电源切换控制系统（精选8篇）
电源切换控制系统 篇1
机场的用电负荷总体上属于一级负荷 (其中助航灯光、导航台、塔台等若干设备负荷属于特别重要负荷) , 对供电的连续可靠性有着较高的要求。目前, 机场供电一般设计为独立双电源供电, 两路电源互为备用, 外加自备柴油发电机。对用电的安全性、连续性、可靠性要求越来越高, 三电源自动切换系统是为满足这一要求而设计的, 它具有电源故障报警、电源运行状态检测、在三路电源中自动切换等功能, 防止故障电源向负载供电, 确保负载的安全, 避免因电源故障造成设备损坏等直接经济损失和其它间接性经济损失。而随着网络技术及现场总线技术在自动控制系统中的应用, 使得远程控制成为可能。
1 功能描述
三电源自动切换控制线路分别对两路市电和备用发电机的三相电压进行检测, 当检测到有欠压、过压、缺相时, 进行报警, 并按切断故障电源, 投入备用电源, 具有速断保护, 以保护负载。并随时将运行情况向远程计算中心汇报。控制方式有“手动控制”、“自投自复”。
1.1 手动控制
检测到异常情况时, 只报警不动作。动作由人工完成。
1.2 自投自复
1) 以市电供电为主, 当两路市电电源匀不正常时转至备用柴油发电机电源, 当市电电源有一路恢复正常时自动转回市电供电。此时柴油发电机处于热备状态。2) 当两路市电匀正常后, 不改变供电状态, 柴油发电机处于自动停机, 转为冷备状态。3) 当两路市电匀正常时, 两路市无主副之分, 互为备用。供电方式可有平行供电 (既一、二回路各供一半负荷) 母联备自投、一回路供电及二回路供电 (进线备自投) 三种方式。
2 系统组成
3 机场低压三电源自动切换控制线路设计及工作原理
3.1 主回路
主要开关为ABB公司生产的SACE系列空气断路器四只 (见到图1) 。图中1P为发电机进线柜、4P、9P为两路市电进线柜, 机场重要负荷匀设在I段母线 (即发电机能供电) , 断路器具有失压保护、电流保护。
3.2 控制电源线路
一般情况下, 在多电源时控制电源取自母线段上, 这种结构存在一个至命的缺陷, 而且在运行过程中不容易发现, 缺陷为当系统停电较长时, 由于PUS电源电池消耗殆尽, 在市电恢复正常时, 由于没有控制电源, 系统将无法自动投入, 这个问题在航班量不大的支线机场, 更加突出。笔者将其控制电源线路设计 (见下图) 改为在两路市电及备用发电机三电源中, 只要有任何一路有电, 控制电源匀正常向UPS充电, 当三电源匀无电时, 利用UPS电池电能提供电能, 保证控制回路供电正常。
3.3 控制回路
在合闸回路中串入必要的电气连锁接点, 确保在人为误操作时不会发生短路等意外事故。现就以4P开关柜的控制线路加以说明;其余几个柜的控制线路大同小异, 这里就不在说明。
1) 合闸过程:合闸分为手动合闸、遥控合闸及自动合闸。手动合闸:将远方/就地开关SA置于就地位置, 断路器状态处于分位, 断路器上端有电, 分闸指示灯亮, 发电机柜 (1P) 分闸, 另一路进线 (9P) 及母联柜 (8P) 至少有一个分闸, 此时按下合闸按钮1SB, 1#进线柜 (4P) 合闸线圈得电, 断路器完成合闸操作, 断路器状态处合位, 合闸指示灯亮, 放开1SB合闸线圈失电。
遥控合闸:将远方/就地开关SA置于远方位置, 母联柜 (8P) 的备自投开关置于备自投退出, 其它条件同手动合闸的条件, 此时在微机监控系统上发合闸信号, 多功能表PM接收到合闸信号后, 多功能表PM的34-35接通, KA1吸合, 合闸回路中的KA1闭合, 1#进线柜 (4P) 合闸线圈得电, 断路器完成合闸操作。
备自投合闸:将远方/就地开关SA置于远方位置, 母联柜 (8P) 的备自投开关置于备自投, (1) 系统由发电机供电时, 当 (4P) 进线来电后, 系统将分断发电机进线柜 (1P) , 合上市电进线柜 (4P) , 系统由市电供电及母联柜 (8P) 。 (2) 系统由另一路市电 (9P) 供电, (4P) 柜为备用时, 若 (9P) 进线失电, 系统将分断母联柜及 (9P) 进线柜, 在合上 (4P) 进线柜及母联柜 (8P) 。
2) 分闸过程:合闸分为手动合闸、遥控合闸及自动合闸。手动分闸:将远方/就地开关SA置于就地位置, 断路器状态处于合位, 此时按下合闸按钮2SB, 1#进线柜 (4P) 分闸线圈得电, 断路器完成分闸操作, 断路器状态处分位, 分闸指示灯亮, 放开2SB分闸线圈失电。
遥控分闸:将远方/就地开关SA置于远方位置, 母联柜 (8P) 的备自投开关置于备自投退出, 此时在微机监控系统上发分闸信号, 多功能表PM接收到分闸信号后, 多功能表PM的38-39接通, KA2吸合, 分闸回路中的KA2闭合, 1#进线柜 (4P) 分闸线圈得电, 断路器完成分闸操作。
备自投分闸:将远方/就地开关SA置于远方位置, 母联柜 (8P) 的备自投开关置于备自投, 当 (4P) 进线失电时, 系统将分断 (4P) 进线柜。
3.4 保护回路
1) 过压欠压保护:指被保护线路电压超出设定值范围。系统认为供电质量异常, 分断该断路器, 禁止向用电设备供电。2) 电压不平衡保护:指三相电压不平衡将会引起过载和安全运行的一种电压不平衡率设定值保护。指示灯形式为黄 (上) 灯亮, 并优先。3) 错相保护:防止A.B.C三相交流相序接错的一种保护措施, 即时动作。指示灯形式为红灯亮。4) 延时保护:有故障出现时保护继电器延时几秒后动作, 继电器释放。5) 速断保护:当母线或者出线有短路现象, 引起断路器速断保护时, 为防止故障设备在次受到电流冲击, 引起故障扩大, 与该母线相连接的其它断路器在备自投时禁止合闸。
4 四个断路器的控制动作说明及PLC控制程序
两路市电进线分别为4P及9P控制, 母联8P, 1P为柴油发电机控制。系统为市电主供, 柴油发电机为备用, 两路市电不分主副。系统处于备自投状态, 当两路市电同时来电, 则4P及9P合闸, 8P分断, 系统为母联备自投方式。当两路市电相继来电时, 则先来的一路市电及母联合闸, 系统为进线备自投方式。系统处于备自投状态且发电机处于自投时, 两路市电匀正常, 则柴油发电机处于冷备状态;当有一路市电停电时, 发电机将自动起动进入热备机状态。两路市电均无电后, 1P合闸, 系统由发电机供电, 此时如市电4P或9P恢复, 则系统将分断1P、合上4P或9P。系统由市电供电, 发电机进入备用状态。
