CN217240397U - 一种直流应急电源自动切换供应装置及直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流应急电源自动切换供应装置及直流供电系统，所述装置包括切换开关模块及应急电源模块；所述切换开关模块包括第一输入端、第二输入端及输出端；所述切换开关模块的第一输入端通过直流馈线连接于直流电源，所述切换开关模块的第二输入端连接于应急电源模块，所述切换开关模块的输出端连直流用电设备；所述应急电源模块包括充电单元、蓄电池及升压单元，所述充电单元的一端连接于直流电源，所述充电单元的另一端连接于蓄电池，所述蓄电池通过升压单元连接于切换开关的第二输入端。实现直流用电设备，如故障录波装置，在直流系统出现故障时，如故障录波装置，依然可以继续工作。

Description

一种直流应急电源自动切换供应装置及直流供电系统

技术领域

本申请涉及供电技术领域，具体涉及一种直流应急电源自动切换供应装置及直流供电系统。

背景技术

故障录波装置对保证电力系统安全运行有十分重要的作用。当电网中发生故障时，利用装设的故障录波装置，可以记录下该故障全过程中线路上的三相电流、零序电流的波形和有效值，母线上三相电压、零序电压的波形和有效值，并形成故障分析报告，给出此种故障的故障类型，可以查看电流和电压的幅值与相位、本侧保护的动作时间以及线路两侧高频保护收发信机发信和停信的时间、断路器分合时间等。当线路两侧装有自动重合闸时，还可以看出线路两侧自动重合闸动作的全过程。

而目前故障录波装置采用直流系统进行供电，当厂内直流系统故障内，如在蓄电池开路，厂用故障跳闸及直流母线短路等情况下，全厂直流系统将不能提供正常供电，此时故障滤波装置也将失电不能正常录波，给设备跳闸、事故调查带来困难。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提供了直流应急电源自动切换供应装置及直流供电系统，解决在直流系统故障时，现在的故障录波装置失电不能正常录波的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种直流应急电源自动切换供应装置，包括切换开关模块及应急电源模块；

所述切换开关模块包括第一输入端、第二输入端及输出端；所述切换开关模块的第一输入端通过直流馈线连接于直流电源，所述切换开关模块的第二输入端连接于应急电源模块，所述切换开关模块的输出端连直流用电设备；

所述应急电源模块包括充电单元、蓄电池及升压单元，所述充电单元的一端连接于直流电源，所述充电单元的另一端连接于蓄电池，所述蓄电池通过升压单元连接于切换开关的第二输入端。

进一步优化，所述切换开关模块包括MOS管及二极管；

所述MOS管为PNP型MOS管，所述MOS管的栅极通过直流电源，所述MOS管的漏极连接于录波装置，所述MOS管的源极连接于应急电源的升压单元；

所述二极管的阳极连接于直流电源，所述二极管的阴极连接于直流用电设别。

进一步优化，所述充电单元包括第一逆变器及整流充电电路；

所述第一逆变器的一端连接于直流电源，所述第一逆变器的另一端连接于整流充电电路的交流输入端；

所述整流充电电路的直流输出端连接于蓄电池。

进一步优化，所述整流充电电路包括变压器及整流电路；

所述变压器的初级连接于第一逆变器的另一端，所述变压器的次级连接于整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接于蓄电池。

