專利名稱：雙電源快速切換控制裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源切換裝置和方法，特別是一種雙電源快速切換控制裝置和方法。
背景技術：
供電的連續(xù)可靠是用電設備安全運行的基本條件，因此對供電可靠性要求較高的場合一般配置兩路供電電源，而兩路供電電源之間成功的快速切換是連續(xù)不間斷供電的關鍵。由于雷擊、短路、低頻振蕩、負載回路故障等外部或內部的原因，石化、冶金和發(fā)電廠等大中型工業(yè)企業(yè)常常出現(xiàn)非正常停電、電壓大幅波動或短時斷電(俗稱"晃電")，由于冶金、石化企業(yè)工藝流程的特殊性，供電的中斷或異常往往會導致嚴重的后果，造成設備停運，工藝流程中斷，大量廢料廢品，甚至生產設備的報廢。目前，工業(yè)企業(yè)通常采用備用電源自動投切(簡稱備自投)裝置通過雙電源之間的切換來解決上述問題，但由于備自投裝置是根據(jù)低電壓檢測以及延時來實現(xiàn)電源之間的切換，因此會造成切換過程中母線斷電時間過長，從而導致負載電動機機端電壓下降已十分嚴重，電動機轉速、出力相應地嚴重下降，直接影響工藝質量。 現(xiàn)有技術雙電源供電系統(tǒng)包括分別來自兩個不同供電電源的工作電源母線和備用電源母線，每個供電母線帶一條饋線，每條饋線又各帶一條切換母線，兩條切換母線由母聯(lián)斷路器連接并分別帶有各自的等效負荷。當其中一條供電母線因故障失電時，通過控制器控制母聯(lián)斷路器，讓另一條供電母線為失電母線所帶負荷供電。對于高壓異步感應電動機(以下簡稱電動機)負荷的容量大且數(shù)量較多的企業(yè)供電系統(tǒng)，當某一條供電母線失電時，由于高壓電動機及負荷的機械慣性，電動機將維持較長時間繼續(xù)旋轉，且將轉變?yōu)榘l(fā)電機運行工況，因此母線在一段時間內會維持一定的殘壓并緩慢衰減，頻率也會隨著電動機轉速降低而緩慢下降。在失電瞬間，母線電壓的衰減量還不大，但殘壓與另一供電母線電壓的矢量有相角差。如果另一供電母線投入的時機不當，將產生很大的沖擊電流，直接作用于電動機。這不但影響了電動機的使用壽命，甚至可能導致切換失敗造成供電中斷，其后果是十分嚴重的。因此，電源切換必須根據(jù)系統(tǒng)的殘壓衰減特性，選擇合適的切換時機。
目前，現(xiàn)有雙電源供電系統(tǒng)的切換方式有主切換和備用切換。主切換也稱快速切換，為保證電源成功切換且不產生很大沖擊電流，母聯(lián)斷路器最合適的合閘時刻是母線殘壓與另一供電母線電壓的相角差不超過某一整定角度，例如30度，即要求電源系統(tǒng)切換全過程在100毫秒以內完成。備用切換包括首次同期捕捉切換、殘壓切換和延時切換。首次同期捕捉切換是當某一供電母線斷電時，在母線殘壓與另一供電母線電壓向量第一次相位重合時合閘，一般首次同期捕捉切換時間約為600 650毫秒。殘壓切換是當某一供電母線斷電時，當母線殘壓衰減到20% 40%額定電壓后實現(xiàn)的切換，一般情況下，母線殘壓衰減到40%的時間約為1秒，母線殘壓衰減到20%的時間約為1. 4秒。延時切換是當某一供電母線斷電后，在規(guī)定的時間到達時合閘，一般切換時間在1700毫秒以上。