PLC控制程序如下:
5 结语
我们将设计机场低压三电源自动切换控制线路应用于香格里拉机场供电系统, 一直运行稳定。由于PLC功能多, 运行稳定, 控制方式灵活, 可以减少外围电路, 在保证三电源自动切换控制线路功能完善, 同时又增强了运行的稳定性。
电源切换控制系统 篇2
【关键词】电源中断；备用电源自投；快切
引言
石油化工企业的主要特点是生产连续性强，对电源可靠性要求很高，由两路电源供电。
1、事故状态下电源切换方式
1.1备用电源自投装置
备用电源自动投入装置，简称BZT， BZT装置本身具有原理简单、动作可靠的特点，成功率较高，广泛应用于我国的供配电系统。备自投启动的条件是：1）母线无电压（具体见整定值）；2）利用工作电源开关辅助接点判断故障电源断路器确已断开；3）备用电源正常；4）无其他外部闭锁量输入。由此可见备自投并不需要检同期，因为永远都是“先分后合”，两个电源没有并列运行的机会，因此得到了普遍的认可和使用。
1.2快切装置
国内目前常用的快切装置技术大都来源于ABB有关母线残压的理论，图1以极坐标形式绘出的系统母线残压相量变化轨迹示意图（残压衰减较慢的情况），图中绿色曲线会出的是母线残压UD，由于石化变电所母线负荷类型较多，有同步电动机、异步电动机、电容器、电抗器等，有时还有发电机电源，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，因此残压由于设备的种类和数量的不同存在很大不同，但总的趋势是以非线性的速度不迅速下降。备用电源电压为US，Us相对于UD大小和方向是保持不变的，△U为备用电源电压与母线残压间的差拍电压。合上备用电源后，如果定义电动机承受的电压为UM，则UM为：
UM=XM/（XS+XM）△U………………………………………（1）
式中，XM----母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗。
XS-----电源的等值电抗。
如果令K=XM/（XS十XM），则
UM=K.△U…………………………………………………………（2）
为保证电动机安全自起动，UM应小于电动机的允许起动电压，设为 1.1倍的额定电压UDe，则有：
K.△U<1.1UDe……………………………………………………（3）
△U（%）<1.1/K……………………………………………………（4）
若取K=0.67，则△U（%）<1.64。图1中，以A为圆心，以1.64为半径绘出弧线M-N，则E-F的右侧为备用电源允许合闸的安全区域，左侧则为不安全区域。若取K=0.95，则△U（%）<1.15，图1中M-N的左侧均为不安全区域。假定正常运行时工作电源与备用电源同相.其电压相量端点为A，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动，如能在A—B段内合上备用电源，则既能保证电动机安全，又不至于使电动机转速下降大多，这就是所谓的“快速切换”。
2、备自投与快切的优劣比较
2.1备自投在石化企业适应性分析：第一，石化企业电压等级多，对供电可靠性要求高，备自投需要与线路的重合闸、补偿电容器的保护、上下级备自投之间进行配合，影响其可靠性。第二，石化企业的一个显著特点是装置大型化、集约化、精密化以后对供电高可靠性的要求，由于母线残压的幅值和频率，受到众多因素的影响，而石化企业运行方式、负荷、運行设备随时可能发生改变，当母线失压时，电动机失去电动力后转速下降，众多电动机相当于一个个电压、频率在以非线性的速度迅速衰减的电源和，产生的反电势构成的母线电压的幅值和频率会随时间不断变化因此如何选择备自投装置的设定值非常困难。第三，备自投不检同期，备用电源投入工作段时，母线残压的相位与电源的相位相差较大时，其冲击电流有可能达到电动机启动电流的两倍，不但会损坏电动机或缩短电动机使用寿命，这是一种隐性的，逐渐为人们所认识的破坏力，而且可能会使继电保护误动作，造成自投失败。
2.2快切装置的快速性：利用开关合闸时间大于分闸时间这一特点，具体说来在运行电源失电瞬间，快切瞬间启动，在运行电源和备用电源的相角差、频差在定值范围内，同时发出断开运行电源断路器、闭合备用电源的断路器，由于断路器固有动作时间，分闸的时间势必在合闸之前完成，因此不必担心会造成短路。
2.3快切装置的可靠性：一般快切装置按照动作的快慢，可以分为四种动作情况：快速切换，捕捉同期切换，残压切换和长延时切换。如果在启动瞬间不能满足同步条件，即无法进行快速切换，此时可根据电网状态进入首次同相切换，也就是发出分闸命令后，等待运行电源与备用电源的电压差值达到第一个最小值之前发出合闸命令，提前发出命令目的是为了补偿电力设备的固有响应时间。整个切换过程中备用电源电压向量始终跟随运行电压的残压，在相角差为零时，实现切换。
2.4快切装置的安全性：或许有人担心在快切过程当中，同时分合开关，一旦分闸命令未能执行，即该分的开关因故未能如期分闸，发生非同期合闸，产生冲击电压，其实这种担心是不必要的，因为快切装置的合闸是经过同期检测的，不可能产生危险的冲击电压。
2.5快切装置的适用范围：快切装置的启动分手动和自动，正常的倒负荷过程的可采用手动启动方式，消除了人为倒闸所承受的事故风险；事故情况下的切换采用光差保护启动方式，后备保护闭锁的方式实现快速切换。
3、结论
快切装置相较于备用电源自投装置，具有灵活、快速、对系统冲击小、可靠等优点，并且能够兼容备自投的功能，对于我们这样对于电源可靠性要求高的企业，一次联锁停车的损失就非常巨大，因此虽然上快切的投入的确不小，但只要能在关键时刻发挥积极作用，初期投入是合理的，是在可接受范围内的，我们上快切装置是非常有必要的。
参考文献
[1]邬君波.备用电源可靠自动切换研究及复杂工况分析处置.浙江大学，2007.