进一步优化，所述升压单元包括第二逆变器及整流供电电路；

所述第二逆变器的一端连接于蓄电池，所述第二逆变器的另一端连接于整流供电电路的交流输入端；

所述整流供电电路的直流输出端连接于切换开关的第二输入端。

进一步优化，所述直流用电设备为录波装置。

还提供了另一个技术方案：一种直流供电系统，包括直流电源、直流用电设备及应急电源自动切换供应装置；

所述直流电源及应急电源自动切换供应装置均连接于直流用电设备；

所述应急电源自动切换供应装置为上述所述直流应急电源自动切换供应装置。

进一步优化，所述直流用电设备为录波装置。

区别于现有技术，上述技术方案，2220V的直流电源从厂内直流馈线屏接至直流用电设备。当直流系统正常工作时，切换开关模块将第一输入端连接的直流电源输送至输出端的直流用电设备进行正常供电，同时直流电源通过充电单元给蓄电池进行充电，而当直流系统出现故障时，则切换开关模块断开第一输入端与输出端，接通第二输入端与输出端，蓄电池内的电源通过升压单元进行升压后，通过切换开关模块的第二输入端输入，为切换开关模块的输出端的直流用电设备进行供电。实现直流用电设备，如故障录波装置，在直流系统出现故障时，如故障录波装置，依然可以继续工作。

上述实用新型内容相关记载仅是本申请技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本申请的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本申请的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本申请的具体实施方式及附图进行说明。

附图说明

附图仅用于示出本申请具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本申请的限制。

在说明书附图中：

图1为具体实施方式所述直流应急电源自动切换供应装置的一种结构示意图；

图2为具体实施方式所述直流应急电源自动切换供应装置的另一种结构示意图；

图3为具体实施方式所述直流应急电源自动切换供应装置的另一种结构示意图；

图4为具体实施方式所述直流应急电源自动切换供应装置的另一种结构示意图；

图5为具体实施方式所述直流应急电源自动切换供应装置的另一种结构示意图；

图6为具体实施方式所述切换开关模块的一种电路原理示意图；

上述各附图中涉及的附图标记说明如下：

110、直流电源，

120、切换开关模块，

130、应急电源模块；

131、充电单元，

1311、第一逆变器，

1312、整流充电电路，

132、蓄电池，

133、升压单元，

1331、第二逆变器，

1332、整流供电电路，

200、直流用电设备。

具体实施方式

为详细说明本申请可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。

除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。

在本申请的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。

在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。

在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。

与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

除非另有明确的规定或限定，在本申请实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本申请所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本申请实施例中的具体含义。

目前申请人的厂录波装置电源均取自厂内的直流系统，当厂内直流系统故障时，如在蓄电池132开路、厂用故障跳闸及直流母线短路等情况下，全厂直流系统将不能提供正常供电，此时录波装置也将失电不能正常录波，给设备跳闸、事故调查带来困难。

通过对录波装置的电源供给方式进行分析，在不同的故障方式下分析对装置运行的影响后，提出一种录波装置应急电源自动切换供应装置实现方案，用以及时地发现故障并予以解决，从而有效提高UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)的稳定性。

请参阅图1-5，本实施例提供了一种直流应急电源自动切换供应装置，包括切换开关模块120及应急电源模块130；

所述切换开关模块120包括第一输入端、第二输入端及输出端；所述切换开关模块120的第一输入端通过直流馈线连接于直流电源110，所述切换开关模块120的第二输入端连接于应急电源模块130，所述切换开关模块120的输出端连直流用电设备200；

所述应急电源模块130包括充电单元131、蓄电池132及升压单元133，所述充电单元131的一端连接于直流电源110，所述充电单元131的另一端连接于蓄电池132，所述蓄电池132通过升压单元133连接于切换开关的第二输入端。

220V的直流电源110从厂内直流馈线屏接至直流用电设备200。当直流系统正常工作时，切换开关模块120将第一输入端连接的直流电源110输送至输出端的直流用电设备200进行正常供电，同时直流电源110通过充电单元131给蓄电池132进行充电，而当直流系统出现故障时，则切换开关模块120断开第一输入端与输出端，接通第二输入端与输出端，蓄电池132内的电源通过升压单元133进行升压后，通过切换开关模块120的第二输入端输入，为切换开关模块120的输出端的直流用电设备200进行供电。实现直流用电设备200，如故障录波装置，在直流系统出现故障时，如故障录波装置，依然可以继续工作。在本实施例中，直流用电设备200为故障录波装置，故障录波装置对保证电力系统安全运行有十分重要的作用。当电网中发生故障时，利用装设的故障录波装置，可以记录下该故障全过程中线路上的三相电流、零序电流的波形和有效值，母线上三相电压、零序电压的波形和有效值，并形成故障分析报告，给出此种故障的故障类型，可以查看电流和电压的幅值与相位、本侧保护的动作时间以及线路两侧高频保护收发信机发信和停信的时间、断路器分合时间等。当线路两侧装有自动重合闸时，还可以看出线路两侧自动重合闸动作的全过程。当厂内直流系统故障时，故障录波装置仍然能进行一定时间的正常录波，便于事故调查，给故障录波器提供冗余供电，在几次事故中得到有效的应用。在其他实施例中，直流用电设备200也可以是其他直流用电设备200。

