一種供電電源切換裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種供電電源切換裝置，包括模擬輸入電路、互感器隔離電路、過零比較電路、32位中央處理器、開關量信號輸入電路、光電隔離電路、PLD邏輯器件電路、動作斷路器電路、打印輸出電路、液晶顯示、鍵盤輸入電路及通信管理電路。本實用新型的自適應開關位置以及電氣參數的變化量，對于來自系統本身的“晃電”與真正的故障或失壓實時監測、判斷并可靠處理，為目前國內領先的技術之一，并達到國際要求。
【專利說明】—種供電電源切換裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電源切換裝置，具體涉及一種供電電源切換裝置。
【背景技術】
[0002]目前企業大多使用備有電源自投裝置簡稱“備自投”(BZT)。即當工作電源開關非保護跳閘時，備用電源開關需自動合閘；備用電源自投裝置，作為完成這一功能的自動裝置，其對于電力系統的安全運行于企業的生產發揮了巨大的作用，目前不失為最有效的自動裝置之一，但備自投裝置動作時間比較過長，已經不適應企業對電源安全和自動化提高的要求？主要原因有五，一是裝置判斷起動太遲；二是裝置起動后將備用電源投入的時間太長；三是不能準確判斷合閘時機時的相位；四是切換方式單一，選擇性差；五是切換時對整個電網的沖擊過大，容易出現重大安全事故，引起系統震蕩，造成系統大面積停電。追根溯源，主要是我國工業企業的網絡結構特點所決定的，工業企業總降和中低壓變電站目前使用的備自投裝置幾乎百分之百套用電網變電站的備自投裝置工作原理，并沒有針對工業企業的需求和技術特點進行原理、功能、性能的專門性設計和開發但這又是兩個完全不同的系統。
[0003]另外，由于我國電力系統的現狀，普遍大、中型企業時常面臨系統“晃電”的困擾，一、二次的系統“晃電”嚴重時候造成全廠大面積的停電或運行設備癱瘓。經濟損失難以估計，這些問題困擾著企業的生產者和管理者，也對備自投裝置的功能革新提出了迫切的要求，急需要一種全新的裝置來代替備用電源切換裝置。
實用新型內容
[0004]本實用新型針對上述問題，提供一種供電電源切換裝置。
[0005]本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是:一種供電電源切換裝置，包括模擬輸入電路、互感器隔離電路、過零比較電路、中央處理器、開關量信號輸入電路、光電隔離電路、PLD邏輯器件電路、動作斷路器電路、打印輸出電路、液晶顯示、鍵盤輸入電路及通信管理電路；所述中央處理器分別連接過零比較電路、光電隔離電路、打印輸出電路、液晶顯示、鍵盤輸入電路及通信管理電路；所述模擬輸入電路輸出端連接互感器隔離電路；所述互感器隔離電路輸出端連接過零比較電路；所述開關量信號輸入電路輸出端連接光電隔離電路；所述光電隔離電路輸出端分貝連接中央處理器和PLD邏輯器件電路；所述PLD邏輯器件電路輸出端連接動作斷路器電路；所述動作短路器電路輸入/輸出端連接上位機。
[0006]所述模擬輸入電路包括用于將非電模擬信號轉化為電信號的信號變換器、與信號變換器連接的A/D轉換器、對輸入模擬信號進行采樣、保持的采樣保持器。
[0007]所述開關量信號輸入電路由信號調節電路、控制邏輯電路、驅動電路、地址譯碼電路、隔離電路組成。