[2]备用电源自投与厂用电快起诉切换装置.
电源切换控制系统 篇3
1 智能双电源切换的技术方案
此文是对自动切换PLC控制进行论述, 包括其双负载—双电源在内, 对于电路的逻辑把控继电器, 将替换成PLC程序控制, 因它拥有切换保卫、检查与测定缺相的作用, 特别是有关供电电源三相, 当电源变回原来正常的状态, 便可反切换, 且是自动运行, 如果正常还原与故障出现, 可区分对待发出音响告示及报警。这种自动切换PLC控制, 即双负载一双电源, 它在维护缺相上重点运用如下技术预案, 即信号回路的检验测试的设立, 包括三相缺相, 此信号回路取决于主回路即三相电源中的, 也就是将继电器KA1至KA6平分, 前三个与后三个隔开, 并接入Ul与U2主回路电源, 且是单相回路里的A、B、C相, PLC的传输信号是继电器中的触点, 且处于常开态, 即前三个KAl至KA3, 后三个KA4至KA6, 以此当成PLC编写与制定的输入前提, 即在逻辑把控程序检测三相缺相Ul与U2过程中。而自动切换PLC控制双负载一双电源的维护缺相, 有着较广的效能, 包括有保卫失压、过载与短路、缺相等;可自行运作显示三相电流及检查测试缺相, 若供电电源在某处出现问题, 则它可自行转换至其他路电源中, 以此持续供电负载, 同时运用声光报警;当电源变回原来正常的状态, 便可反切换, 且是自动运行;对于正常复原与故障出现, 可发出告示音响与报警两类显著的音效。故此它避免已存在的切换控制双电源体系的不足, 且是中低档型, 即无法反切换与自动运行, 无保卫缺相、正常复原与出现故障时应用的告示音响效果单调等。此控制体系拥有不少的特征, 包括牢靠的效能、完善的机能、低成本制造、简易的电路架构等。
2 智能双电源切换的主电路控制
控制电路自行转换双负载一双电源见图1, 且拥有一定保卫缺相作用。涵盖有主回路与信号回路 (检验、测定、采样三相缺相) 。前者输出时拥有W1与W2负载两路, 而输入拥有U1与U2供电电源两路。后者U1电源经交流接触器KM1的主触点闭合, 并与其负载W1连接在一起;电源U2主回路借助于交流接触器KM2的主触点闭合, 并与其负载W2相联接, t受到主体控制电路的控制。若在某一电源出现问题以后, 则会先断开交流接触器, 同时也使其负载脱离故障电源回路, 并与一些接触点构成闭合回路, 并把这些电源切换到另外的电源, 以保证正常的供电。电源U1和U2的主电路的输入开关QF1和QF2的重要作用就是实施电路保护和过载保护, 也就是说两路三相电源的主回路中所有的位置都有电流表, 以便可以了解各支路的电流情况, 同时也与控制电路的缺相检测配合在一起。三相缺相检测采样信号回路, 其缺相检测信号都是直接从电源中读取, 也就是把其中相应的继电器KAl~ KA3, KA4~ KA6分别与主回路中的U1l和u2的ASH、BSU~ UC相的单相回路保持连接, KA1~KA3和KA4~KA6的常开触点都可以充当U1和U2的三相缺相检测的开关检测信号, 同时又作用于PLC的输入端。出于PLC继电器输出点的负载能力的考虑, 通过接触器KM0l~KM03来使得电流触电器KM l~KM3受到相应的驱动。对于一些三相的电源U1l的各相都可以开展相应的缺相检测, 都可以引入一个中间继电器KAl、KA2和KA3, 同时也U1回路上的A相、B相和C相连接, 以形成相应的回路, 并最终可以获得相应的缺相检测回路。KAl~KA3的常开触点可以用于采集相关的信号, 同时还可以当作PLC的输入端, 作为编PLC的U1的控制程序存在着一定的输入条件;根据这一原理, 三相电源U2的A相、B相和c相也要开展相应的检测工作, 也要引入一个中间继电器KA4、KA5和KA6, 分别作用于各处, 以便形成一个单相回路, 并形成A2、B2和C2三相的缺相检测回路。KA4~KA6的常开触点是U2开关经常使用的一个采集信号, 并与PLC的输入端相连, 作为编制PLC的U2在进行逻辑控制时的输入条件。
摘要：高速公路的供配电问题一直以来都是国民经济与社会发展中的一项重要工作, 特别是在进入新世纪以来, 我国不少高速公路都在兴建, 以便更好地做好基础设施建设, 为国民经济的发展服务。在本文中, 笔者主要是利用了智能转换双电源装置的工作原理, 以及其中相关的控制技术, 对相应的硬件电路及PLc控制程序做了详细的设计, 并达到了PLC技术的双电源装置转换的效果, 从而促进国力企业和社会更好地发展。
关键词：双负载一双电源,自动切换PLC控制
参考文献
[1]康纪良, 吴玉娟.双电源切换故障的分析与解决[J].电工技术, 2010.
