專利名稱：直流雙電源智能無縫切換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直流雙電源智能無縫切換裝置。
背景技術(shù)：
隨電力工業(yè)的發(fā)展，對直流設(shè)備(變電站的直流操作電源等)的要求也越來越高， 特別是為了保證運行的安全性和可靠性，現(xiàn)在基本都要求采用直流電源設(shè)備雙電源方案。目前廣泛采用的直流電源設(shè)備的雙電源運行方式為當一套裝置故障時，將它所帶的負載人工切換到另一套裝置。這種切換方式雖然一定程度提高了直流電源設(shè)備運行的可靠性，但切換過程中會造成被切換裝置的負載供電中斷，直接影響到電力系統(tǒng)的安全可靠運行?，F(xiàn)有常見的220kV變電站多采用單母線分段，兩組蓄電池，兩組充電裝置的接線方式，直流母線采用分段運行方式，并在兩段直流母線之間配置聯(lián)絡(luò)斷路器或隔離開關(guān)。 正常運行時斷路器和隔離開關(guān)處于斷開位置。每段母線應(yīng)分別用一組獨立的蓄電池供電， 蓄電池和對它充電的充電裝置應(yīng)接在同一段母線上。每一臺充電裝置都配有獨立的微機監(jiān)控裝置，每段直流輸出母線都配有一套微機絕緣監(jiān)察裝置，對每一回動力、控制輸出回路的輸出電壓、+對地、一對地的絕緣電阻、對地電壓進行時時監(jiān)測和顯示。每組蓄電池均裝有蓄電池巡檢儀(或蓄電池在線監(jiān)測儀)并通過RS485通信，將每一只蓄電池的電壓、溫度、壓差等傳入微機監(jiān)控裝置，顯示或控制(如壓差超標報警等)，兩套裝置互為備用。正常運行時，每一套直流操作電源各自供電給負載，當其中一套操作電源發(fā)生故障、檢修或作蓄電池容量核對性試驗時，需將所帶負載轉(zhuǎn)移至正常運行的操作電源上，目前均采用人工手動切換。顯然，當操作電源在失壓、欠壓時，手動切換過程中將使母線電源中斷，造成母線上所接的繼電保護、自動化裝置和斷路器分合閘電源短時斷電，將直接影響到電力系統(tǒng)的安全可靠運行。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的是提供了一種直流雙電源智能無縫切換裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)無縫隙切換，確保直流操作電源安全可靠地不間斷的運行。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的該直流雙電源智能無縫切換裝置，包括主控制器；檢測單元I，接入I段直流母線的輸入電源回路，用于檢測輸入I段直流母線的電流和電壓的實時狀態(tài)，并將檢測結(jié)果反饋至主控制器；檢測單元II，接入II段直流母線的輸入電源回路，用于檢測輸入11段直流母線的電流和電壓的實時狀態(tài)，并將檢測結(jié)果反饋至主控制器；正極輔助切換裝置，用于連接I段直流母線和II段直流母線的正極，常態(tài)下處于斷開狀態(tài)，母線狀態(tài)異常時(失壓或欠壓)，加在正極輔助切換裝置兩端的電壓差達整定值時，正極輔助切換裝置瞬時迅速觸發(fā)導通，將I段直流母線和II段直流母線的正極連接；負極輔助切換裝置，用于連接I段直流母線和II段直流母線的負極，常態(tài)下處于斷開狀態(tài)，母線狀態(tài)異常時(失壓或欠壓)，加在負極輔助切換裝置兩端的電壓差達整定值時，負極輔助切換裝置瞬時迅速觸發(fā)導通I段直流母線和II段直流母線的負極連接；正極母聯(lián)接觸器和負極母聯(lián)接觸器，根據(jù)主控制器的合閘指令，在正極輔助切換裝置和負極輔助切換裝置動作后，分別合閘使I段和II段直流母線直接并聯(lián)，同時因加在正、負極輔助切換裝置兩端電壓差為0，正、負極輔助切換裝置自動退出運行。