由此可見，現(xiàn)有技術的切換模式實際是"快速+慢速"模式。主切換是在快速切換條件滿足時，切換裝置控制母聯(lián)斷路器合閘，一般在100毫秒內完成切換，則既能保證電動機安全，又不使電動機轉速下降太多，是一種"無損"切換。但由于系統(tǒng)的復雜性，主切換的成功率具有一定的隨機性，當主切換不能實現(xiàn)時，由于電動機保護時間超過500毫秒其保護開關就會跳閘，如果進入備用切換方式后，電動機驅動的機械負荷就只能停電后重新啟動，會給生產造成災難損失，因此，現(xiàn)有技術備用切換是一種"有損"切換。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種雙電源快速切換控制裝置和方法，實現(xiàn)雙電源供電系統(tǒng)快速和無損的切換。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙電源快速切換控制裝置，包括控制母聯(lián)斷路器連接第一母線和第二母線的控制器，所述控制器還與用于快速衰減失電母線殘壓的可控制動電阻組件連接。 所述控制器包括第一電流互感器接線、第一電壓互感器接線、第一斷路器控制接
線、第一母線電壓互感器接線、第二電流互感器接線、第二電壓互感器接線、第二斷路器控
制接線、第二母線電壓互感器接線和母聯(lián)斷路器控制接線，所述第一電流互感器接線與第
一電流互感器連接，所述第一電流互感器接線與第一電流互感器連接，所述第一斷路器控
制接線與第一母線斷路器連接，所述第一電流互感器和第一母線斷路器依次串接在工作電
源母線上，所述第一電壓互感器接線與第一電壓互感器連接，所述第一母線電壓互感器接
線與第一母線電壓互感器連接；所述第二電流互感器接線與第二電流互感器連接，所述第
二斷路器控制接線與第二母線斷路器連接，所述第二電流互感器和第二母線斷路器依次串
接在備用電源母線上，所述第二電流互感器接線與第二電壓互感器連接，所述第二母線電
壓互感器接線與第二母線電壓互感器連接；所述母聯(lián)斷路器控制接線與母聯(lián)斷路器。 所述控制器包括與所述可控制動電阻組件連接的第一母線快速開關接線和第二
母線快速開關接線。 在上述技術方案基礎上，所述可控制動電阻組件包括第一母線快速開關、第二母線快速開關和電阻器，所述第一母線快速開關的一端與第一母線連接，另一端與電阻器連接，控制端與控制器的第一母線快速開關接線連接；所述第二母線快速開關的一端與第二母線連接，另一端與電阻器連接，控制端與控制器的第二母線快速開關接線連接。進一步地，所述電阻器為水電阻。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種雙電源快速切換控制方法，包括 步驟11、當為第一負荷供電的工作電源母線失電時，控制器發(fā)出控制指令斷開第
一母線斷路器； 步驟12、控制器判斷快速切換條件是否滿足，是則執(zhí)行步驟15，否則執(zhí)行步驟13 ;
步驟13、控制器發(fā)出控制指令閉合可控制動電阻組件中的第一母線快速開關，電阻器使第一母線的殘壓快速衰減； 步驟14、控制器判斷殘壓切換條件滿足時，控制器發(fā)出控制指令斷開所述第一母線快速開關； 步驟15、控制器發(fā)出控制指令閉合母聯(lián)斷路器，實現(xiàn)備用電源母線對第一負荷的快速供電。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種雙電源快速切換控制方法，包括 步驟21、當為第二負荷供電的備用電源母線失電時，控制器發(fā)出控制指令斷開第
二母線斷路器； 步驟22、控制器判斷快速切換條件是否滿足，是則執(zhí)行步驟25，否則執(zhí)行步驟23 ;
步驟23、控制器發(fā)出控制指令閉合可控制動電阻組件中的第二母線快速開關，電阻器使第二母線的殘壓快速衰減； 步驟24、控制器判斷殘壓切換條件滿足時，控制器發(fā)出控制指令斷開所述第二母線快速開關； 步驟25、控制器發(fā)出控制指令閉合母聯(lián)斷路器，實現(xiàn)工作電源母線對第二負荷的快速供電。 本發(fā)明提出了一種基于可控制動電阻的雙電源快速切換控制裝置和方法，當主切換不能實現(xiàn)時，通過采用可控制動電阻組件在線調節(jié)母線殘壓衰減特性，使母線殘壓衰減時間縮短，在設定的電動機保護時間到來之前完成"無損"的備用切換，實現(xiàn)"快速+快速"模式，提高了雙電源供電系統(tǒng)的切換速度。