[2]曹祯, 秦雷鸣, 赵吉生, 顾新波.基于矢量修正的幅值算法在电源切换装置中的应用[J].电气技术, 2011.
电源切换控制系统 篇4
关键词：主变,控制箱,双电源切换
1 概述
某电站一期工程#1机主变高压侧通过GIL (气体绝缘金属封闭输电线路) 与500kV开关站内GIS (全金属封闭式电器) 连接, 主变低压侧通过离相封闭母线与GCB (发电机出口断路器) 连接。 主变采用户外、 单相双绕组、 铜导线油浸强迫油循环风冷型式, 型号为DFP-484000/500, 额定容量为3×484MVA, 连接组别Ii0 (三相联结组别YNd11, 高压绕组按Y联接, 中性点经一个安装在变压器顶盖上的套管引出后直接接地, 低压绕组经封母按d联接) 。主变风冷控制箱工作回路电源AC 380V、三相四线制, 控制电源DC 220V。控制箱采用双路独立供电电源, 可任选一路工作或备用, 当一路电源出现故障时另一路电源自动投入运行。
2 故障现象
主变风冷控制箱投运后, 主变B相风冷控制箱#1电源作为工作电源并正常供电, #2电源备用;10s后自动切换至#2电源, #1电源转备用;随后切换至#1电源, #2电源备用;10s后再切换为#2电源, #1电源备用。#1、#2电源循环切换。图1为MCC抽屉式开关控制回路。
3 故障原因分析
根据厂家资料, 主变风冷控制箱#1、#2电源为独立供电电源, 并无两路电源同时供电情况。根据现场故障现象判断, 故障可能由元器件故障和二次回路故障导致。下面对以上可能原因进行逐步排查, 以确定故障根本原因。
第一步, 排查元器件故障。主变风冷控制箱内元器件较多且安装紧密, 可能存在某个或某几个元器件触点损坏现象, 从而破坏#1、 #2 电源切换控制回路完整性。 经查, 主变风冷控制箱内按钮开关SB1触点损坏。SB1触点正常情况为常闭触点, 而现场检查此按钮开关已损坏且触点为常开。
第二步, 排查二次回路故障。主变风冷控制箱内接线与设计图一致。 控制箱内部接线较为紧密, 可能存在断线、虚接、短路现象。经查, 主变风冷控制箱内断相继电器KX3上的B相电源虚接。
根据故障排查结果, 结合图纸分析现场主变风冷控制箱双电源频繁切换回路故障原因。闭合空开QF1、QF2, 将转换开关SAM1旋至#1电源供电, #2电源备用。此时交流接触器KMM1线圈得电, 辅助触点状态反转 (常开变常闭, 常闭变常开) , #1电源开始供电。由于断相继电器KX3上的B相电源虚接无法得电, 因此KX3辅助常闭触点无法变为常开触点, 从而使时间继电器KT7线圈得电。10s后KT7辅助常开触点动作, 变为常闭触点, 中间继电器K10得电, 辅助触点状态反转, 切断交流接触器KMM1线圈回路, #1 电源切除; 同时接通交流接触器KMM2线圈回路, #2 电源供电, 交流接触器KMM1 线圈失电后其辅助触点状态恢复至得电前状态。时间继电器KT7线圈失电, 辅助触点状态也恢复至得电前状态, 然而按钮开关SB1触点损坏, 中间继电器K10 无法实现自保持, 导致中间继电器K10线圈失电, K10辅助触点状态恢复至得电前状态, 切断交流接触器KMM2 线圈回路, 接通交流接触器KMM1线圈回路。 此时主变风冷控制箱重新回到刚投运时状态, 即#1电源供电。
4 解决方法
根据主变风冷控制箱双电源频繁切换故障原因, 结合现场实际, 执行了如下步骤。
第一步, 整体更换性能良好的按钮开关SB1及其辅助触点。
第二步, 重新端接断相继电器KX3 上的B相电源电缆, 保持现场主变风冷控制箱双路独立供电电源回路与厂家设计一致。
第三步, 按照厂家图纸重新校对主变风冷控制箱内所有接线。
第四步, 上电试验, 主变风冷控制箱电源, #1工作电源与#2备用电源未出现频繁切换故障。
5 结束语
电源切换控制系统 篇5
天地(常州)自动化股份有限公司研制推出的KDQ1140矿用隔爆型双电源切换控制箱是一种具有自动切换、手动切换功能的双电源切换装置。设备正常工作时,主电源为外部负载供电,辅助电源处于备用状态, 当主电源断电时自动切换辅助电源供电,从而实现2路电源之间的自动切换,自动切换时间小于60ms;同时可手动实现2路电源之间的切换,为负载提供稳定、可靠的电源。
该控制箱的2路输入电压分别取自不同馈电开关,可接入AC127,660,1 140V电压等级。控制箱输出电压为AC127V,输出端有4个喇叭嘴,在总输出电流不超过4A的情况下,最多可以带4路负载,为其他矿用交流设备供电。控制箱具有输出断开和输出上电功能,当后级设备需要维护或更换时,可以通过按键将控制箱的输出断开,维护完毕后通过按键实现上电,操作方便。通过观察窗可以直观地显示输入状态、输出状态以及当前主电源和辅助电源供电状态,方便用户查看。控制箱具有短路保护、过载保护、漏电保护功能, 当发生故障时自动切换至另一路电源,如果仍有故障,2路电源全部断开,以保护后级设备的安全,解除故障后只需按下上电按钮即可恢复供电。
电源切换控制系统 篇6