進一步，所述裝置還包括監(jiān)控觸摸屏，所訴觸摸屏與主控制器相聯(lián)接；進一步，在檢測單元I與I段直流母線之間這一段輸入電源回路上，設(shè)置有直流電源輸入空開QF1，QFl為手動控制開關(guān)或通過主控制器電控的開關(guān)；進一步，在檢測單元II與II段直流母線之間這一段輸入電源回路上，設(shè)置有直流電源輸入空開QF2，QF2為手動控制開關(guān)或通過主控制器電控的開關(guān)；進一步，在直流電源輸入空開QFl的正極至I段直流母線的正極間串聯(lián)有逆止二極管Dl ；進一步，在直流電源輸入空開QF2的正極至II段直流母線的正極間串聯(lián)有逆止二極管D2 ；進一步，所訴主控制器為PLC或單片機。本實用新型的有益效果是本裝置采用了全新的設(shè)計思路，完全達到了直流雙電源智能切換，可確保在當一套直流電源欠壓、過壓及失電時可將故障電源所帶負載無縫隙(0秒)自動切換到正常電源裝置。從而確保直流操作電源安全可靠地不間斷的運行。本實用新型的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實現(xiàn)和獲得。

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中圖1為本實用新型的系統(tǒng)原理示意圖；圖2為直流雙電源智能無縫切換裝置試驗接線原理圖。
具體實施方式
以下將參照附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應(yīng)當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本實用新型，而不是為了限制本實用新型的保護范圍。如圖1所示，本實用新型的直流雙電源智能無縫切換裝置，包括(1)主控制器，本實施例中，模擬量的采集和開關(guān)量的采集均使用西門子公司的S7-200系列的PLC，系統(tǒng)工作可靠，抗干擾能力強；(2 )接入I段直流母線的輸入電源回路的檢測單元I，用于檢測輸入 I段直流母線的電流和電壓的實時狀態(tài)，并將檢測結(jié)果反饋至主控制器；接入II段直流母線的輸入電源回路的檢測單元II，用于檢測輸入II段直流母線的電流和電壓的實時狀態(tài)， 并將檢測結(jié)果反饋至主控制器；(4)連接I段直流母線和II段直流母線正極的正極輔助切換裝置，其在常態(tài)下處于斷開狀態(tài)，母線狀態(tài)異常時，迅速觸發(fā)導通I段直流母線和II段直流母線的正極；(5)連接I段直流母線和II段直流母線負極的負極輔助切換裝置，其在常態(tài)下處于斷開狀態(tài)，母線狀態(tài)異常時，迅速觸發(fā)導通I段直流母線和II段直流母線的負極； (6)正極母聯(lián)接觸器Kl和負極母聯(lián)接觸器K2 根據(jù)主控制器的合閘指令，在正極輔助切換裝置和負極輔助切換裝置動作后，分別合閘使I段和II段直流母線直接并聯(lián)。另外，在檢測單元I與I段直流母線之間這一段輸入電源回路上，設(shè)置有直流電源輸入空開QF1，QFl為手動控制開關(guān)或通過主控制器電控的開關(guān)。同時，在檢測單元II與 II段直流母線之間這一段輸入電源回路上，設(shè)置有直流電源輸入空開QF2，QF2為手動控制開關(guān)或通過主控制器電控的開關(guān)。作為進一步的改進，為了能夠更為直觀地對裝置進行操控，本裝置還包括監(jiān)控觸摸屏，所訴觸摸屏與主控制器相聯(lián)接。監(jiān)控觸摸屏采用7英寸彩色液晶觸摸屏。主界面直接顯示直流智能切換裝置的一次運行系統(tǒng)圖，直觀的顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，各工作點的電壓、 電流等和各種開關(guān)的工作狀態(tài)等。作為進一步的改進，在直流電源輸入空開QFl的正極至I段直流母線的正極間串聯(lián)有隔離用的逆止二極管Dl ；同時，在直流電源輸入空開QF2的正極至II段直流母線的正極間串聯(lián)有隔離用的逆止二極管D2。以下將針對本實用新型在其中一路直流發(fā)生異常情況時的動作情況進行說明一、當1路直流發(fā)生失壓、欠壓時的切換原理①當1路直流發(fā)生失壓、欠壓達到整定值時，接在兩段母線間輔助切換裝的兩端出現(xiàn)電壓差，輔助切換裝置立即導通，分別將I段直流母線的正、負母線與II段直流母線的正、負母線連通，將I段直流母線所帶負載無縫轉(zhuǎn)移到II段直流母線，同時PLC發(fā)出母聯(lián)直流接觸器K1、K2合閘指令經(jīng)< 40ms后K1、K2主觸頭接通，I段和II段直流母線直接并聯(lián)(即由II段母線以合格電壓供給I段母線上的負載)，同時由于直流接觸器合閘后，輔助切換裝置兩端電壓差為0，輔助切換裝置自動退出運行。