雙回路電源切換電路在施工中的運(yùn)用

明亮

【摘 要】本文首先介紹了電路的工作原理，然后介紹了電路的保護(hù)功能，接著介紹了應(yīng)用實(shí)例，最后介紹了信號(hào)電源的組成與故障分析以及解決措施。

【關(guān)鍵詞】雙回路電源；切換電路；施工中的運(yùn)用

一、前言

隨著電力的廣泛應(yīng)用，為了確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定和工作人員的安全，在許多的企業(yè)生產(chǎn)中都運(yùn)用了雙電源技術(shù)，安全可靠的電路同樣是施工中的重要保障。

二、工作原理

1、電路的特點(diǎn)

本電路利用可逆接觸器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與控制電路構(gòu)成機(jī)械與電氣的雙重互鎖，除了具有常規(guī)的失壓、欠壓、來(lái)電、過(guò)流和短路保護(hù)外，還具有缺相保護(hù)、逆送電保護(hù)和故障保護(hù)，本電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)注重安全性，操作方便，抗諧波干擾，不會(huì)因誤操作而導(dǎo)致電源切換事故。

2、電路的組成

本電路的原理如下，如圖所示，圖1為主電路，圖2、圖3為控制電路。在圖1中，AC1為工作電源，AC2為應(yīng)急電源，CB1為工作電源的進(jìn)線斷路器，CB2為應(yīng)急電源的進(jìn)線斷路器，c為可逆交流接觸器，它由工作電源的進(jìn)線接觸器cll和應(yīng)急電源的進(jìn)線接觸器C2l組成，接觸器C11、C2l之間存在機(jī)械聯(lián)鎖，C12為工作電源控制回路的中間繼電器，c22為應(yīng)急電源控制回路的中間繼電器，常閉觸頭Cl2和C22構(gòu)成電氣互鎖?？赡娼涣鹘佑|器C，通過(guò)機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)互鎖，它與控制電路中的中間繼電器c12、C22構(gòu)成機(jī)械與電氣雙重互鎖。

3、工作原理

平時(shí)由工作電源ACl對(duì)外供電，斷路器CB1和可逆交流接觸器C中的C1l接通，斷

路器CB2和可逆交流接觸器C中的C21斷開(kāi)。其工作原理如下：

當(dāng)工作電源AC1來(lái)電時(shí)，合上斷路器cB1，控制回路的中間繼電器C12線圈得電，其常開(kāi)觸頭C12吸合，常閉觸頭c12斷開(kāi)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕START1時(shí)，接觸器Cl1線圈得電，接觸器Cl1主觸頭吸合，工作電源Ac1對(duì)外供電。同時(shí)，自鎖觸頭c11也吸合，當(dāng)松開(kāi)啟動(dòng)按鈕START1時(shí)，接觸器Cll線圈仍然保持通電狀態(tài)，從而使工作電源ACl對(duì)外連續(xù)供電。

在工作電源Acl出現(xiàn)故障或要進(jìn)行檢修時(shí)，改為應(yīng)急電源AC2對(duì)外供電，斷路器CB1和接觸器C11主觸頭斷開(kāi)，應(yīng)急電源AC2來(lái)電，斷路器cB2閉合，按下啟動(dòng)按鈕START2，接觸器C2l主觸頭閉合，應(yīng)急電源AC2對(duì)外供電。

三、電路的保護(hù)功能

1、缺相保護(hù)

在工作電源Acl處于對(duì)外供電狀態(tài)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)缺a1相電，a1、C1回路中斷，接觸器C11線圈失電，C11主觸頭斷開(kāi)，工作電源ACl停止對(duì)外供電；當(dāng)出現(xiàn)缺b1相電時(shí)，b1、Cl回路中斷，中間繼電器C12線圈失電，其常開(kāi)觸頭c12斷開(kāi)，它切斷了a1、c1回路，使接觸器Cl1線圈失電，c11主觸頭斷開(kāi)，工作電源AC1停止對(duì)外供電；當(dāng)出現(xiàn)缺c1相電時(shí)，接觸器Cll線圈和中間繼電器Cl2同時(shí)失電，C11主觸頭斷開(kāi)，工作電源AC1停止對(duì)外供電。