请参阅图6，在某些实施例中，所述切换开关模块120包括MOS管及二极管；

所述MOS管为PNP型MOS管，所述MOS管的栅极通过直流电源110，所述MOS管的漏极连接于录波装置，所述MOS管的源极连接于应急电源的升压单元133；

所述二极管的阳极连接于直流电源110，所述二极管的阴极连接于直流用电设别。

当应急电源模块130的直流UPS经过PNP型的MOS管后输出。当正常情况下，直流馈线带220V直流电，应急电源模块130也输出220V直流电。因此，MOS管截止，输出电压由直流馈线经二极管向负载供电，当站内直流电源110失去时，则MOS管的栅极经下拉电阻使其电位为零，从而使得MOS管导通，应急电源模块130的直流UPS电源经过MOS管向负载(直流用电设备200)进行供电，完成电源切换。切换开关模块120采用电子式的直流电源110切换电路，相比于机械式的切换电路，其动作事件一般为毫秒级别，能够实现电源的快速切换，一般机械式切换电路是基于继电器实现的，其动作时间通常为百豪秒级别，容易使装置关机再重启，无法达到后备不间断供电的目的。

请参阅图3、5，在某些实施例中，所述充电单元131包括第一逆变器1311及整流充电电路1312；

所述第一逆变器1311的一端连接于直流电源110，所述第一逆变器1311的另一端连接于整流充电电路1312的交流输入端；

所述整流充电电路1312的直流输出端连接于蓄电池132。

由于DC220V的电源电压过高，不能够直接对蓄电池132进行充电，需要先进行降压后方能进行，然后，直流降压需要经过振荡器转换和降压过程，且在常规UPS中应用不够成熟，所以选择电力系统内部应用较多的逆变器电路，首先通过第一逆变器1311将220V直流电源110逆变成交流，将经过整理充电单元131进行降压整流成低电压输出给蓄电池132充电，这样充电电压和方式都灵活可控。其中，所述整流充电电路1312包括变压器及整流电路；

所述变压器的初级连接于第一逆变器1311的另一端，所述变压器的次级连接于整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接于蓄电池132。

220V直流电源110经过第一逆变器1311逆变成交流电后，输入至变压器的初级，经过变压器降压后，通过变压器的次级输入至整流电路中，经过整流电路整流成直流电后为蓄电池132进行充电。

请参阅图4、5，在某些实施例中，所述升压单元133包括第二逆变器1331及整流供电电路1332；

所述第二逆变器1331的一端连接于蓄电池132，所述第二逆变器1331的另一端连接于整流供电电路1332的交流输入端；

所述整流供电电路1332的直流输出端连接于切换开关的第二输入端。

蓄电池132的DC24V经过升压单元133升压到220V直流电后向负载进行供电；若升压单元133采用高频升压电路，会带来很大的电压尖峰脉冲，对周围设备造成电磁干扰。因此利用第二逆变器1331将蓄电池132的DC24V电压逆变并升压至220V交流电后，再经过整流供电电路1332进行整流成直流电，经过切换开关模块120为直流用电设备200进行供电。当厂内直流系统故障时，故障录波装置失去站内直流电源110后，蓄电池132将自动经过切换开关模块120后向负载进行供电。