因1路直流電源輸入空開QFl正極至直流正極母線間串有逆止二極管D1，因此在切換過程和切換后，因I段直流母線電壓由II段母供正常電壓時逆止二極管Dl始終處于截止工作狀態(tài)，它將隔離1路直流輸入電源的故障電壓輸入至I段直流母線。因此，切換過程和切換后均可不斷開QFl。②1路直流電源恢復正常供電的切換原理當PLC檢測單元檢測到I段直流電源恢復正常供電達整定值時，PLC發(fā)出直流斷路器的分閘指令使直流接觸器K1、K2分閘，此時，雙電源恢復正常工作狀態(tài)。在切換過程PLC將發(fā)出對應(yīng)的聲光信號指示和監(jiān)控觸摸屏顯示的一次回路圖上的開關(guān)位置，各段母線的電壓、電流等有相應(yīng)的顯示。二、當I段直流電源發(fā)生過壓時的切換原理①當I段直流電源發(fā)生過壓PLC檢測到過壓信號達整定值時，PLC發(fā)出過聲光信號和直流斷路器QFl的跳閘指令，使QFl跳閘。此時，電路工作和切換過程與失壓和欠壓切換過程相同(在此不在重復上述過程)。[0041]②當I段直流電源過壓消除PLC檢測到過壓信號達到正常電壓整定值時，PLC發(fā)出直流斷路器QFl合閘指令使QFl合閘和發(fā)出直流斷路器的分閘指令使直流接觸器K1、K2 分閘，此時，雙電源恢復正常工作狀態(tài)。在切換過程PLC將發(fā)出對應(yīng)的聲光信號指示和監(jiān)控觸摸屏顯示的一次回路圖上的開關(guān)位置，各段母線的電壓、電流等有相應(yīng)的顯示。3)當2路直流電源發(fā)生失壓、欠壓、過壓的切換原理與上述相同(不再重復上述過程)。本實用新型的技術(shù)特點包括(1)本裝置采用直流隔離技術(shù)，在切換過程中不會影響兩路直流的正常運行狀態(tài)；(2)本裝置PLC采用西門子S-200系列控制器，編程簡單靈活、可靠性高，具有自動啟動功能。通過PLC和瞬時觸發(fā)模塊(輔助切換裝置)相配合，實現(xiàn)了各母線之間的快速切換，徹底解決了以往設(shè)備切換過程中的斷電問題。使系統(tǒng)在任何工作條件下，均可以實現(xiàn)母線間的無間斷切換；(3)使用兩路輸入、一路輸出的DC/DC-220V /24V的電源做控制工作電源，只要有一路直流電源正常，PLC及其它控制設(shè)備即可正常工作；(4)為了實現(xiàn)本設(shè)備在任何狀態(tài)下的供電可靠性，電路的控制方式和PLC的使用均采用負邏輯，實現(xiàn)整套設(shè)備在任何故障時，均不影響各母線的供電；( 5 )各種運行數(shù)據(jù)，各開關(guān)的工作狀態(tài)，均可以通過上位機通訊接口上送，實現(xiàn)“四遙”功能。上位機接口兩個RS232接口和RS485接口。通訊協(xié)議CDT、M0DBUS、DL/T680(IEC61850)。(6)直流接觸器主要電力器件采用進口直流接觸器，持續(xù)導通電流為500A (在 320VDC時，最大斷開電流為2000A)；(7)輸入、輸出回路的空氣斷路器采用直流專用名牌開關(guān)；(8)雙電源輔助轉(zhuǎn)換裝置采用大功率進口器件；(9)本裝置屏面上，每一套直流電源均裝有0. 5級數(shù)字式電流表和0. 2級數(shù)字式電壓表，可方便地觀測每一套直流電源的輸入電流和母線輸出電壓；(10)組屏方便。試驗方法及試驗結(jié)論為確?！吨绷麟p電源智能無縫切換裝置》的功能，其試驗的關(guān)鍵技術(shù)是檢測在切換過程中的無縫(0秒)切換功能。試驗方法如下1)常規(guī)的電氣性能檢查外觀檢查、絕緣電阻、抗電強度、工頻耐壓試驗、爬電距離和電氣間隙檢查，遙信和遙測檢查等。