专利名称：相序监控双路电自动转换柜的制作方法
技术领域：
本发明涉及低压配电领域。
背景技术：
银行证券、邮电通信、航天航空、国防军工和临床医疗的大型计算中心或网络通信中心都要求可靠而精密的电力供应，其供电系统一般采用多台有冗余备份的在线式UPS+双路市电+多台有冗余备份的快速启动柴油发电机的高可靠配置模式，在UPS之前的低压配电中，双路市电之间、市电与发电机之间的转换一般采用带机械和电子互锁功能的自动互投设备ATS。在这些高可靠而精密的低压供配电系统中，一些影响电力质量的，较大发生概率的随机问题，已经可以通过适当安装高品质的成品设备得以解决。譬如，针对雷电感应、大功率用电设备启停和电力线路切换所产生的电源瞬态浪涌，市场已有具备反映时间＜1nS、最大浪涌通流能力达600kA和正弦波跟踪特性的瞬态浪涌保护器(如美国EFI公司生产的TITAN SE系列)可供选用；针对雷电电流脉冲沿建筑物钢筋随机无序下导而产生的高频辐射，对大型计算中心或网络通信中心的低压供配电系统以及用电设备的干扰，市场已有具备能在雷电先导束接近时产生先发上闪流的控雷端子、离开自身20CM使辐射能降至近乎零的容性下导体和容易打入大地深层接地电极的室外控雷系统(如瑞士EF公司的EF控雷系统)可供那些大型计算中心或网络通信中心所在的特殊建筑设施选用。在上述大型计算中心或网络通信中心的低压供配电系统中，虽然安装了瞬态浪涌保护系统、室外控雷系统等保障供电质量的子系统，有效地提高了低压供配电的可靠性与精密度，但是，依然普遍存在着较小概率的事故隐患。譬如，运行中的UPS不能防护双路市电间以及市电与发电机间由ATS或人工转换时、或市电停电后再来电时发生的相序错或缺相事故。这样的事故一旦发生，势必烧毁UPS以及后级用电设备，后级设备损失的情况，依UPS保险管(FUSE)熔断丝熔断反应时间的不一致性而有所不同。问题的严重性在于损坏的硬件设备是可估价的，而这些大型计算中心或网络通信中心在事中丢失的数据与业务中断所造成的损失是不可估量的。
1994年，某银行省分行计算中心曾经历这样一场事故。当时相序错误的市电烧毁了2台80KVA UPS和正在运行的1台巨型磁盘阵列，该银行集中在这个中心的一个省会城市的业务，中断6小时之久。这类事故发生的直接原因是电力部门或用电单位变电站的施工人员没有严格按照规程操作，人为疏忽致使相序错误的市电或发电机电送至下级用电机构。也就是说，如果没有人为疏忽，这类事故永远不会发生。因此，这是一个小概率事件。但是这样的小概率事故造成的损失是惊人的，值得引起注意。
最近几年，通讯与网络的应用技术得到迅猛发展，计算中心的规模愈发巨大。如，中国工商银行实现了全国一个数据处理中心；中国银行正在实施全球一个数据处理中心的规划。不言而喻，这些中心对于供电系统可靠性的要求更高了。另一方面，国际知名电气设备制造商生产的采用成熟技术、具有很高可靠性、满足单一功能的各种电气部件不断面市。但针对上述小概率事件仍无良好的解决方案。
发明内容
本组合发明的目的就是提供一套UPS前的低压安全配电体系结构，以消除供电系统中可能引发大事故的小概率事件隐患。该体系结构具有相序监控双路电自动转换功能、全交流自恢复停电报警功能并集成瞬态浪涌保护功能，能有效地防止低压配电系统发生供电质量问题时危及用电设备和数据，为用电系统提供高可靠性、高安全性和高纯度的电力。
本组合发明具有以下优点(1)本组合发明以多个单项成熟技术为基础，构成一个完整的相序监控双路电自动转换柜体系结构。根据该体系结构，采用国际知名电气设备制造商生产的某些电气功能部件，可以直接生产出成品设备，推向市场，满足当前大型计算中心或网络通信中心低压供配电系统安全可靠之必须。
(2)本组合发明针对UPS前的低压供电线路上可能引发大事故的各种小概率事件，提供了一套低压配电中双路电安全自动转换的较全面解决方案。这套方案考虑到能够可靠防止将错相、缺相、过压和欠压的电力输入到后级用电系统；能够抑制电源浪涌干扰；能够在发生错相、缺相、过压和欠压情况或常用、备用电输入和UPS断电情况时，有区分地发出本地和远程警示信号，并可显示记录停电时间，可人工部分或全部消除闪光、声响、本地或远程警示信号，但系统正常供电后又能自动恢复到预警状态；能够在常用电输入和备用电输入上没有错相、缺相、过压和欠压情况下自动地转换电力，且有机械和电子互锁，确保后级用电系统输入为单一电力来源；能够提供主要子系统发生故障时的紧急处置预案，消除了体系结构自身的单点故障隐患。
下面结合说明书附图就本发明的一体化关联关系与功能进行描述。