[0008]本實用新型的優點:使用上述裝置后，判斷起動切換時間快，達到1ms ;判斷起動后將備用電源投入的時間快，達到50ms以內；除過斷路器故障原因；事實檢測系統相位，準確判斷合閘時機時的相位；企業電網保證在在30°以內合閘；切換方式靈活，根據現場實際需要，菜單多種可供選擇，安全可靠性高；切換時對整個電網的沖擊小，不會出現重大安全事故，防止系統震蕩，絕對避免系統大面積停電以及“晃電”影響；在裝置上可實現人為系統正常倒閘操作，完全消除或避免以前傳統倒閘方式帶來的安全隱患，保證電網運行安全；完全替代現有備用電源自投裝置或快速切換裝置，接線簡單，安裝方便；實現安全自動切換，達到無人值班，智能化運行；多種通訊方式與規約轉換，可迅速介入互聯網，實施遠程監控。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本實用新型的原理框圖；
[0011]圖2為本實用新型中電網單母線分段系統圖。
【具體實施方式】
[0012]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0013]參考圖1，如圖1所示的一種供電電源切換裝置，包括模擬輸入電路、互感器隔離電路、過零比較電路、32位中央處理器、開關量信號輸入電路、光電隔離電路、PLD邏輯器件電路、動作斷路器電路、打印輸出電路、液晶顯示、鍵盤輸入電路及通信管理電路；所述32位中央處理器分別連接過零比較電路、光電隔離電路、打印輸出電路、液晶顯示、鍵盤輸入電路及通信管理電路；所述模擬輸入電路輸出端連接互感器隔離電路；所述互感器隔離電路輸出端連接過零比較電路；所述開關量信號輸入電路輸出端連接光電隔離電路；所述光電隔離電路輸出端分貝連接32位中央處理器和PLD邏輯器件電路；所述PLD邏輯器件電路輸出端連接動作斷路器電路；所述動作短路器電路輸入/輸出端連接上位機。
[0014]—、模擬量信號輸入回路敘述
[0015]模擬量主要是指來自電氣設備的電流、電壓、有功功率、無功功率、等都屬于模擬量。
[0016]模擬量輸入通道由信號變換器、多路模擬開關、采樣保持器、A/D轉換器等部分組成。
[0017]I)隔離變換器
[0018]隔離變換器的功能，是把各種非電模擬信號變換為A/D轉換器能夠接受的電信號，如電流信號、電壓信號等，還可以根據需要對這些輸出信號值的變化范圍進行規范化，以便A/D轉換器處理。
[0019]2)多路模擬開關
[0020]在本裝置中，采用十幾路模擬信號共用一只A/D轉換器，可以降低通道及系統的成本，提高A/D轉換器的利用率，這種情況下，必須利用多路模擬開關輪流切換各路被測控的模擬信號。
[0021]3)采樣保持器
[0022]模擬量輸入通道的核心功能，就是對輸入的模擬量進行A/D轉換。在輸入模擬量值確定的情況下，A/D轉換器輸出的數字量也是確定的，但當A/D轉換器接收的模擬量隨時間變化，稱為模擬輸入信號，且變化很快時，則在A/D轉換的過程中，被轉換的信號量值就是不確定的，這種不確定性，會引起一定的孔徑誤差，為了減小孔徑誤差的影響，可在A/D轉換之前，利用采樣保持電路構成采樣保持器對輸入模擬信號進行采樣、保持操作。
[0023]LF398是采樣保持器集成電路芯片。
[0024]4)A/D 轉換器
[0025]A/D轉換器是模擬量輸入通道的核心部件，也是必不可少的部件。
[0026]二、開關量信號輸入回路敘述
[0027]I)開關量的輸入電路由信號調節電路、控制邏輯電路、驅動電路、地址譯碼電路、隔離電路組成。開關量的輸入電路比較多，大致可分兩類:一類是裝在裝置面板上的各種觸點的輸入，如用于裝置調試或運行中定期檢查的鍵盤觸點；另一類是從裝置外部經過端子排引入裝置的觸點，如斷路器和隔離開關的輔助觸點、用于運行切換的各種壓板、連接片坐寸ο
[0028]2)開關量的隔離分為
[0029]1.光電隔離
[0030]2.繼電器隔離斷路器、隔離開關、繼電器的輔助觸點和變壓器分接頭開關位置等開關信號，輸入至微機時，可通過繼電器隔離。