圖1為本發(fā)明雙電源快速切換控制裝置的結構示意 圖2為本發(fā)明雙電源快速切換控制方法第一實施例的流程 圖3為本發(fā)明雙電源快速切換控制方法第二實施例的流程圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發(fā)明雙電源快速切換控制裝置的結構示意圖。如圖1所示，本發(fā)明雙電源快速切換控制裝置的主體結構包括控制器和可控制動電阻組件，控制器用于在一條母線失電時控制母聯(lián)斷路器CB^將第一母線和第二母線連接，使另一條母線為失電母線所帶負荷供電，可控制動電阻組件與控制器連接，用于根據(jù)控制器的指令快速衰減失電母線的殘壓。具體地，與第一負荷Ml連接的第一母線Bl和與第二負荷M2連接的第二母線B2由母聯(lián)斷路器CB33連接，同時母聯(lián)斷路器CB33與控制器T連接，當一條母線(如第一母線)失電時，母聯(lián)斷路器CB^通過合閘使另一條母線(如第二母線)為失電母線所帶負荷供電。可控制動電阻組件分別與控制器T、第一母線Bl和第二母線B2連接，用于根據(jù)控制器組件的指令快速衰減失電切換母線的殘壓。控制器T用于在失電時判斷快速切換條件是否滿足，如滿足快速切換條件，控制器T控制母聯(lián)斷路器CB33合閘，實現(xiàn)另一條母線為失電母線所帶負荷供電，如不滿足快速切換條件，控制器控制可控制動電阻組件的電阻器投入運行，使失電母線殘壓快速衰減。 本發(fā)明控制器T包括第一電流互感器接線Gn、第一電壓互感器接線G『第一斷路器控制接線G『第一母線電壓互感器接線G『第二電流互感器接線621、第二電壓互感器接線G『第二斷路器控制接線G^、第二母線電壓互感器接線G24和母聯(lián)斷路器控制接線63，其中第一電流互感器接線Gn與第一電流互感器CTn連接，第一斷路器控制接線G13與第一母線斷路器CBn連接，第一電流互感器CTn和第一母線斷路器CBu依次串接在工作電源母線I上，第一電壓互感器接線G12與第一電壓互感器PT31的一端連接，第一電壓互感器PT31的另一端與工作電源母線I連接，第一母線電壓互感器接線G14與第一母線電壓互感器PTn的一端連接，第一母線電壓互感器Pin的另一端與第一母線Bl連接；第二電流互感器接線G21與第二電流互感器CT21連接，第二斷路器控制接線G23與第二母線斷路器CB21連接，第二電流互感器CT21和第二母線斷路器CB21依次串接在備用電源母線II上，第二電流互感器接線G21與第二電壓互感器PT^的一端連接，第二電壓互感器PT^的另一端與備用電源母線II連接，第二母線電壓互感器接線G24與第二母線電壓互感器PT21的一端連接，第二母線電壓互感器PT21的另一端與備用電源母線II連接；母聯(lián)斷路器控制接線G3與母聯(lián)斷路器CB33連接。實際應用中，工作電源母線I上還串接有第一進線斷路器CB^和第一負荷斷路器CB^備用電源母線II上還串接有第二進線斷路器CB22和第二負荷斷路器CB32。
