極速切合組合電器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種極速切合組合電器，包括控制單元、開關特性測量單元和兩套HGIS組合電器，每套HGIS組合電器上均安裝有電流互感器和電壓互感器，電流互感器和電壓互感器均與控制單元的信號輸入端電連接，控制單元的信號輸出端連接每套HGIS組合電器中的斷路器操動機構的分合閘回路，開關特性測量單元與每套HGIS組合電器中的斷路器操動機構的全部開關特性采樣回路連接，開關特性測量單元連接控制單元的信號輸入端，所述每套HGIS組合電器中的斷路器均為真空斷路器，斷路器操動機構均為電磁斥力操動機構。本實用新型具有切換速度快、切換過程對電網(wǎng)沖擊小的特點，達到高中低壓真空開關與自動化快切裝置的最佳配合。
【專利說明】
極速切合組合電器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種雙電源供電的自動切換組合電器，特別是切換速度超快的極速切合組合電器。
【背景技術】
[0002]在石化、鋼鐵及煤礦等大型工業(yè)企業(yè)，由于連續(xù)生產(chǎn)及安全的重要性，都會在各個電壓等級進行雙電源配置，目的就是在某一電源故障情況下，將另一電源投入，以使生產(chǎn)得以繼續(xù)。長久以來，變電站廣泛使用備自投裝置或雙電源切換模塊來實現(xiàn)工作電源與備用電源之間的切換。近幾年，隨著電源快速切換裝置在發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)的高廠變與起備變之間切換的成功應用，專門適用于工企變電站的電源快速切換裝置也應運而生，在中石化等企業(yè)得到一定程度上的使用，在因雷擊等故障導致的工作電源消失的情況下快速斷開工作開關，合上備用開關，將備用電源投入以確保生產(chǎn)負荷的不間斷運行。
[0003]由于電源快速切換裝置只是用來控制斷路器分合的二次設備，其本身的邏輯運算及反應時間可以做到一個周波以內(nèi)，但目前廣泛使用的真空斷路器的分合時間少則幾十毫秒，多則上百毫秒，這使得整個工作電源故障情況下的電源切換過程時間拉長，直接影響到了用電負荷在此過程中能否不停機運行。與此同時，由于現(xiàn)有電源快速切換裝置只能控制工作開關與備用開關的分合時機，并不能左右開關的分合時間，因開關分合時間較長而導致即使切換成功，生產(chǎn)負荷仍然中斷運行的情況屢有發(fā)生。
[0004]上述存在的問題在低壓380V領域帶來的問題尤為突出，由于低壓負荷往往使用接觸器以及變頻器，無論是接觸器還是變頻器，對晃電的反應都非常靈敏，一般母線電壓低于85%持續(xù)一個周波左右即斷開，導致負荷停機;而380V母線的進線開關的分合閘時間一般都要達到60毫秒左右，所以無論電源快速切換裝置邏輯判斷和反應時間有多快，都無法發(fā)揮作用來確保進線電源故障情況下的負荷不間斷運行。
[0005]基于上述原因，研制一種分合時間短且切換過程對電網(wǎng)的沖擊和電壓的波動都非常小的極速切合組合電器是非常有必要的，本案由此而生。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型采用可控開斷和選相投切技術設計了極速切合組合電器，可以在工作電源發(fā)生故障時快速起動切換，投入備用電源，縮短切除故障和投入備用電源的整體時間。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案為:
[0008]極速切合組合電器，包括控制單元、開關特性測量單元和兩套HGIS組合電器，每套HGIS組合電器上均安裝有電流互感器和電壓互感器，每套HGIS組合電器上的電流互感器和電壓互感器均與控制單元的信號輸入端電連接，控制單元的信號輸出端連接每套HGIS組合電器中的斷路器操動機構的分合閘回路，開關特性測量單元與每套HGIS組合電器中的斷路器操動機構的全部開關特性采樣回路連接，開關特性測量單元連接控制單元的信號輸入端，所述每套HGIS組合電器中的斷路器均為真空斷路器，斷路器操動機構均為電磁斥力操動機構;所述開關特性測量單元用于檢測HGIS組合電器的動作特性并反饋給控制單元，所述控制單元用于判斷工作電源的故障狀態(tài)并向HGIS組合電器中斷路器操動機構發(fā)出分合閘指令。
[0009]作為上述技術方案的進一步設置:
[0010]所述每套HGIS組合電器的斷路器操動機構的控制電纜從其二次端子盒或航空插頭引出，控制單元和開關特性測量單元的出線均從各自的二次端子排或航空插頭引出。