广州蓄能水电厂装有8台300 MW的可逆式机组, 是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电厂之一。其机组具有容量大、响应速度快、无功调节范围大、工况转换快等优点, 在广东电网乃至南方电网发挥着重要的调峰填谷作用。广蓄电厂厂用直流系统采用双母线设计, 母线之间设有手动联络开关。直流系统的重要负荷均引入双母线的直流电源, 经二极管切换回路后接入控制盘柜等设备。该类型的双电源切换回路在行业内广泛应用, 设计简单, 可靠性高。但二极管切换装置本身的特点使得直流系统双母线无法完全独立, 存在一定运行风险, 给设备运行维护带来一定的不便。
1 二极管切换双电源回路的配置方式
某一控制盘柜采用的二极管切换双电源回路如图1所示。该盘柜分别从直流系统两段母线各取一路电源, 经过二极管并联在一起, 利用二极管的“正向导通、反向隔断”特性, 实现两路直流电源的无扰切换。二极管采用SIMEKRON大电流二极管, 压降低, 通流能力强, 可靠性高。设备盘柜内引入的两路直流电源均安装微型开关, 配置过流和热偶保护。设备盘柜内的微型开关与直流母线配电盘内的分配开关相互配合, 并与母线开关形成级联保护。
2 二极管切换回路的特点
2.1 优点
广蓄电厂控制盘柜中直流回路大量使用二极管切换的馈线电源回路, 目的是提升设备的电源可靠性, 增强冗余度, 防止单一电源回路故障时控制设备电源中断。在直流两段母线电压均等时, 二极管切换回路能平均分配负荷至两段母线;当其中一段母线故障时, 二极管能自动将负荷转移至另一端母线, 切换快速。同时, 采用二极管作为双路电源无扰切换元件, 原理简单, 元件可靠性高, 成本较低, 维护工作量少。在设备多年的运行过程中, 二极管切换回路未出现任何故障, 充分体现了二极管切换回路的优点。
2.2 隐患
(1) 两段母线异极接地时, 负荷端产生过电压, 如图2所示。两段母线的电压分别为220V, 当一段母线负极接地, 二段母线正极接地时, 二极管切换回路下端的负荷侧将产生最高两倍的过电压, 将对负荷侧的设备造成致命的损坏。
该情形在实际运行中较为罕见, 但可能会在直流电缆被外物压伤受损时出现。也可能在一段母线出现直流接地故障后因未及时消除故障, 又刚好出现另一段母线另外一极接地, 导致该后果。一旦出现该情形, 将可能导致控制元件损坏, 甚至造成保护误动拒动, 后果严重。某电厂在调试和试运行期间曾多次发生此故障, 负荷端直流最高电压升至1.7倍额定电压, 烧损了部分控制元件及电源装置。
(2) 两段母线异极短路时, 负荷端产生过电压, 如图3所示。两段母线的电压分别为220V, 当一段母线正极与二段母线负极短路时, 二极管切换回路下端的负荷侧也将产生最高两倍的过电压, 将对负荷侧的设备造成致命的损坏。该情形可能在电缆绝缘损伤, 或者人为误碰导致两段母线异极短路时出现。
(3) 同一段两个二极管损坏, 容易损坏蓄电池, 如图4所示。当一段母线正负极二极管均击穿, 一段电压又比二段电压低时, 二段向一段充电, 由于电池内阻很小, 将会产生大电流, 容易损坏蓄电池。但当直流系统母线至直流配电柜之间配置有降压链或者保护二极管时, 不会出现该情况。
(4) 一点接地时, 二极管切换回路影响接地故障查找。负荷端出现正极接地后, 由于正负极之间有漏电流, 与正常不接地时产生的漏电流相差不大, 影响接地查找仪判断, 造成接地故障难以查找消除。在实际运行维护中发现, 当直流系统单极出现非直接接地时, 由于二极管切换回路的存在, 两段母线均出现绝缘低报警, 接地查找仪测得的各回路接地电流相差不大, 很难查找到准确接地点。直到接地故障加剧, 直流母线单极电压降低较多时方可查找到接地点。
3 风险控制及改造建议
(1) 设备改造前, 从运行维护角度控制设备运行风险。
在对设备改造前, 应加强设备的运行维护, 做好设备的定检维护工作, 确保二极管元件的可靠安全。同时运行维护人员应做好设备监盘, 管控检修维护作业风险, 防止设备出现异极接地或者异极短路的异常情况, 避免直流系统出现过电压或者环流等严重故障。在单极接地故障时, 应尽快查找接地点, 消除接地故障。接地故障的查找可通过拉路停电排查等各种手段判定故障点, 提高故障处理的效率。
(2) 减少二极管切换回路的使用, 降低设备运行风险。
对电源冗余度要求不高的控制设备, 可考虑将双电源改造为单电源, 减少二极管切换回路在直流系统中的使用, 以达到降低设备风险的目的。
(3) 使用新型双电源切换装置替代二极管切换回路, 彻底消除设备隐患。
为消除二极管切换回路的隐患, 满足重要控制设备对直流电源的冗余需求, 市场出现了各种新型的双电源切换装置。该类型装置主要通过DC/AC隔离变换器对双路电源隔离后并联输出, 既实现了双路电源的无缝切换, 又确保了双路电源的完全独立。图5为某一型号双电源切换装置的原理图, J1、J2为互为闭锁的接触器, 正常时DC1回路通过J1供电至输出端, 两路母线的DC/AC隔离变换器均不带负荷。当DC1出现电源故障时, J1自动断开, J2自动合上, 在切换过程中由DC2回路的DC/AC隔离变换器带负荷, 实现了直流电源的无缝切换。
使用新型双电源切换装置对二极管切换回路进行改造, 可以实现直流系统双母线的完全独立, 消除二极管切换回路带来的设备风险。但由于电源切换装置的改造将造成设备短时停电, 需要谨慎实施。
