q2的导压降相同，两个电源插件各承担50％负载电流。检修时拔出第一电源插件，第二电源插件的负载由50％增加到100％，装置工作正常。拔出第二电源插件，第一电源插件的负载由50％增加到100％，装置工作正常。因此任一插拔其中一个电源插件，对装置的工作都不受到影响。

在插拔电源的过程中，由上述冗余电路的工作原理分析可知道，电源电压不会受到干扰，也不会影响保护装置正常运行。另一方面，电源插件的工作温度是影响寿命的关键因素。由双电源冗余电路的工作特点可知，在保护装置正常运行时，第一电源插件和第二电源插件都在承担装置的负载电流，与单电源插件的装置相比，电源插件的工作负载降低一半，相应的单个电源插件的温升也会同步降低，在较低的工作温度条件下，也能够进一步的提高电源的工作可靠性及寿命。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，包括装置本体（5）和双电源插件，所述双电源插件包括第一电源插件、第二电源插件和开入插件，所述第一电源插件（3）、第二电源插件（4）和开入插件（6）可以独立插拔，所述第一电源插件（3）和第二电源插件（4）均安装在装置本体（5）正面，所述开入插件安装在第一电源插件（3）和第二电源插件（4）之间。

2.根据权利要求1所述的一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，还包括安装在装置本体（5）上的型材插箱（7），所述双电源插件和开入插件（6）安装在型材插箱（7）上。

3.根据权利要求2所述的一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，所述型材插箱（7）为上中下结构，所述第一电源插件（3）、开入插件（6）以及第二电源插件（4）从上到下依次安装在型材插箱（7）上。

4.根据权利要求2或3所述的一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，所述型材插箱（7）上设有导轨槽，所述第一电源插件（3）上设有第一导轨和第一限位装置，所述第一导轨与导轨槽连接，并通过第一限位装置固定；所述开入插件（6）上设有第二导轨和第二限位装置，所述第二导轨与导轨槽连接，并通过第二限位装置固定；所述第二电源插件（4）上设有第三导轨和第三限位装置，所述第三导轨与导轨槽连接，并通过第三限位装置固定。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，所述的第一电源插件（3）和第二电源插件（4）均包括面板，所述面板上均安装有工作状态指示灯。

6.根据权利要求1所述的一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，所述双电源插件还包括外部电源，所述外部电源包括第一外部电源（1）和第二外部电源（2），所述第一外部电源（1）与第一电源插件（3）连接，所述第二外部电源（2）与第二电源插件（4）连接，所述第一电源插件（3）和第二电源插件（4）还连接有冗余电路。

7.根据权利要求6所述的一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，所述的冗余电路包括控制器U1、控制器U2、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1、电阻R2、电容C1以及电容C2，场效应管Q1的栅极与控制器U1的信号输入端连接，场效应管Q1的漏极与第一电源插件（3）的输出端、控制器U1的输入端连接，场效应管Q1的源极与控制器U1的输出端、电阻R1一端连接；电阻R1一端与装置本体背板弱电部分连接，另一端与电容C1一端连接；电容C1一端与控制器U1的电压输出端连接，另一端接地；场效应管Q2的栅极与控制器U2的信号输入端连接，场效应管Q2的漏极与第二电源插件（4）的输出端、控制器U2的输入端连接，场效应管Q2的源极与控制器U2的输出端、电阻R2一端连接；电阻R2一端与装置本体背板弱电部分连接，另一端与电容C2一端连接；电容C2一端与控制器U2的电压输出端连接，另一端接地。

8.根据权利要求7所述的一种35kV及以下电压等级的双电源继电保护装置，其特征在于，所述的控制器U1和控制器U2均为ORing控制器；所述的场效应管Q1和场效应管Q2均为MOSFET。

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