2)用存貯示波器(0 20MHz)分別測試當失壓、欠壓、過壓、故障消除自動恢復等四種情況下的1路電源和2路電源直流母線之間切換的波形是否達到智能無縫切換的效3)試驗電路原理圖(見圖2)[0063]用直流可調(diào)電源調(diào)節(jié)1路輸入電壓至欠壓整定值、斷開1路直流電源輸入空開QFl (模擬失壓)和調(diào)節(jié)1路輸入電壓至欠壓或過壓至整定值，用可調(diào)直流負載箱對1路母線加負載電流(20%、50%、100%負載額定電流)，切換裝置均能準確切換，切換過程中用存儲示波器測試1路直流母線電壓的波形圖。試驗結(jié)論切換過程的母線電壓波形圖完全連續(xù)，切換時間最長時間為128ms，切換電壓變化等完全達到電氣性能指標和智能無縫切換的要求。2路試驗方法與1路相同(在此不再重復敘述)。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.直流雙電源智能無縫切換裝置，其特征在于所述裝置包括主控制器；檢測單元I，接入I段直流母線的輸入電源回路，用于檢測輸入I段直流母線的電流和電壓的實時狀態(tài)，并將檢測結(jié)果反饋至主控制器；檢測單元II，接入II段直流母線的輸入電源回路，用于檢測輸入11段直流母線的電流和電壓的實時狀態(tài)，并將檢測結(jié)果反饋至主控制器；正極輔助切換裝置，用于連接I段直流母線和II段直流母線的正極，常態(tài)下處于斷開狀態(tài)，母線狀態(tài)異常時，迅速觸發(fā)導通I段直流母線和II段直流母線的正極；負極輔助切換裝置，用于連接I段直流母線和II段直流母線的負極，常態(tài)下處于斷開狀態(tài)，母線狀態(tài)異常時，迅速觸發(fā)導通I段直流母線和II段直流母線的負極；正極母聯(lián)接觸器(Kl)和負極母聯(lián)接觸器(K2)，根據(jù)主控制器的合間指令，在正極輔助切換裝置和負極輔助切換裝置動作后，分別合閘使I段和II段直流母線直接并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流雙電源智能無縫切換裝置，其特征在于所述裝置還包括監(jiān)控觸摸屏，所訴觸摸屏與主控制器相聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流雙電源智能無縫切換裝置，其特征在于在檢測單元I與I段直流母線之間這一段輸入電源回路上，設(shè)置有直流電源輸入空開(QF1)，(QFl) 為手動控制開關(guān)或通過主控制器電控的開關(guān)。
4 .根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流雙電源智能無縫切換裝置，其特征在于在檢測單元II與II段直流母線之間這一段輸入電源回路上，設(shè)置有直流電源輸入空開(QF2)，(QF2) 為手動控制開關(guān)或通過主控制器電控的開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流雙電源智能無縫切換裝置，其特征在于在直流電源輸入空開(QFl)的正極至I段直流母線的正極間串聯(lián)有逆止二極管(D1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流雙電源智能無縫切換裝置，其特征在于在直流電源輸入空開(QF2)的正極至II段直流母線的正極間串聯(lián)有逆止二極管(D2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流雙電源智能無縫切換裝置，其特征在于所訴主控制器為PLC或單片機。
專利摘要本實用新型公開了一種直流雙電源智能無縫切換裝置，包括主控制器、檢測單元I、檢測單元II、正極輔助切換裝置、負極輔助切換裝置、正極母聯(lián)接觸器K1和負極母聯(lián)接觸器K2，本實用新型采取了全新的設(shè)計思路，完全達到了直流雙電源智能切換，可確保在當一套直流電源欠壓、過壓及失電時可將故障電源所帶負載無縫隙(0秒)自動切換到正常電源裝置。以確保直流操作電源安全可靠地不間斷的運行。
文檔編號H02J9/06GK202333963SQ201120466678
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者房兆源, 趙應(yīng)春, 鄧渝生 申請人:重慶市電力公司檢修分公司