摘要：介绍二极管切换双电源回路的优点和缺陷, 并提出风险控制及改造建议。
关键词：二极管切换,双电源回路,直流系统
参考文献
[1]赵春香.直流馈线电源采用二极管切换的接地故障分析[J].中国新技术新产品, 2011, (20) :107
[2]沈凯巍, 周兆刚, 张辅纯.直流双电源切换装置在机组热工直流电源中的应用[J].电工技术, 2013, (3) :61-62
智能型双电源自动切换开关 篇7
随着社会的发展,时代的进步,人们对工业自动化、智能化、网络化程度要求的进一步提高,传统的普通型双电源自动切换开关,因其结构简单,功能单一,智能化程度不高,已越来越不能满足现代市场的需求了,目前市场上的普通型双电源自动切换开关,在功能上主要存在以下几方面缺陷[1]:
(1)控制系统不具备对不同使用场合、不同控制要求的供用电设备进行自动供电控制的功能。(2)功能模块化不够、工作柔性化差。(3)无缺相、失压、过压、短路、过载、超频保护等功能。(4)无通信功能,无法使控制器的运行可被远程操控。(5)采用继电器逻辑控制电路,元器件和电路的故障率高。(6)无智能化功能,不能满足智能网络需求。
表1是普通型产品于智能型产品的技术参数对比表。
从表1可以看出,普通型与智能型在功能上存在较大的差异,普通型产品的使用范围远不如智能型产品,因此,大力发展智能型双电源自动切换开关既是市场的需求,也是技术发展的必然趋势[2,3,4]。
2 智能型双电源自动切换开关的主要功能
1)测量与显示:集合了电量变送器、数显表、数据采集器等仪器的部分或全部功能。测量功能包括:两路三相相电压、频率。同时,检测转换开关的状态量(合闸、分闸、脱扣)等。采用LCD液晶大屏幕中文显示。完备的中文操作提示使操作更方便。
2)判断与控制:控制器对两路电的供电质量进行延时判断后,具有自动切换时间可调l~60 s,输出20 A无源触点,控制转换开关切换。转换开关可以是两个机械联锁的接触器,电动空开,也可以是专业的ATS(如SOCOMEC)。
3)通信功能:控制器同时具有RS232C、RS485串行通信接口,应用通信规约,借助于PC或数据采集系统上运行的软件,能提供一个简单实用的对工厂、电信、工业和民用建筑物双电源切换管理方案。实现双电源切换的“遥控、遥测、遥调、遥信”四遥功能。产品可远距离控制消防信号输出。
4)编程与设置:允许用户在现场或监控中心对其工作状态“自动/手动”、“一路优先供电、二路优先供电和无优先供电”、通信参数、转换需要的各种延时等参数进行更改设定。同时记忆在内部Flash存储器内,在系统掉电时也不会丢失。在现场或监控中心设定油机启动、报警输出等功能。
5)时钟功能:控制器具有实时时钟,并可进行校准。
6)优化的电源设计:控制器的供电电源可以外接直流供电(12~24 V),也可以不接;不接时,当两路A相电压都没有时,工作将失效。
7)数字化的参数整定:控制器的所有参数均采用数字化调整,摈弃常规采用电位器的模拟调整方法,简化了硬件电路,提高了整机的可靠性和稳定性,每个参数均可以单独调整,不会对其他参数造成影响。
8)双电源供电双分状态:系统负载于双分状态的时候,不论两组电源是否正常以及系统“手动”和“自动”的预置状态,系统都仍然保持双分状态。
9)产品保护功能:过负荷和短路保护;断相、断路保护;失压、欠压保护,保护精度高。
10)高性能单片机程序控制,采用模块化结构设计,具有极强的抗电磁干扰能力,适合在强电磁干扰的复杂环境中使用,无噪声运行。嵌入式安装方式,结构紧凑,安装方便。
3 智能型双电源自动切换开关的结构特点和工作原理
智能型自动转换开关主要由以下几部分组成:智能控制器、机械联锁传动机构、电动机、断路器、输入输出接线端子等组成。智能型自动转换开关及双电源开关控制器原理图见图1和图2。
工作原理:控制器对两路电压/电流同时进行检测,对高于额定值(可调)的电源电压/电流判为过电压/电流,对低于额定值(可调)的判为欠电压/电流。微机控制电路对上述检测结果进行逻辑判断,处理结果通过延时(可调)电路驱动相应的指令向电动操动机构发出分闸或合闸指令。
上述检测结果可在智能自动控制器面板LCD显示屏上显示出来,也可以同时通过485串口与计算机相连,采用软件控制,供用户查找原因,以便用户在最短时间里修复线路,使双电源供电恢复原状态。
硬件设计:智能型自动转换开关是由装置本体和智能自动控制器两大部分组成。开关本体由两台带有电动操动机构的断路器及附件(辅助报警触头等)、机械联锁机构、电器联锁、熔断器、接线端子等组成,所有零部件安装在一块金属板上。智能控制器由新型的单片机及输入输出、LCD显示、电源、485通信等诸多模块组成。
上述两者之间通过专用的航空插头接口和专用的长度不超2 m的屏蔽电缆相连接,组成智能控制系统,智能系统控制电源电压为220 V(50/60 Hz)或12/24 V直流电源。产品具有机械、电气双重连锁保护功能,为供电提供了安全可靠的保证。产品可完成三相三线、三相四线的双电源供电的自动切换。电气原理图如图1所示。MCU选择带4路10位A/D的89C591单片机,输入/输出用串行接口芯片74LS164/165,液晶模块用LCM 122×32,串行通信接口采用485芯片,控制器的实时时钟用DS1302芯片实现,内部Flash存储器为AT24C04,两路三相电压电流的采样采用隔离变压器完成。采样精度达1%。发电机启动信号为无源触点,消防信号为24 V DC/220 V AC/380 V AC。