本發(fā)明可控制動電阻組件是一種可控制動電阻(Thyristor ControlledBrakingResistor,簡稱TCBR)，包括第一母線快速開關K『第二母線快速開關K32和電阻器R，其中第一母線快速開關I^的一端與第一母線B1連接，另一端與電阻器R連接，控制端與控制器T的第一母線快速開關接線G31連接，用于根據(jù)控制器T的指令將第一母線Bl與電阻器R接通，使第一母線B1通過電阻器R快速衰減殘壓；第二母線快速開關K^的一端與第二母線B2連接，另一端與電阻器R連接，控制端與控制器T的第二母線快速開關接線G32連接，用于根據(jù)控制器T的指令將第二母線B2與電阻器R接通，使第二母線B2通過電阻器R快速衰減殘壓。電阻器R可以采用水電阻。電阻器R的阻值越小或者在電壓一定時功率越大，消耗的能量越大，失電后母線殘壓下降的速度越快。 發(fā)明人的深入研究發(fā)現(xiàn)快速切換要求母線殘壓衰減越慢越好，慢速切換要求母線殘壓衰減越快越好，現(xiàn)有技術切換模式出現(xiàn)"快速+慢速"模式的主要原因是慢速切換條件滿足之前母線殘壓衰減太慢。為了解決快速切換問題，本發(fā)明上述技術方案提供了一種基于可控制動電阻的雙電源快速切換控制裝置，根據(jù)系統(tǒng)的運行工況在線調節(jié)母線殘壓衰減特性，從而真正實現(xiàn)"快速+快速"模式。本發(fā)明雙電源快速切換控制裝置的工作過程說明如下 對于工作電源母線I失電情況 Al、正常運行時，工作電源母線I為第一負荷M1供電，備用電源母線II為第二負荷M2供電，母聯(lián)斷路器CB33處于斷開狀態(tài)，與電阻器R連接的第一母線快速開關K31和第二母線快速開關K32處于斷開狀態(tài)； B1、當工作電源母線I失電(第一母線B1失電)時，該側線路保護(安裝于開關CB11內部)經一定延時后啟動控制器T，控制器T發(fā)出控制指令斷開第一母線斷路器CBn ;
Cl、控制器T判斷快速切換條件是否滿足，如果滿足快速切換條件，控制器T發(fā)出控制指令使母聯(lián)斷路器CB33閉合，實現(xiàn)備用電源母線II (第二母線B2)對第一負荷Ml的快速供電； D1、如果不滿足快速切換條件，控制器T發(fā)出控制指令使可控制動電阻組件中的第一母線快速開關K31閉合，電阻器R投入運行，使第一母線Bl的殘壓快速衰減；
El、控制器T判斷殘壓切換條件是否滿足，當殘壓切換條件滿足時，控制器T發(fā)出控制指令使可控制動電阻組件中的第一母線快速開關1(31斷開，電阻器R退出運行；同時，控制器T發(fā)出控制指令使母聯(lián)斷路器CB33閉合，實現(xiàn)備用電源母線II對第一負荷Ml的快速供電。 對于備用電源母線11失電情況 A2、正常運行時，工作電源母線I為第一負荷M1供電，備用電源母線II為第二負荷M2供電，母聯(lián)斷路器CB33處于斷開狀態(tài)，與電阻器R連接的第一母線快速開關K31和第二母線快速開關K32處于斷開狀態(tài)； B2、當備用電源母線II失電(第二母線B2電)時，該側線路保護(安裝于開關CB21內部)經一定延時后啟動控制器T，控制器T發(fā)出控制指令斷開第二母線斷路器CBa ;
C2、控制器T判斷快速切換條件是否滿足，如果滿足快速切換條件，控制器T發(fā)出控制指令使母聯(lián)斷路器CB33閉合，實現(xiàn)工作電源母線I (第一母線Bl)對第二負荷M2的快速供電； D2、如果不滿足快速切換條件，控制器T發(fā)出控制指令使可控制動電阻組件中的
第二母線快速開關K32閉合，電阻器R投入運行，使第二母線B2的殘壓快速衰減； E2、控制器T判斷殘壓切換條件是否滿足，當殘壓切換條件滿足時，控制器T發(fā)出
控制指令使可控制動電阻組件中的第二母線快速開關1(32斷開，電阻器R退出運行；同時，控