在工作電源AC1對(duì)外供電前，al、b1、cl三相交流電中，只要出現(xiàn)缺一相電，工作電源AC1中的接觸器C11線圈將不會(huì)得電，按下START1按鈕時(shí)，接觸器cl1不會(huì)吸合，工作電源AC1因缺相故障無(wú)法對(duì)外供電。應(yīng)急電源AC2缺相保護(hù)原理同上。

2、失壓和欠壓保護(hù)

當(dāng)工作電源AC1的電壓因某種原因嚴(yán)重下降（降到額定電壓的85%）或消失，接觸器Cl1和中間繼電器Cl2的電磁力下降或消失，使得接觸器Cl1和中間繼電器C12的銜鐵釋放，常開(kāi)觸頭Cll和C12斷開(kāi)，工作電源停止對(duì)外供電。當(dāng)線路電壓正常時(shí)，接觸器線圈C11不能自動(dòng)通電，必須再次按下啟動(dòng)按鈕STARTl后才能重新啟動(dòng)，從而避免了線路正常后，工作電源AC1突然來(lái)電，引起設(shè)備或人身事故。應(yīng)急電源Ac2失壓和欠壓保護(hù)原理同上。

3、過(guò)載和短路保護(hù)

主電路中的斷路器cB1、CB2能實(shí)現(xiàn)負(fù)載的過(guò)載和短路保護(hù)，F(xiàn)l1、F12和F21、F22實(shí)現(xiàn)控制電路的短路保護(hù)。

4、來(lái)電保護(hù)

當(dāng)工作電源AC1對(duì)外供電時(shí)，如果斷路器CB2處于閉合狀態(tài)，應(yīng)急電源AC2突然來(lái)電，應(yīng)急電源的控制回路中的中間繼電器C22線圈得電，使工作電源ACl控制回路中的C22常閉觸頭斷開(kāi)，接觸器Cll線圈失電，主觸頭斷開(kāi)，工作電源AC1停止對(duì)外供電；當(dāng)應(yīng)急電源AC2對(duì)外供電時(shí)，如果工作電源的斷路器CB1處于閉合狀態(tài)，工作電源AC1突然來(lái)電，工作電源ACl控制回路中的中間繼電器Cl2線圈得電，使應(yīng)急電源AC2控制回路中的c12常閉觸頭斷開(kāi)，接觸器C21線圈失電，主觸頭斷開(kāi)，應(yīng)急電源AC2停止對(duì)外供電；

如果斷路器CB1和CB2都處于閉合狀態(tài)，ACl、AC2同時(shí)來(lái)電，中間繼電器c12、C22線圈得電，常閉觸點(diǎn)cl2、C22斷開(kāi)，不管是按下啟動(dòng)按鈕START1，還是按下啟動(dòng)按鈕START2，接觸器線圈Cll、C12不會(huì)得電，主觸頭不能閉合，工作電源Ac1和應(yīng)急電源Ac2都不會(huì)對(duì)外供電，也就是說(shuō)，工作電源AC1和應(yīng)急電源AC2不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)對(duì)外供電，這樣能防止兩個(gè)電源間的供電事故發(fā)生。

5、逆送電保護(hù)