[0011]所述每套HGIS組合電器上安裝的電流互感器和電壓互感器的出線均從各自的二次端子盒引出。
[0012]所述開關特性測量單元包括分別安裝于每套HGIS組合電器的斷路器操動機構上的傳感器和開關量輸入模塊，每套HGIS組合電器上的傳感器依次連接模擬濾波電路和采樣保持電路后通過多路轉(zhuǎn)換器與A/D模塊相連，A/D模塊連接MCU模塊的信號輸入端，開關量輸入模塊通過光電隔離電路與MCU模塊的信號輸入端相連。
[0013]所述M⑶模塊包含超級輸入輸出芯片。
[0014]所述開關特性測量單元通過并行接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0015]所述控制單元包括與每套HGIS組合電器中的電流互感器和電壓互感器依次相連的模擬濾波電路、采樣保持電路、多路轉(zhuǎn)換器和A/D模塊，A/D模塊連接MCU模塊的信號輸入端，MCU模塊的信號輸出端連接每套HG IS組合電器中斷路器操動機構。
[0016]所述控制單元均通過并行接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0017]所述M⑶模塊包含超級輸入輸出芯片。
[0018]所述控制單元還包括與MCU模塊的信號輸入端連接的按鍵模塊，以及與MCU模塊的信號輸出端連接的顯示模塊。
[0019]本實用新型提供的極速切合智能組合電器，選用帶電磁斥力操動機構的真空斷路器，結合選相投切技術，解決了傳統(tǒng)電源切換裝置分合閘速度慢的問題；同時，利用開關特性測量單元對工作電源相關參數(shù)實時監(jiān)測，能在第一時間快速捕捉到故障電源的故障信號，并通過控制單元計算準確的分合閘時間向斷路器操動機構發(fā)出分合閘命令，使故障電源在電流過零點時刻分閘，備用電源在電壓過零點時刻同期合閘。
[0020]本實用新型選相合閘克服了傳統(tǒng)切換開關合閘時產(chǎn)生涌流和過電壓對電網(wǎng)的沖擊影響，選相分閘提高了斷路器的開斷能力和可靠性，也突破了真空斷路器在高壓電網(wǎng)應用的技術瓶頸，與現(xiàn)有備自投等切換系統(tǒng)相比，具有顛覆性的優(yōu)勢，不但可以實現(xiàn)真正意義上的“不停電”切換，為安全、連續(xù)生產(chǎn)保駕護航，還可以達到高中低壓真空開關與自動化快切裝置的最佳配合。
[0021]以下通過附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步闡述。
[0022]【附圖說明】:
[0023]圖1為本實用新型的結構連接示意圖；
[0024]圖2為本實用新型的控制原理結構框圖；
[0025]圖3為本實用新型開關特性測量單元的結構框圖；
[0026]圖4為本實用新型控制單元的結構框圖。
[0027]【具體實施方式】:
[0028]本實用新型提供一種極速切合組合電器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電源快速切換裝置，具有切換速度快，切換過程對電網(wǎng)沖擊小的特點。
[0029]下面結合圖1至圖4進一步說明本實用新型的技術方案，如圖1所示，極速切合組合電器包括第一 HGIS組合電器I和第二 HGIS組合電器2，可將其中一個組合電器與當前工作電源連接，另一個與備用電源連接，為了便于說明，本實施例將第二HGIS組合電器2相連的電源作為工作電源，與第一HGIS組合電器I相連的電源作為備用電源。其中，第一HGIS組合電器I包括第一電流互感器11、第一電壓互感器12和第一真空斷路器，第一斷路器操動機構13為電磁斥力操動機構;第二 HGIS組合電器2包括第二電流互感器21、第二電壓互感器22和第二真空斷路器，第二斷路器操動機構23為電磁斥力操動機構。第一斷路器操動機構13的全部開關特性采樣回路和第二斷路器操動機構23的全部開關特性采樣回路分別連接開關特性測量單元3的信號輸入端，開關特性測量單元3的信號輸出端連接控制單元4的信號輸入端;第一電流互感器11、第一電壓互感器12、第二電流互感器21和第二電壓互感器22分別連接控制單元4的信號輸入端，控制單元4的信號輸出端分別連接第一斷路器操動機構13的分合閘回路和第二斷路器操動機構23的分合閘回路。
[0030]為方便上述結構的線路連接，第一斷路器操動機構13和第二斷路器操動機構23的控制電纜從其二次端子盒或航空插頭引出，控制單元4和開關特性測量單元3的出線也從各自的二次端子排或航空插頭引出；第一電流互感器11、第一電壓互感器12、第二電流互感器21和第二電壓互感器22的出線均從各自設備的二次端子盒引出。