[0031]3.繼電器和光電耦合器雙重隔離在線路比較長、干擾比較嚴重的場合，可以同時采用繼電器和光電耦合器雙重隔離，以曾強隔離的效果，即現場開關的輔助觸點先經過繼電器隔離，繼電器的輔助觸點再經過光電耦合器隔離，然后輸入至微機。這種雙中隔離對提高抗干擾能力和消除開關動作時的抖動具有很好的效果。
[0032]3)開關量采集的抗干擾有硬件和軟件兩種措施:
[0033]1.硬件抗干擾措施稱為去抖電路，是為了消除開關操作時產生的抖動。去抖電路有多種形式，最常用的是采用雙穩態觸發短路，利用正反饋作用使狀態迅速翻轉達到去抖目的。
[0034]2.軟件抗干擾措施主要是適當的增加延時，以都開觸點抖動的影響。開關量的采集方式，可以采用定時查詢方式，也可采用中斷方式。
[0035]4)開關變為的識別開關量的狀態通常用二進制數來表示，例如用“O”表示“斷開”，用“ I ”代表“閉合”。而變電所得開關量數目通常很多，要確定某一開關是否產生變位，就需要用開關原來的狀態和現在的狀態進行某種邏輯運算，從而篩選出產生變位的開關。
[0036]三、CPU中央處理器
[0037]微型計算機的CPU (Central Processing Unit,中央處理器)是單片機的核心部件，由控制單元、算術邏輯單元和寄存器單元等部分組成，實現邏輯運算。根據數據總線的寬度和一次可處理的數據字節長度可分為8位CPU、16位CPU和32位CPU等。本裝置采用32位中央處理器。
[0038]CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發出各種控制命令，執行微操作系列，從而完成一條指令的執行。
[0039]實現本裝置的主要部件是把中央微處理器、存儲器和I/O接口電路等大規模電路芯片及必要的外圍電路組裝在一塊印刷電路板上的微型計算機系統，實現其各自的切換功倉泛。
[0040]四、輸入電路
[0041]輸入設備是用來將程序和數據輸入到微型計算機的內存儲器，也可以用來在微型計算機運行程序時實現人機對話，本裝置指鍵盤和通訊管理模塊。
[0042]I)鍵盤
[0043]鍵盤電路非編碼矩陣式鍵盤，設有16個按鍵，按照4行4列構成，在行和列交叉處接入開關式按鍵。每次按下一個按鍵是由相應的芯片處理按鍵的相應，并記錄。
[0044]2)通訊
[0045]RS-485是一種抗干擾能力強、能有效延伸數據傳輸距離、便于實現多種通信的串行通信方式。其接口標準是一種多發送器的電路標準，它擴展了 RS-422A的性能，允許雙導線上I個發送器驅動32個負載設備，負載設備可以是被動發送器、接收器或收發器，通訊距離可達1200m，這時傳輸速率為100kb/S，用中繼器，可再延長距離。
[0046]而且RS-485電路允許公用電話線通信，半雙工的通訊方式又可節省信號線，所以特別適合遠距離通信。
[0047]以太網接口技術是一種共享總線技術，以太網通過介質介入控制MAC來驅動和控制網上每個節點接入網中介質。MAC處理所有以太網的數據接收和發送，包括沖突檢測、前同步碼的產生和檢測、CRC產生和檢測。在主機一方，從高層來的接收數據幀經MAC送到物理層，由此幀被轉換為數據包，然后將其發送到網上:在網絡一方，從網上介質來的信息包經物理層變換為幀后，經MAC控制送入上層處理該幀相適應的軟件。
[0048]五、輸出電路
[0049]輸出設備是微型單片機把運算結果按照事先編程要求以顯示或保存的形式體現出來。最常用的輸出設備是顯示器和打印機，本裝置是液晶顯示器和針式打印機。
[0050]本實用新型的裝置啟動方式及邏輯:
[0051]1.線路電壓起動，裝置事實檢測電壓變化量，當線路三相電壓出現異常或失去電源，即檢測電壓低于線路電壓整定值且線路電流小于過流閉鎖值，起動降壓邏輯。