平時(shí)由工作電源AC1對(duì)外供電，斷路器CBl和接觸器C1l處于閉合狀態(tài)，斷路器cB2和接觸器c21處于分?jǐn)酄顟B(tài)，Ac1控制回路中的中間繼電器c12處于吸合狀態(tài)，常閉觸頭Cl2、C22存在電氣互鎖，AC2控制回路中的常閉觸頭C12處于斷開(kāi)狀態(tài)，C12切斷了應(yīng)急電源的控制回路，使接觸器C2l線圈不會(huì)得電，主觸頭不能閉合同時(shí)，可逆交流接觸器C中的Cll、C21之間存在機(jī)械聯(lián)鎖，當(dāng)接觸器Cll主觸頭吸合后，即使接觸器C2l線圈意外得電，C2l的主觸頭也無(wú)法吸合，這種電氣和機(jī)械雙重互鎖，使工作電源Acl不會(huì)逆送到應(yīng)急電源Ac2中去，此外，經(jīng)過(guò)接觸器C21和斷路器CB2的兩級(jí)電氣隔離，更加安全地保護(hù)了AC2電力系統(tǒng)中人身與設(shè)備免受工作電源Ac1的影響。

工作電源AC1出現(xiàn)故障或要進(jìn)行檢修時(shí)，改為應(yīng)急電源AC2對(duì)外供電。逆送電保護(hù)原理同上，應(yīng)急電源Ac2也不會(huì)逆送到工作電源AC1中，保障了AC1電力系統(tǒng)中檢修人身與設(shè)備的安全。

6、故障保護(hù)

如果可逆接觸器中一組接觸器的觸頭出現(xiàn)熔焊故障（觸頭不能分?jǐn)啵?，而另一組接觸器被機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)互鎖，是無(wú)法合上的，同時(shí)，另一組接觸器的線圈工作回路被對(duì)方中間繼電器的常閉觸頭切斷，接觸器線圈不能得電，無(wú)法吸合，因此，不會(huì)出現(xiàn)逆送電或兩個(gè)電源同時(shí)對(duì)外供電的事故。因雙電源切換電路中的器件損壞、進(jìn)線電源系統(tǒng)故障和誤操作等原因都能使本電路出現(xiàn)故障保護(hù)，對(duì)外不供電或防止逆送電，可避免供電事故發(fā)生，只有解除了故障，按下啟動(dòng)按鈕后，本電路才能重新啟動(dòng)，對(duì)外正常供電。

四、應(yīng)用實(shí)例

1、工程介紹

用戶(hù)是某市的地稅大樓，由于大樓里計(jì)算機(jī)中心機(jī)房保存的數(shù)據(jù)都很重要，不允許長(zhǎng)時(shí)間斷電。

大樓里面?zhèn)溆胁婚g斷電源能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)房提供2h的電源，正常情況下計(jì)算機(jī)房的電源由低壓配電柜提供。低壓配電柜有兩套，由兩條不同線路送電源，正常情況下一路電源供一套配電柜，供電局保證兩路電源不會(huì)同時(shí)停電。

兩路電源中間設(shè)置母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)母聯(lián)開(kāi)關(guān)），當(dāng)?shù)谝宦冯娫赐ｋ姇r(shí)，第二路電源能通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)送到第一路配電回路，給重要負(fù)荷提供電源。反之，當(dāng)?shù)诙冯娫赐ｋ姇r(shí)，第一路電源能通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)送到第二路配電回路，給重要負(fù)荷提供電源。電氣系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

原設(shè)計(jì)中兩路電源為手動(dòng)切換，1QF、2QF、3QF采用機(jī)械（三鎖二鑰匙）聯(lián)鎖加電氣聯(lián)鎖，保證同一時(shí)間最多有兩臺(tái)開(kāi)關(guān)能夠工作。所謂三鎖二鑰匙機(jī)械聯(lián)鎖就是在兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)和一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)上設(shè)置機(jī)械鎖，只有插入鑰匙開(kāi)關(guān)才能夠合閘，三臺(tái)開(kāi)關(guān)配置兩把鑰匙，所以同一時(shí)間最多兩臺(tái)開(kāi)關(guān)投入工作。由于用戶(hù)配電間值班人員非電氣專(zhuān)業(yè)人員，實(shí)際操作起來(lái)有點(diǎn)困難，所以用戶(hù)想將手動(dòng)切換改為自動(dòng)切換。