制器T發(fā)出控制指令使母聯(lián)斷路器CB33閉合，實現(xiàn)工作電源母線I對第二負荷M2的快速供電。 本發(fā)明上述技術方案中，快速切換條件、殘壓切換條件以及相應的切換動作均采用現(xiàn)有技術的條件和動作?？焖偾袚Q條件包括A V《Kl， A f《K2，U2 > K3和UB > K4，殘壓切換條件包括U2 ^K3和UR《K6，其中A V為母線電壓與備用電源電壓之間的相角差，Af為母線電壓與備用電源電壓之間的頻差，U2為備用電源電壓，UB為母線電壓，UR為母線殘壓，Kl、 K2、 K3、 K4和K6為整定值。此外，本發(fā)明上述技術方案中的控制器與現(xiàn)有雙電源供電系統(tǒng)的控制器基本相同，只是增加了第一母線快速開關接線和第二母線快速開關接線，用于分別控制第一母線快速開關和第二母線快速開關的閉合或斷開，其結構為本領域技術人員所熟知，不再贅述。 本發(fā)明提供了一種基于可控制動電阻的雙電源快速切換控制裝置，當主切換不能實現(xiàn)時，通過采用可控制動電阻組件在線調節(jié)母線殘壓衰減特性，使母線殘壓衰減時間縮短，在設定的電動機保護時間到來之前完成"無損"的備用切換，實現(xiàn)"快速+快速"模式，提高了雙電源供電系統(tǒng)的切換速度。 圖2為本發(fā)明雙電源快速切換控制方法第一實施例的流程圖，包括 步驟11、當為第一負荷供電的工作電源母線失電時，控制器發(fā)出控制指令斷開第
一母線斷路器； 步驟12、控制器判斷快速切換條件是否滿足，是則執(zhí)行步驟15，否則執(zhí)行步驟13 ;
步驟13、控制器發(fā)出控制指令閉合可控制動電阻組件中的第一母線快速開關，電阻器使第一母線的殘壓快速衰減； 步驟14、控制器判斷殘壓切換條件滿足時，控制器發(fā)出控制指令斷開所述第一母線快速開關； 步驟15、控制器發(fā)出控制指令閉合母聯(lián)斷路器，實現(xiàn)備用電源母線對第一負荷的快速供電。 圖3為本發(fā)明雙電源快速切換控制方法第二實施例的流程圖，包括
步驟21、當為第二負荷供電的備用電源母線失電時，控制器發(fā)出控制指令斷開第二母線斷路器； 步驟22、控制器判斷快速切換條件是否滿足，是則執(zhí)行步驟25，否則執(zhí)行步驟23 ;
步驟23、控制器發(fā)出控制指令閉合可控制動電阻組件中的第二母線快速開關，電阻器使第二母線的殘壓快速衰減； 步驟24、控制器判斷殘壓切換條件滿足時，控制器發(fā)出控制指令斷開所述第二母線快速開關； 步驟25、控制器發(fā)出控制指令閉合母聯(lián)斷路器，實現(xiàn)工作電源母線對第二負荷的快速供電。 本發(fā)明雙電源快速切換控制方法是采用前述本發(fā)明雙電源快速切換控制裝置實現(xiàn)的一種基于可控制動電阻的快速切換方法，相關內容已在前述技術方案中詳細介紹，這里不再贅述。 最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。
權利要求
一種雙電源快速切換控制裝置，包括控制母聯(lián)斷路器連接第一母線和第二母線的控制器，其特征在于，所述控制器還與用于快速衰減失電母線殘壓的可控制動電阻組件連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的雙電源快速切換控制裝置，其特征在于，所述控制器包括第一電流互感器接線、第一電壓互感器接線、第一斷路器控制接線、第一母線電壓互感器接線、第二電流互感器接線、第二電壓互感器接線、第二斷路器控制接線、第二母線電壓互感器接線和母聯(lián)斷路器控制接線，所述第一電流互感器接線與第一電流互感器連接，所述第一電流互感器接線與第一電流互感器連接，所述第一斷路器控制接線與第一母線斷路器連接，所述第一電流互感器和第一母線斷路器依次串接在工作電源母線上，所述第一電壓互感器接線與第一電壓互感器連接，所述第一母線電壓互感器接線與第一母線電壓互感器連接；所述第二電流互感器接線與第二電流互感器連接，所述第二斷路器控制接線與第二母線斷路器連接，所述第二電流互感器和第二母線斷路器依次串接在備用電源母線上，所述第二電流互感器接線與第二電壓互感器連接，所述第二母線電壓互感器接線與第二母線電壓互感器連接；所述母聯(lián)斷路器控制接線與母聯(lián)斷路器。