[0031]結合圖3進一步說明上述方案中開關特性測量單元3的結構，其結構包括分別安裝于第一斷路器操動機構13和第二斷路器操動機構23上的傳感器以及開關量輸入模塊，傳感器包括霍爾元件，用來采集HGIS組合電器的動作特性參數(shù)，如分合閘機械動作時間和控制元件的消耗時間等;開關量輸入模塊用來采集兩個HGIS組合電器的開關狀態(tài)。傳感器將采集到的各自信息分別依次經(jīng)過模擬濾波電路和采樣保持電路后，通過一個多路轉(zhuǎn)換器與A/D模塊相連，完成信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后反饋給MCU模塊，兩個開關量輸入模塊分別獲取了兩個HGIS組合電器的開關狀態(tài)信息后，各自通過光電隔離電路與MCU模塊的信號輸入端連接。開關特性測量單元3采用并行接口實現(xiàn)與控制單元4數(shù)據(jù)的傳輸，因此，MCU模塊包含超級輸入輸出芯片，可以將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)方便數(shù)據(jù)的傳輸。
[0032]結合圖4進一步說明上述方案中控制單元4的結構，其結構包括依次電連接的模擬濾波電路、采樣保持電路、多路轉(zhuǎn)換器、A/D模塊和MCU模塊，第一電流互感器11和第一電壓互感器12獲取第一 HGIS組合電器I的相關參數(shù)(包括電流、電壓、功率等)，第二電流互感器21和第二電壓互感器22獲取第二HGIS組合電器2的相關參數(shù)(包括電流、電壓、功率等)，兩路采樣信號各自經(jīng)過模擬濾波和采樣保持，通過一個多路轉(zhuǎn)換器后由A/D模塊完成模數(shù)信號轉(zhuǎn)換，并反饋給MCU模塊;MCU模塊的信號輸出端分別連接第一斷路器操動機構13和第二斷路器操動機構23。控制單元4也采用并行接口實現(xiàn)與開關特性測量單元3數(shù)據(jù)的傳輸，因此，MCU模塊也包含超級輸入輸出芯片，可以將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)方便數(shù)據(jù)的傳輸。為實現(xiàn)對不同電源的保護和智能控制，MCU模塊的信號輸入端還連接有按鍵模塊，可以設定工作電源相關參數(shù)的預警值，便于極速切合組合電器對工作電源的保護；同時在MCU模塊的信號輸出端還連接有顯示模塊，可以對監(jiān)測的工作電源工作狀態(tài)參數(shù)實時顯示。
[0033]本實用新型通過開關特性測量單元3實時對工作中的電源狀態(tài)進行監(jiān)測，所采集到的實時數(shù)據(jù)反饋給與之連接的控制單元4，可以通過控制單元4上的顯示模塊實時顯示電源的工作參數(shù)。通過控制單元4上的按鍵模塊設定工作電源的特性參數(shù)預警值，結合開關特性測量單元3共同實現(xiàn)對工作電源的實時監(jiān)測和保護功能。當工作電源發(fā)生故障時，開關特性測量單元3可以第一時間捕捉到故障參數(shù)，并完成HGIS組合電器實時的分合閘時間運算，將上述信息及時傳遞給控制單元4;兩個HGIS組合電器上的電流互感器和電壓互感器所采集到的電流及電壓反饋給控制單元4，由控制單元4計算出頻率、功率方向等電氣量，與設定的預警值比對進行故障的判斷，從而快速啟動切換邏輯，計算出合適的分合閘時間，判斷出電流的過零點時刻，并以最近時刻的電流或電壓零點時刻為基準，根據(jù)開關特性測量單元3預先測試的實時動作時間，向第二斷路器操動機構23發(fā)出分閘的信號，使第二斷路器操動機構23在下一個電流過零點時刻完成分閘；向第一斷路器操動機構13發(fā)出合閘的信號，使第一斷路器操動機構13在電壓過零點時刻完成合閘，由此完成故障電源的切斷以及備用電源的投入。
[0034]本實用新型提供的極速切合組合電器每一次的分合閘時間不是固定不變的，而是通過實時監(jiān)測根據(jù)啟動邏輯實時計算出的結果，因此，本實用新型提供的極速切合組合電器同時適用于廠用電和變電站等多種復雜情況下使用。采用帶電磁斥力操動機構的真空斷路器可以將分合閘時間控制在10毫秒以內(nèi)，與傳統(tǒng)電源快速切換裝置分合閘時間為幾十毫秒至一百毫秒相比快很多，使得故障電流能夠快速切除，投入備用電源的總時間可以控制在30?50毫秒以內(nèi)，充分有效保障了負載真正意義上的不斷電，提升了安全生產(chǎn)運行的可靠性。