2、方案介紹

由于此次工程是一項(xiàng)雙電源自動(dòng)切換改造工程，所以要從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單、最容易改造的方案。設(shè)計(jì)人員在電氣聯(lián)鎖控制回路上做了一下調(diào)整，調(diào)整后方案比原方案增加了兩個(gè)中間繼電器（1KA、2KA）；三個(gè)時(shí)間繼電器（1KT、2KT、3KT）；三個(gè)手動(dòng)-自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)（1SA、2SA、3SA）。改造后的控制原理圖如圖2、圖3所示。

3、工作原理分析

（一）、電源供電

1）先將三個(gè)手動(dòng)-自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)1SA、2SA、3SA上的“手動(dòng)，停，自動(dòng)”選擇旋鈕投向零位。2）供入1#、2#電源（X11、X13、X31、X33得電）。3）將1#電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)選擇旋鈕投至“自動(dòng)”位置，1QF合閘（X21、X23得電），1#電源投入運(yùn)行。4）將2#電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)選擇旋鈕投至“自動(dòng)”位置，2QF合閘（X41、X43得電），2#電源投入運(yùn)行。5）再將母聯(lián)開(kāi)關(guān)3QF選擇旋鈕投至“自動(dòng)”位置，做好備用電源自投準(zhǔn)備。

（二）、電源停電

1）1#電源停電時(shí)（X11、X13失電），1QF欠壓線圈失電，自動(dòng)掉閘（X21、X23失電），并且使得常閉觸點(diǎn)閉合。1#電源停電，1KA常閉觸點(diǎn)閉合，3QF欠壓回路接通（由X41、X43供電），3QF欠壓線圈得電吸合。3KT得電，延時(shí)后常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，3QF合閘回路得電接通，3QF合閘，3QF的常閉輔助觸點(diǎn)AX3斷開(kāi)，3KT失電，合閘線圈失電（保證合閘線圈不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間通電而燒毀）。2#電源投入，帶全部負(fù)荷。2）2#電源停電過(guò)程與1#電源相同。

（三）、電源恢復(fù)

1）1#電源停電，2#電源有電。當(dāng)1#電源恢復(fù)供電（X11、X13得電），1KA得電，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，3QF欠壓回路斷開(kāi)，欠壓線圈失電，3QF自動(dòng)掉閘。1QF欠壓回路接通，1KT得電吸合，經(jīng)過(guò)延時(shí)后1KT常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，1QF合閘回路得電接通，1QF合閘，1QF的常閉輔助觸點(diǎn)AX3斷開(kāi)，1KT失電，合閘線圈失電。1#電源自動(dòng)恢復(fù)。2）1#電源有電，2#電源停電。當(dāng)2#電源恢復(fù)供電，過(guò)程與1#電源恢復(fù)供電過(guò)程相同。

（四）、其他工作條件說(shuō)明。1）1QF、2QF、3QF三臺(tái)開(kāi)關(guān)只能同時(shí)合兩臺(tái)。2）母聯(lián)開(kāi)關(guān)3QF合閘條件：只有當(dāng)1#電源、2#電源有一路停電才能合閘。兩路電源均有電時(shí)不能合閘。3）若檢修時(shí)需要手動(dòng)合3QF，則需要短接圖3中127、103線路的相應(yīng)端子。4）1KT、2KT、3KT對(duì)應(yīng)的延時(shí)分為t1（1QF合閘延時(shí)時(shí)間）、t2（2QF合閘延時(shí)時(shí)間）、t3（3QF合閘延時(shí)時(shí)間），則t3>t1且t3>t2，t1取2s，t2取2s，t3取10s。

五、應(yīng)用實(shí)例信號(hào)電源的組成與故障分析以及解決措施

1、信號(hào)電源的組成。本工程的信號(hào)電源是由設(shè)在車(chē)站信號(hào)樓附近的信號(hào)箱變及設(shè)在信號(hào)樓的信號(hào)防雷箱等設(shè)備組成的供電單元。自閉電源經(jīng)電纜接入信號(hào)電源一號(hào)防雷箱，貫通電源與站變電源經(jīng)雙電源切換裝置后由電纜接入信號(hào)電源二號(hào)防雷箱，信號(hào)電源構(gòu)成示意圖如圖4所示。