请参阅图1-5，在另一实施例中，一种直流供电系统，包括直流电源110、直流用电设备200及应急电源自动切换供应装置；

所述直流电源110及应急电源自动切换供应装置均连接于直流用电设备200；

所述应急电源自动切换供应装置为上述所述直流应急电源自动切换供应装置。直流应急电源自动切换供应装置包括切换开关模块120及应急电源模块130；

所述切换开关模块120包括第一输入端、第二输入端及输出端；所述切换开关模块120的第一输入端通过直流馈线连接于直流电源110，所述切换开关模块120的第二输入端连接于应急电源模块130，所述切换开关模块120的输出端连直流用电设备200；

所述应急电源模块130包括充电单元131、蓄电池132及升压单元133，所述充电单元131的一端连接于直流电源110，所述充电单元131的另一端连接于蓄电池132，所述蓄电池132通过升压单元133连接于切换开关的第二输入端。

220V的直流电源110从厂内直流馈线屏接至直流用电设备200。当直流系统正常工作时，切换开关模块120将第一输入端连接的直流电源110输送至输出端的直流用电设备200进行正常供电，同时直流电源110通过充电单元131给蓄电池132进行充电，而当直流系统出现故障时，则切换开关模块120断开第一输入端与输出端，接通第二输入端与输出端，蓄电池132内的电源通过升压单元133进行升压后，通过切换开关模块120的第二输入端输入，为切换开关模块120的输出端的直流用电设备200进行供电。实现直流用电设备200，如故障录波装置，在直流系统出现故障时，如故障录波装置，依然可以继续工作。在本实施例中，直流用电设备200为故障录波装置，故障录波装置对保证电力系统安全运行有十分重要的作用。当电网中发生故障时，利用装设的故障录波装置，可以记录下该故障全过程中线路上的三相电流、零序电流的波形和有效值，母线上三相电压、零序电压的波形和有效值，并形成故障分析报告，给出此种故障的故障类型，可以查看电流和电压的幅值与相位、本侧保护的动作时间以及线路两侧高频保护收发信机发信和停信的时间、断路器分合时间等。当线路两侧装有自动重合闸时，还可以看出线路两侧自动重合闸动作的全过程。当厂内直流系统故障时，故障录波装置仍然能进行一定时间的正常录波，便于事故调查，给故障录波器提供冗余供电，在几次事故中得到有效的应用。在其他实施例中，直流用电设备200也可以是其他直流用电设备200。

请参阅图6，在某些实施例中，所述切换开关模块120包括MOS管及二极管；

所述MOS管为PNP型MOS管，所述MOS管的栅极通过直流电源110，所述MOS管的漏极连接于录波装置，所述MOS管的源极连接于应急电源的升压单元133；

所述二极管的阳极连接于直流电源110，所述二极管的阴极连接于直流用电设别。

当应急电源模块130的直流UPS经过PNP型的MOS管后输出。当正常情况下，直流馈线带220V直流电，应急电源模块130也输出220V直流电。因此，MOS管截止，输出电压由直流馈线经二极管向负载供电，当站内直流电源110失去时，则MOS管的栅极经下拉电阻使其电位为零，从而使得MOS管导通，应急电源模块130的直流UPS电源经过MOS管向负载(直流用电设备200)进行供电，完成电源切换。切换开关模块120采用电子式的直流电源110切换电路，相比于机械式的切换电路，其动作事件一般为毫秒级别，能够实现电源的快速切换，一般机械式切换电路是基于继电器实现的，其动作时间通常为百豪秒级别，容易使装置关机再重启，无法达到后备不间断供电的目的。

请参阅图3、5，在某些实施例中，所述充电单元131包括第一逆变器1311及整流充电电路1312；

所述第一逆变器1311的一端连接于直流电源110，所述第一逆变器1311的另一端连接于整流充电电路1312的交流输入端；

所述整流充电电路1312的直流输出端连接于蓄电池132。

由于DC220V的电源电压过高，不能够直接对蓄电池132进行充电，需要先进行降压后方能进行，然后，直流降压需要经过振荡器转换和降压过程，且在常规UPS中应用不够成熟，所以选择电力系统内部应用较多的逆变器电路，首先通过第一逆变器1311将220V直流电源110逆变成交流，将经过整理充电单元131进行降压整流成低电压输出给蓄电池132充电，这样充电电压和方式都灵活可控。其中，所述整流充电电路1312包括变压器及整流电路；