软件设计:智能型自动转换开关系统软件分通信软件和单片机程序两部分。通信软件用VC++编写,采用结构化、模块化编程方法,由人机界面、数据库、通信等模块组成。单片机程序采用模块化编程方法,用Keil C编程完成。程序由测量与显示程序、小波变换滤波程序、判断与控制程序、按键设置程序、参数整定程序、通信控制程序、油机启动程序、看门狗保护程序等部分组成。
智能型自动转换开关采用单片机作为控制芯片,在工业环境中,不可避免地会遇到电源波动、电磁波辐射等干扰,如果单片机出现死机、程序跑飞等非正常情况就会造成控制器不工作或者误工作。因此,除了必须在电路上做抗干扰的措施以外,单片机型号的选取和一些软件措施也是必要的。经比较得知,P89C591的抗干扰能力较强,其硬件看门狗WDT也提高了系统抗干扰的能力。WDT由一个l4 bit计数器和看门狗定时器复位寄存器WDTRST组成。WDT在复位时是无效的。为了使能WDT,用户必须对WDTRST(位置0A6H)顺序写入01EH和0El H。当WDT使能,振荡器在运行的每个机器周期,将它加1,除复位(硬件复位或WDT溢出复位)外没有别的办法使WDT失效。当WDT溢出,在Rs T管脚输出一个高电平复位脉冲。这样,就可以保证万一程序跑飞或死机,单片机能马上复位,重新开始运行、监测两路电源状态。
4 结语
新一代智能型双电源自动切换开关具有传统普通型产品不可比拟的诸多优点:产品集数字化、智能化、网络化于一体,测量及控制过程实现自动化,减少人为操作失误,真正实现机电一体化的自动转换开关,具有电压检测、频率检测、通信接口、消防接口、电气机械互锁等功能,可实现自动、电动远程、紧急手动控制,确保主、备二路电源不会同时接通。结构紧凑、外形美观、操作安全可靠、体积小、安装方便、功能全、控制回路与装置通过专用电缆连接、电路先进,可广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁通、市政、智能大厦等行业及部门的电气装置、自动控制和调试系统,发展前景光明。
参考文献
[1]IEC60947-6-1:2005低压开关设备和控制设备:第6部分第1篇自动转换开关电器[S].
[2]GB/T14048.1-2006低压开关设备和控制设备第1部分:总则[S].
[3]GB/T14048.2-2006低压开关设备和控制设备第2部分:断路器[S].
电源切换控制系统 篇8
长期以来, 为提高工业企业的供电连续性, 人们广泛采用备用电源自投装置。传统的备自投装置立足于三个启动条件:①工作回路“无流” (工作电源已断开) ;②负荷母线“无压” (负荷母线电压低于限制值或为零) ;③备用回路“有压” (备用电源电压正常) 。①、②两个启动条件决定了负荷母线的“失压”时间相对较长, 母线上的电动机已经停转或剩余转速已经很低。这对于连续运转要求不高的工艺设备是允许的, 特别是辅以电动机的成组自启动, 传统备自投装置能够缩短供电的恢复时间, 且能提高供电系统的自动化水平。但对于那些连续运转要求高的工艺设备, 中断供电可能导致大量产品报废或装置停运, 恢复开车过程又很长, 传统备自投显然不能适应。
随着科学技术的进步, 快速断路器 (分、合闸时间小于100 ms) 已广泛使用, 监视电源初相角的手段也日臻完善, 奠定了备用电源快速切换的物质基础。国内外生产厂家纷纷推出自己的产品, 众多的用户也越来越有兴趣使用这种装置。
2 备用电源快速切换装置工作原理
为了合理地使用备用电源快速切换装置, 不妨以单母线分段主接线为例 (见图1) , 对备用电源快速切换的原理进行简要的介绍。系统的初始工作状态为两回路电源同时供电, 两分段母线分列运行 (QF1、QF2为闭合状态, QF0为分闸状态) 。当电源1 (以后称工作电源) 因故失电, 或断路器QF1误跳闸, Ⅰ段母线 (以后称负荷母线) 失去电源, 负荷母线上的电动机群由于机械惯性的作用, 转速由额定值逐步下降, 转子电流磁场在定子绕组中反向感应电势, 形成反馈电压, 此电压称为母线残压undefinedd。随着时间的推移, 母线残压的幅值和相位随着电机转速的变化而变化。在此变化期间, 如果分段断路器 (QF0) 快速合闸, 电源2 (以后称备用电源) 向原负荷母线供电, 备用电源电压undefineds2与母线残压undefinedd相量叠加, 两者的相量差为Δundefined, 以失电前的工作电源电压undefineds1为参考相量 (相角为0°) , 则各电压相量的关系见极坐标图2。
为了便于分析, 先假设工作电源电压 (undefineds1) 与备用电源电压 (undefineds2) 同相位, 并将负荷母线上的电动机群等效为单台电动机, 同时忽略电动机的绕组电阻和励磁阻抗等, 以等值电势undefinedd和等值电抗Xm代表电动机, 以等值电势undefineds和等值电抗Xs代表电源, 则图3所示的等值电路可作为备用电源系统与负荷母线上电动机群的暂态分析模型。