[0035]上述技術方案采用選相分合閘，即在電流過零點時刻分閘，電壓過零點時刻合閘，克服了傳統(tǒng)切換開關在分合閘時由于相位的不固定而產(chǎn)生幅值很高的過壓和涌流，造成電氣設備的絕緣擊穿和可靠性降低的問題，有效避免了對電網(wǎng)的沖擊，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長了 HGIS組合電器的使用壽命和檢修周期。同時，通過故障電流可控開斷，有效提高了斷路器的開斷大電流的能力，減少了觸頭的磨損，突破了真空斷路器在高壓電網(wǎng)應用的技術瓶頸。本實用新型結構簡單，以組合電器的形式進行設計，方便安裝和使用，采用本實用新型提供的極速切合組合電器，可以達到高中低壓真空開關與自動化快切裝置的最佳配合。
[0036]以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍中。
【主權項】
1.極速切合組合電器，其特征在于:包括控制單元、開關特性測量單元和兩套HGIS組合電器，每套HGIS組合電器上均安裝有電流互感器和電壓互感器，每套HGIS組合電器上的電流互感器和電壓互感器均與控制單元的信號輸入端電連接，控制單元的信號輸出端連接每套HGIS組合電器中的斷路器操動機構的分合閘回路，開關特性測量單元與每套HGIS組合電器中的斷路器操動機構的全部開關特性采樣回路連接，開關特性測量單元連接控制單元的信號輸入端，所述每套HGIS組合電器中的斷路器均為真空斷路器，斷路器操動機構均為電磁斥力操動機構;所述開關特性測量單元用于檢測HGIS組合電器的動作特性并反饋給控制單元，所述控制單元用于判斷工作電源的故障狀態(tài)并向HGIS組合電器中斷路器操動機構發(fā)出分合閘指令。2.根據(jù)權利要求1所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述每套HGIS組合電器的斷路器操動機構的控制電纜從其二次端子盒或航空插頭引出，控制單元和開關特性測量單元的出線均從各自的二次端子排或航空插頭引出。3.根據(jù)權利要求1所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述每套HGIS組合電器上安裝的電流互感器和電壓互感器的出線均從各自設備的二次端子盒引出。4.根據(jù)權利要求1所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述開關特性測量單元包括分別安裝于每套HGIS組合電器的斷路器操動機構上的傳感器和開關量輸入模塊，每套HGIS組合電器上的傳感器依次連接模擬濾波電路和采樣保持電路后通過多路轉(zhuǎn)換器與A/D模塊相連，A/D模塊連接MCU模塊的信號輸入端，開關量輸入模塊通過光電隔離電路與MCU模塊的信號輸入端相連。5.根據(jù)權利要求4所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述MCU模塊包含超級輸入輸出芯片。6.根據(jù)權利要求4所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述開關特性測量單元通過并行接口實現(xiàn)與控制單元的數(shù)據(jù)的傳輸。7.根據(jù)權利要求1所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述控制單元包括與每套HGIS組合電器中的電流互感器和電壓互感器依次相連的模擬濾波電路、采樣保持電路、多路轉(zhuǎn)換器和A/D模塊，A/D模塊連接MCU模塊的信號輸入端，MCU模塊的信號輸出端連接每套HGIS組合電器中斷路器操動機構。8.根據(jù)權利要求7所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述控制單元均通過并行接口實現(xiàn)與開關特性測量單元數(shù)據(jù)的傳輸。9.根據(jù)權利要求7所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述MCU模塊包含超級輸入輸出芯片。10.根據(jù)權利要求7所述的極速切合組合電器，其特征在于:所述控制單元還包括與MCU模塊的信號輸入端連接的按鍵模塊，以及與MCU模塊的信號輸出端連接的顯示模塊。
【文檔編號】H02J9/06GK205647006SQ201620380559
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】包紅旗, 文化賓, 苗世華, 張閃
【申請人】中電新源智能電網(wǎng)科技有限公司