所述变压器的初级连接于第一逆变器1311的另一端，所述变压器的次级连接于整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接于蓄电池132。

220V直流电源110经过第一逆变器1311逆变成交流电后，输入至变压器的初级，经过变压器降压后，通过变压器的次级输入至整流电路中，经过整流电路整流成直流电后为蓄电池132进行充电。

请参阅图4、5，在某些实施例中，所述升压单元133包括第二逆变器1331及整流供电电路1332；

所述第二逆变器1331的一端连接于蓄电池132，所述第二逆变器1331的另一端连接于整流供电电路1332的交流输入端；

所述整流供电电路1332的直流输出端连接于切换开关的第二输入端。

蓄电池132的DC24V经过升压单元133升压到220V直流电后向负载进行供电；若升压单元133采用高频升压电路，会带来很大的电压尖峰脉冲，对周围设备造成电磁干扰。因此利用第二逆变器1331将蓄电池132的DC24V电压逆变并升压至220V交流电后，再经过整流供电电路1332进行整流成直流电，经过切换开关模块120为直流用电设备200进行供电。当厂内直流系统故障时，故障录波装置失去站内直流电源110后，蓄电池132将自动经过切换开关模块120后向负载进行供电。

最后需要说明的是，尽管在本申请的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本申请的专利保护范围。凡是基于本申请的实质理念，利用本申请说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本申请的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流应急电源自动切换供应装置，其特征在于，包括切换开关模块及应急电源模块；

所述切换开关模块包括第一输入端、第二输入端及输出端；所述切换开关模块的第一输入端通过直流馈线连接于直流电源，所述切换开关模块的第二输入端连接于应急电源模块，所述切换开关模块的输出端连直流用电设备；

所述应急电源模块包括充电单元、蓄电池及升压单元，所述充电单元的一端连接于直流电源，所述充电单元的另一端连接于蓄电池，所述蓄电池通过升压单元连接于切换开关的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的直流应急电源自动切换供应装置，其特征在于，所述切换开关模块包括MOS管及二极管；

所述MOS管为PNP型MOS管，所述MOS管的栅极通过直流电源，所述MOS管的漏极连接于录波装置，所述MOS管的源极连接于应急电源的升压单元；

所述二极管的阳极连接于直流电源，所述二极管的阴极连接于直流用电设别。

3.根据权利要求1所述的直流应急电源自动切换供应装置，其特征在于，所述充电单元包括第一逆变器及整流充电电路；

所述第一逆变器的一端连接于直流电源，所述第一逆变器的另一端连接于整流充电电路的交流输入端；

所述整流充电电路的直流输出端连接于蓄电池。

4.根据权利要求3所述的直流应急电源自动切换供应装置，其特征在于，所述整流充电电路包括变压器及整流电路；

所述变压器的初级连接于第一逆变器的另一端，所述变压器的次级连接于整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接于蓄电池。

5.根据权利要求1所述的直流应急电源自动切换供应装置，其特征在于，所述升压单元包括第二逆变器及整流供电电路；

所述第二逆变器的一端连接于蓄电池，所述第二逆变器的另一端连接于整流供电电路的交流输入端；

所述整流供电电路的直流输出端连接于切换开关的第二输入端。

6.根据权利要求1所述的直流应急电源自动切换供应装置，其特征在于，所述直流用电设备为录波装置。

7.一种直流供电系统，其特征在于，包括直流电源、直流用电设备及应急电源自动切换供应装置；

所述直流电源及应急电源自动切换供应装置均连接于直流用电设备；

所述应急电源自动切换供应装置为权利要求1-5任意一项所述直流应急电源自动切换供应装置。

8.根据权利要求7所述直流供电系统，其特征在于，所述直流用电设备为录波装置。

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