QF0合闸后, 电动机绕组上承受的电压为:
undefined
令:undefined则Um=K·ΔU
为电动机的安全起见, 电动机绕组上承受的电压应小于电动机起动时的允许电压, 其值为电机额定电压 (UDe) 的1.1倍。即:
undefined
即ΔU/UDe<1.1/K (电机正常工作时UDe=Us)
假设Xs/Xm=1/2, 则K=0.67, 此时电压差幅值占电源电压幅值的比值Δu%<1.64。
在图2的极坐标上, 以A点为圆心, 以1.64为半径绘出弧线A'-A'', 弧线A'-A''右侧的区域为备用电源允许投入的安全区域, 左侧为不安全区域。理论上, K值在0～1之间变化, K值越大, 弧线越向右移, 安全区域越小。从图2看出, 负荷母线失压后, 残压母线由A点向B点方向移动, 如能在A-B弧段内投入备用电源, 则既能保证电动机不会出现过电压, 又不使电动机转速下降太多, 在此区域内的电源切换, 就是所谓的快速切换。
延时至C点以后的切换及第一次同相切换 (残压相量旋转360°) 和低电压检定切换 (残压下降到20%～40%额定电压) 都属于慢速切换。慢速切换时, 一般电动机已由于低电压保护动作而跳闸停机, 这种情况不在本文的讨论范畴。
3 备用电源快速切换的不确定因素
从备用电源快速切换装置的工作原理, 不难看出所谓的快速切换存在以下几个不确定因素。
(1) 快速切换的成功率存在不确定性。
在前面的原理分析过程中, 使用过两个假设条件, 一是备用电源电压与工作电源电压同相位, 二是电源等值电抗Xs与电动机等值电抗Xm之比为某一固定常数 (例如Xs/Xm=1/2) 。但实际工程中这两个条件都不一定成立。对于前者来说, 为了确保两路电源不会同时消失, 一般要求工作电源和备用电源是相互独立的, 既然它们相互独立, 就很难保证它们同相位, 如果备用电源电压相量与工作电源电压相量存在一个超前的初始的相位角 (θ0) 则快速切换的安全区域就要减小甚至会消失。对于后者来说, Xm值是随着负荷母线上运行电动机的数量增减而变化, 也即K值在0～1的范围内变化, 快速切换的安全区域也随之变化。除此之外, 电动机负载性质不同, 其转动惯量也不同, 母线上的残压的衰减规律也相应变化, 即极坐标中残压螺旋线也不是一成不变的。上述三者的不确定, 导致了快速切换的成功率存在着不确定性, 而这不管是基于捕捉同期点准则还是捕捉电动机耐受电压点准则, 都有这样的问题存在。
(2) 快速切换时备用电源的稳定与安全存在不确定性。
此问题包含两个方面, 一方面是备用电源侧变压器富余容量是否足够, 如果变压器容量不够大, 一旦备用电源投入成功, 负荷母线与备用母线上的负荷之和超出变压器的负荷能力, 则会影响备用变压器的正常工作。另一方面, 备用电源投入时, 负荷母线上的电动机群同时再加速, 再加速冲击电流对备用电源的保护电器会产生较大的影响。如果继电保护整定值没有考虑躲过这一冲击电流, 则可能导致保护动作, 备用电源跳闸, 反而扩大了停电范围。
(3) 快速切换时电动机的安全存在不确定性。
尽管快速切换的重要判据之一是捕捉电动机耐受电压点准则, 但在负荷母线上电动机数量较多的场所, 各类电动机的参数和驱动机械的惯量特性存在着差异, 因而合成母线残压特性曲线与分类的电动机的残压特性曲线差异较大, 按母线残压曲线为基准确定的快切投入点, 并不能确保每类电动机都是安全的, 仍然存在某台或某几台电动机因过压而损坏的风险。
(4) 快速切换时两回电源间是否出现环流存在不确定性。
为了能在极窄的安全区域内完成切换, 快切装置一般采用同时切换 (另两种切换方式为相继切换-串联切换和搭接切换-并联切换) , 所谓同时切换, 就是切换命令同时发给负荷母线进线断路器 (QF1) 和接入备用电源的母联断路器 (QF0) , 正常情况下, 断路器的分闸快于断路器的合闸, 即QF1先分闸, QF0后合闸, 不会有两回电源并联并出现环流的情况, 但断路器分、合闸时间差距不大, 如真空断路器分合闸时间差只有10～30 ms。在工程实际中考虑到断路器分、合闸机构机械特性的分散性, 同时, 断路器多次分、合动作机械变形等因素的影响, 并不能保证同时接到命令的两个断路器一定是先分后合, 特别是当进线断路器万一出现分闸拒动, 则两路电源有可能并联, 并出现环流。环流的大小取决于两个电源的相量差和环路内的阻抗, 如果环流过大, 会使备用电源的过流保护动作, 同样会扩大停电范围, 严重时环流甚至可能会超出断路器的遮断容量而损坏断路器。
4 结 语
由于有上述几种不确定因素的存在, 备用电源快速切换装置的使用也是有利有弊的。笔者认为:除非用电负荷对短时中断供电特别敏感, 短时停电也会使工艺生产停顿且造成不可避免的重大损失, 才有必要采用备用电源快速切换装置, 否则应采取慎重的态度。在使用该装置时, 还要注重对电源条件的调查, 加强对用电负荷特性、电力系统继电保护整定的研究, 尽量提高快速切换投入的成功率并降低停电范围扩大或电机损坏的风险。
参考文献