3. 根據(jù)權利要求1所述的雙電源快速切換控制裝置，其特征在于，所述控制器包括與所述可控制動電阻組件連接的第一母線快速開關接線和第二母線快速開關接線。
4. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的雙電源快速切換控制裝置，其特征在于，所述可控制動電阻組件包括第一母線快速開關、第二母線快速開關和電阻器，所述第一母線快速開關的一端與第一母線連接，另一端與電阻器連接，控制端與控制器的第一母線快速開關接線連接；所述第二母線快速開關的一端與第二母線連接，另一端與電阻器連接，控制端與控制器的第二母線快速開關接線連接。
5. 根據(jù)權利要求4所述的雙電源快速切換控制裝置，其特征在于，所述電阻器為水電阻。
6. —種采用權利要求1 5中任一權利要求所述雙電源快速切換控制裝置的雙電源快速切換控制方法，其特征在于，包括步驟11、當為第一負荷供電的工作電源母線失電時，控制器發(fā)出控制指令斷開第一母線斷路器；步驟12、控制器判斷快速切換條件是否滿足，是則執(zhí)行步驟15，否則執(zhí)行步驟13 ;步驟13、控制器發(fā)出控制指令閉合可控制動電阻組件中的第一母線快速開關，電阻器使第一母線的殘壓快速衰減；步驟14、控制器判斷殘壓切換條件滿足時，控制器發(fā)出控制指令斷開所述第一母線快速開關；步驟15、控制器發(fā)出控制指令閉合母聯(lián)斷路器，實現(xiàn)備用電源母線對第一負荷的快速供電。
7. —種采用權利要求1 5中任一權利要求所述雙電源快速切換控制裝置的雙電源快速切換控制方法，其特征在于，包括步驟21、當為第二負荷供電的備用電源母線失電時，控制器發(fā)出控制指令斷開第二母線斷路器；步驟22、控制器判斷快速切換條件是否滿足，是則執(zhí)行步驟25，否則執(zhí)行步驟23 ;步驟23、控制器發(fā)出控制指令閉合可控制動電阻組件中的第二母線快速開關，電阻器使第二母線的殘壓快速衰減；步驟24、控制器判斷殘壓切換條件滿足時，控制器發(fā)出控制指令斷開所述第二母線快速開關；步驟25、控制器發(fā)出控制指令閉合母聯(lián)斷路器，實現(xiàn)工作電源母線對第二負荷的快速供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙電源快速切換控制裝置和方法。雙電源快速切換控制裝置包括控制母聯(lián)斷路器連接第一母線和第二母線的控制器，所述控制器還與用于快速衰減失電母線殘壓的可控制動電阻組件連接?？煽刂苿与娮杞M件包括第一母線快速開關、第二母線快速開關和電阻器，第一母線快速開關的一端與第一母線連接，另一端與電阻器連接，控制端與控制器連接；第二母線快速開關的一端與第二母線連接，另一端與電阻器連接，控制端與控制器連接。當主切換不能實現(xiàn)時，本發(fā)明采用可控制動電阻組件在線調節(jié)母線殘壓衰減特性，使母線殘壓衰減時間縮短，實現(xiàn)“快速+快速”模式，提高了雙電源供電系統(tǒng)的切換速度。
文檔編號H02J9/06GK101710733SQ200910242138
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權日2009年12月9日
發(fā)明者凌玲, 宋安陽, 梁志珊 申請人:中國石油大學(北京)