[0052]2.低頻起動，裝置事實檢測電壓和頻率變化量，當線路三相電壓出現異常和失去電源，同時系統頻率也出現下降，即檢測電壓低于線路電壓整定值和頻率低于系統頻率整定值且線路電流小于過流閉鎖值，起動降壓和頻率邏輯。
[0053]3.逆功率起動，當工業系統母線帶有發電機運行時，發電機此時負擔本母線大部分負荷，用戶從系統接收有功。但當系統失去電源時，發動機就會給系統倒送電，為防止出現系統故障，裝置將起動逆功率。
[0054]4.開關位置起動，當系統正常運行時，因工作電源合位開關突然出現變位時，為保證供電可靠性，裝置需要合上備用電源開關，此時開關位置起動。
[0055]5.保護跳閘起動，線路上的保護裝置在處理系統區外故障而跳開本線路工作電源，裝置起動合備用電源。
[0056]本實用新型的裝置動作方式:
[0057]裝置在正確啟動后，會按照事先設定的邏輯順序對工作電源和備用電源開關進行動作，以保證系統安全、可靠。
[0058]1.并聯切換
[0059]先合備用電源開關，確認備用電源開關合上后，再分工作電源開關。在此動作過程中系統會短時間合環。并聯方式適用于正常情況下同頻系統的兩個電源之間的切換，可用于進線檢修時的人工倒閘或故障后手動恢復。并聯方式還分為并聯自動方式和并聯半自動方式。并聯自動方式是指裝置在合閘后，經過整定延時，自動跳開工作電源開關。并聯半自動方式是指裝置在合閘后，由手動跳開工作電源開關。
[0060]具體到系統單母分段系統接線下，以從IDL并聯切換到2DL為例，此時3DL在合位。手動起動后，若并聯條件滿足，裝置先合上2DL開關，此時工作電源、備用電源兩個電源短時合環，經整定延時(并聯跳閘延時)后裝置再跳開1DL。
[0061]2.串聯切換
[0062]先分工作電源開關，確認工作電源分開后，再合備用電源開關。串聯方式適用于事故和開關誤跳情況下電源的自動切換。
[0063]具體到系統單母分段系統接線下，以從IDL并聯切換到2DL為例，此時3DL在合位。手動起動后，若并聯條件滿足，裝置先跳開IDL開關，然后再合上2DL開關，此時工作電源、備用電源兩個電源不存在合環情況。
[0064]3.同時切換
[0065]裝置同時發跳工作電源開關和合備用電源開關命令，適用與系統正常倒負荷使用。同并聯切換邏輯。
[0066]本實用新型的裝置實現方式及典型圖如圖2所示，系統運行正常時，I段母線和II母線由工作電源供電，即工作電源開關和母聯開關均在合閘位置，1DL、3DL在合位，備用電源開關2DL在分閘位置，當工作電源由于故障失去電源后，裝置經短時正確判斷后跳開工作電源，合上備用電源，即跳開1DL，合上2DL。反之亦然。
[0067]裝置實現方式取決于裝置對系統各個參數的準確判斷和設置方式，具體包括如下實現方式。
[0068]1.速動切換
[0069]速動切換為本裝置最優勢、也是切換使用成功率最高的切換方式之一，一般達到80%以上，即能保證系統安全，又不使用電等設備不會受到較大沖擊和擾動。
[0070]其中判斷條件:第一:線路電壓的不能低于系統電壓的80%及以上；第二:母線與待投電壓|dz| “切換壓差”在20%以內；第三:母線與待投電壓|dq| “切換角差”必須在30°以內。
[0071]速動切換是整個切換合閘方式最快的合閘方式，其中完成整個開關動作時間在10ms左右，保證了備用電源的可靠動作，保證系統用電的恢復。
[0072]2.同期跟蹤切換
[0073]假如裝置失去速動切換機會，裝置會迅速轉入同期跟蹤切換，以實現恢復供電的最佳時機，母線電壓與待合閘電壓之間的同期合閘點至關重要，其判據裝置跟蹤其合閘點的時機為重點，圍繞開關事先設定的固有合閘時間為參考，選定一個“預期超前相角”只要這個“預期超前相角”在裝置設定的允許相角內，就可以找到同期點的位置發合備用電源命令，此時對電網沖擊最小，也不會使用電負荷受到影響。