2、PSK-E型雙電源智能切換裝置的構(gòu)成圖。本工程采用的PSK-E型雙電源智能切換裝置是綜合應(yīng)用先進(jìn)的電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩路獨(dú)立電源智能化管理、快速轉(zhuǎn)換的新產(chǎn)品；是當(dāng)前國(guó)際領(lǐng)先的“柔性交流輸電控制技術(shù)”在低壓配電線路用戶(hù)端的延伸應(yīng)用。在設(shè)計(jì)時(shí)采用了電壓過(guò)零點(diǎn)捕捉切換和不間斷切換的切換控制策略，同時(shí)輔以觸發(fā)器電氣互鎖電路。在保證了電源切換過(guò)程安全的前提下，裝置的切換時(shí)間得到了大大的縮短。高速切換性能使得該雙電源智能切換裝置在切換技術(shù)上達(dá)到一個(gè)新的高度，該裝置由主電路單元，切換控制單元和顯示操作單元組成。

3、智能雙電源電子快速切換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理。在電源正常工作時(shí)，微控制器控制晶閘管驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通一路電源，同時(shí)通過(guò)互鎖電路鎖定另一路電源，從而保證信號(hào)系統(tǒng)的單電源供電；當(dāng)電源發(fā)生故障時(shí)，微控制器的12位ADC模塊將經(jīng)過(guò)隔離采樣和交直流變換的模擬電壓/電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。微控制器通過(guò)處理這些數(shù)字信號(hào)，判斷出當(dāng)前電源的故障情況，然后選擇合適方式進(jìn)行電源切換；監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485總線取得電源狀態(tài)數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。

4、解決措施。分析清楚事故原因以后，針對(duì)雙電源切換裝置和變頻器分別采取了如下防范措施，效果良好。

1、消除接地隱患。更換發(fā)生不直接接地故障的#1爐渣倉(cāng)雙向皮帶機(jī)電機(jī)電纜。

2、優(yōu)化運(yùn)行方式。針對(duì)雙電源切換裝置“自投自復(fù)”、“自投不自復(fù)”、“互為備用，3種運(yùn)行方式，選用“自投不自復(fù)方式，即兩路電源正常情況下常用電源工作，若常用電源故障則自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用電源，備用電源故障則跳閘報(bào)警，即使常用電源恢復(fù)正常，開(kāi)關(guān)不自動(dòng)返回。

3、加裝隔離變壓器。選擇滿足電機(jī)容量的三相隔離變壓器，加裝在變頻器電源輸入側(cè)，當(dāng)發(fā)生電纜不直接接地故障變頻器輸入側(cè)相電壓升高時(shí)，變壓器直接將其過(guò)濾隔離，避免對(duì)其上級(jí)電源回路的影響。

4、規(guī)范變頻器管理。對(duì)全公司的變頻器使用情況進(jìn)行檢查歸類(lèi)，對(duì)不直接接地系統(tǒng)的變頻器的輸入回路增加相應(yīng)容量的隔離變壓器。

5、“舉一反三”排查。對(duì)全公司電控設(shè)備進(jìn)行排查，重點(diǎn)對(duì)保護(hù)、邏輯、接線、電纜絕緣等檢查，消除同類(lèi)設(shè)備存在的潛在隱患。

六、結(jié)束語(yǔ)

安全穩(wěn)定的雙電源切換電路，除了具有常規(guī)的失壓和欠壓來(lái)電、過(guò)流和短路保護(hù)外，還具有缺相保護(hù)逆送電保護(hù)和故障保護(hù)，不會(huì)因誤操作而導(dǎo)致電源切換事故，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。

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