基于PLC的復(fù)合式轉(zhuǎn)換開關(guān)測控系統(tǒng)研究

張宏毅+魏新勞

摘 要：隨著機(jī)場、軍事場所、醫(yī)院、大型工業(yè)生產(chǎn)線等敏感性負(fù)載對供電的連續(xù)性可靠性的要求的提高，轉(zhuǎn)換開關(guān)在不同場合的供電系統(tǒng)中得到更加廣泛的應(yīng)用。因此如何使得轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置能夠安全、可靠地運(yùn)行顯得尤其重要。本文闡述了一種基于機(jī)械與電子復(fù)合技術(shù)的快速轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)和原理，并本文根據(jù)復(fù)合式快速轉(zhuǎn)換開關(guān)的特點(diǎn)和要求，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的測控系統(tǒng)來提高轉(zhuǎn)換開關(guān)的可靠性。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換開關(guān)；PLC；測控系統(tǒng)；可靠性

DOI：10.15938/j.jhust.2017.03.008

中圖分類號： TM564

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1007-2683（2017）03-0042-06

Abstract：The fast transfer switch gets more extensive application in the power supply system along with the raising of power supply requirement for continuity and reliability in the sensitivity loads such as in airport， military place， hospital and large scale industrial production line. Therefore it is important that how to make fast transfer switch run safely and reliably. The paper expatiated the structure and principle of a fast transfer switch based on mechanical and electronic compound technology， and， according to the basic requirement and the characteristic of the fast transfer switch， a PLC mastered measuring and controlling system has been designed to raise the operation reliability of the fast transfer switch.

Keywords：transfer switch； PLC； measurement and control system； reliability

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電力用戶對供電系統(tǒng)的連續(xù)性、可靠性的要求也在不斷提高，特別是對于一些重要公共場合，例如醫(yī)院、機(jī)場、消防、工業(yè)流水線、大型活動(dòng)場所等等，一旦出現(xiàn)斷電，將帶來不可估計(jì)的損失[1] 。一般情況下，需采用主、備兩路獨(dú)立電源為這些重要負(fù)載供電，以保證供電的連續(xù)性和可靠性。但是，僅有兩路獨(dú)立供電電源還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)?，如果沒有合適的電源切換設(shè)備，在兩路供電電源之間的切換可能就會(huì)需要比較長的時(shí)間，而這個(gè)時(shí)間就足以會(huì)對用戶造成嚴(yán)重的損失。比如，對于大規(guī)模集成電路生產(chǎn)企業(yè)而言，持續(xù)時(shí)間超過工頻電源一個(gè)周期（20ms）以上的供電間斷就能導(dǎo)致生產(chǎn)線上的產(chǎn)品報(bào)廢。再比如，對于大型活動(dòng)場所，比如大型體育比賽場館、大型劇院，其照明系統(tǒng)基本上都是采用高強(qiáng)度氣體放電燈（HID）作為主要照明燈具，而高強(qiáng)度氣體放電燈的工作原理決定了，一旦這種燈的供電間斷超過一定時(shí)間（一般也是在一個(gè)工頻供電周期左右），它的熱重起將會(huì)需要比較長的時(shí)間（此時(shí)間取決于燈周圍的散熱環(huán)境，一般將會(huì)達(dá)到數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘）。因此，如果在進(jìn)行大型賽事、文娛活動(dòng)時(shí)，觀眾人數(shù)數(shù)以萬計(jì)，如果活動(dòng)進(jìn)行過程中出現(xiàn)照明供電間斷并形成數(shù)分鐘乃至數(shù)十分鐘的黑暗，就有可能引發(fā)大規(guī)?；靵y，由此可見，對于這些電力用戶，除了必須有至少兩路獨(dú)立供電電源外，快速、可靠的電源切換裝置對于保證這些用戶的供電連續(xù)性、可靠性至關(guān)重要。一般而言，這個(gè)實(shí)現(xiàn)兩路電源之間切換的裝置就是轉(zhuǎn)換開關(guān)[2-4]。

轉(zhuǎn)換開關(guān)根據(jù)其動(dòng)作的可控性可以分成兩類：一類是人工手動(dòng)切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)，另一類是自動(dòng)切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)。顯然，人工手動(dòng)切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)不可能對于上面所提到的電力用戶的供電連續(xù)性有任何作用。而自動(dòng)切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)也并不是都可以滿足上述電力用戶的供電連續(xù)性要求。

自動(dòng)切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)按其主要組成部件的不同可以分成3類：第1類是純機(jī)械式轉(zhuǎn)換開關(guān)，這種開關(guān)就是將兩個(gè)機(jī)械式開關(guān)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)損耗很小，缺點(diǎn)是切換時(shí)間比較長，一般都在幾個(gè)工頻電源周期以上（數(shù)十乃至數(shù)百毫秒）；第2類是純電力電子元件組成的轉(zhuǎn)換開關(guān)，稱為固態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，這種開關(guān)是將晶閘管、IGBT、GTO等大功率高壓電力電子元件按照合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接來構(gòu)成的，優(yōu)點(diǎn)是切換時(shí)間比較短（數(shù)十到數(shù)百微秒），缺點(diǎn)是開關(guān)損耗大，工作時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重，需要加裝散熱措施；第3類是綜合了前兩類的優(yōu)點(diǎn)、克服了前兩類的缺點(diǎn)而形成的所謂混合式轉(zhuǎn)換開關(guān)（或稱作復(fù)合式轉(zhuǎn)換開關(guān)），簡單的理解，就是將前兩類轉(zhuǎn)換開關(guān)并聯(lián)使用，讓固態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)電源的快速切換的功能，而讓機(jī)械式轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)降低整個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)損耗的功能[5-8]。

轉(zhuǎn)換開關(guān)測控系統(tǒng)是決定轉(zhuǎn)換開關(guān)可靠工作的核心。它的主要作用是實(shí)現(xiàn)對兩路電源狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，按照事先設(shè)定的流程對轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換控制，使之實(shí)現(xiàn)要求的電源切換動(dòng)作[9-11]。

通過對雙電源供電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換裝置的市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于測控系統(tǒng)的故障導(dǎo)致雙電源供電系統(tǒng)不能正常供電的事故常有發(fā)生，這也是目前市場上該類產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊、故障率高的原因之一。因此，對雙電源供電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換裝置的測控技術(shù)進(jìn)行研究，并開發(fā)出高性能、可靠性高的轉(zhuǎn)換開關(guān)測控系統(tǒng)是非常有意義的[11-15]。