[0074]3.余壓切換
[0075]系統電壓隨著切換失敗次數而逐步減小，在母線電壓降到大約30%左右，此時的切換進入余壓切換，但由于停電時間過長，不做為本裝置首先的切換方式。但在有些特定系統會使用，此時切換沒有嚴格的判據，對系統也影響不大。
[0076]4.安全延時切換
[0077]系統的安全延時切換，是對于余壓切換的補充，目前隨著備用電源自投裝置的大量替換，此種切換方式也用，所以本裝置少涉及。
[0078]本實用新型提供一種全新的企業電源切換方式-供電電源平穩切換裝置，通過使用該裝置可以實現變電站(配電室)無人值守，由于外電網的短路、“晃電”、空投等造成瞬時或常時間工作電源停電，裝置自動檢測系統電壓、電流、頻率、功率的事實變化量，在整個用電系統的電壓不至于損失的情況下，安全快速投入備用電源或母聯開關，使得系統重新進入正常運行狀態，使得整個電網安全運行。現代真空斷路器的發展，分、合閘的時間最快可以達到30-50ms，這為供電平穩切換裝置實現提供可能，電力系統的安全性和可靠性，要求人員素質和供電設備自動化不斷提高，單靠人為的操作難以勝任，數字化變電站已經深入企業，通過自動跟蹤、檢測、判斷、執行的供電電源平穩切換裝置配合其他自動化監控軟件，真正實現變電站(配電室)的數字化、智能化，保證電網的安全性和可靠性。
[0079]裝置判斷起動切換時間快，達到1ms ;裝置判斷起動后將備用電源投入的時間快，達到50ms以內；除過斷路器故障原因；事實檢測系統相位，準確判斷合閘時機時的相位；企業電網保證在在30°以內合閘；切換方式靈活，根據現場實際需要，菜單多種可供選擇，安全可靠性高；切換時對整個電網的沖擊小，不會出現重大安全事故，防止系統震蕩，絕對避免系統大面積停電以及“晃電”影響；在裝置上可實現人為系統正常倒閘操作，完全消除或避免以前傳統倒閘方式帶來的安全隱患，保證電網運行安全；完全替代現有備用電源自投裝置或快速切換裝置，接線簡單，安裝方便；實現安全自動切換，達到無人值班，智能化運行；多種通訊方式與規約轉換，可迅速介入互聯網，實施遠程監控。
[0080]本實用新型的自適應開關位置以及電氣參數的變化量，對于來自系統本身的“晃電”與真正的故障或失壓實時監測、判斷并可靠處理，為目前國內領先的技術之一，并達到國際要求。
[0081]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種供電電源切換裝置，其特征在于，包括模擬輸入電路、互感器隔離電路、過零比較電路、中央處理器、開關量信號輸入電路、光電隔離電路、PLD邏輯器件電路、動作斷路器電路、打印輸出電路、液晶顯示、鍵盤輸入電路及通信管理電路；所述中央處理器分別連接過零比較電路、光電隔離電路、打印輸出電路、液晶顯示、鍵盤輸入電路及通信管理電路；所述模擬輸入電路輸出端連接互感器隔離電路；所述互感器隔離電路輸出端連接過零比較電路；所述開關量信號輸入電路輸出端連接光電隔離電路；所述光電隔離電路輸出端分別連接中央處理器和PLD邏輯器件電路；所述PLD邏輯器件電路輸出端連接動作斷路器電路；所述動作短路器電路輸入/輸出端連接上位機，所述開關量信號輸入電路由信號調節電路、控制邏輯電路、驅動電路、地址譯碼電路、隔離電路組成。
【文檔編號】H02J9/06GK204068419SQ201420484750
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】朱臨戰 申請人:西安博惠通用電氣自動化有限公司