本发明的相序监控双路电自动转换柜体系结构，主要功能子系统包括电压和相序检测控制子系统(3)、自动电源转换子系统(4)、互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)、瞬态电源浪涌保护子系统(6)、全交流自复位断电报警子系统(7)、分压电源指示子系统(1)和电压电流显示子系统(2)。
电压和相序检测控制子系统(3)电压和相序检测控制子系统(3)的电源输入/监测取样端与系统常用电的输入端连接，监测常用电的输入状态。常用电的输入状态正常与否，决定了电压和相序检测控制子系统(3)的输出端电压信号的有无以及相序错指示灯是否点亮。电压和相序检测控制子系统(3)的输出端与自动电源转换子系统(4)的电源输入/监测取样端连接，直接控制自动电源转换子系统(4)。当电压和相序检测控制子系统(3)监测到常用电输入存在缺相、错相、断电、过压或欠压电源质量问题时，电压和相序检测控制子系统(3)的输出端无电压信号，相序错指示灯点亮，这时无论自动电源转换子系统(4)处于备用电工作状态还是两路全失电状态，都不可能将有问题的常用电转换到相序监控双路电自动转换柜的输出端。
另一套电压和相序检测控制子系统(3)与系统备用电输入端的连接及实现功能跟上述镜像相同。
互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)的输入端与常用电输入的一路相线连接，其输出端直接控制自动电源转换子系统(4)的互锁开关断路器的电压脱扣线圈。只有当常用电输入有电时，才允许自动电源转换子系统(4)的互锁开关断路器合闸，而当常用电输入断电时，自动电源转换子系统(4)的互锁开关断路器必须分闸。
另一套互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)与备用电输入的连接方法及实现功能跟上述镜像相同。
自动电源转换子系统(4)自动电源转换子系统(4)主要功能是进行常用、备用电输入之间的自动转换，且有机械和电子互锁装置，使系统同一时间只能有一路输入电回路的互锁开关断路器合闸，确保相序监控双路电自动转换柜的输出端为单一电力来源。在互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)和电压和相序检测控制子系统(3)的配合控制下，完成在常用、备用两路电输入之间的自动转换动作。只有当两个互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)和两个和电压和相序检测控制子系统(3)检测到常用、备用电输入电力正常，即不缺相、不错相、不过压及不欠压时才允许自动电源转换子系统(4)完成常用、备用电输入之间自动转换动作。在此前提下，常用、备用电输入之间自动转换的规则是①当常用、备用电输入都有电时，常用电输入回路的互锁开关断路器合闸，备用电输入回路的互锁开关断路器分闸；②当常用电输入断电，备用电输入有电时，常用电输入回路的互锁开关断路器分闸，备用电输入回路的互锁开关断路器合闸；③当系统处于备用电输入回路的互锁开关断路器合闸状态，常用电输入再来电时，备用电输入回路的互锁开关断路器分闸，常用电输入回路的互锁开关断路器合闸；④当常用、备用电输入都断电时，常用电输入回路的互锁开关断路器分闸，备用电输入回路的互锁开关断路器分闸，常用、备用电输入某一路再来电时，则该回路的互锁开关断路器合闸，没来电回路的互锁开关断路器仍处于分闸状态。自动电源转换子系统(4)还具有手动强制转换功能，当电压和相序检测控制子系统(3)发生故障，但常用电输入或备用电输入有电，人工检查确认要转换的输入回路的电力不缺相、不错相、不过压及不欠压时，可以人工手动转换。
全交流自复位断电报警子系统(7)全交流自复位断电报警子系统(7)的工作电源由两路220Vac交流供给，一路取自相序监控双路电自动转换柜的输出端，另一路取自UPS(8)，其输出端与远程报警器(9)连接，实现以下功能A)、当相序监控双路电自动转换柜的输出端断电，即常用电输入和备用电输入均断电，或某一路有电但不正常，或两路都有电但都不正常时发出声光报警信号并开始显示断电计时；B)、在相序监控双路电自动转换柜的输出端断电期间，可人为部分或全部消除声或光，远程或本地报警信号，而不影响断电计时器继续计时；C)、当相序监控双路电自动转换柜的输出端恢复正常供电，即常用电输入和备用电输入中的任何一路恢复正常供电，或两路均恢复正常供电时，断电计时器停止计时，将所计本次断电时间存储在断电计时器内，显示本次断电时间，全交流自复位断电报警子系统(7)停止报警并自动复位到预警状态。
分压电源指示子系统(1)分压电源指示子系统(1)连接到常用电输入每一相线上，显示各相是否有电。在本体系结构中，分压电源指示子系统(1)不同于一般的电源指示灯，它要实现的功能是A)当相电压在规范范围内时分压电源指示子系统(1)的指示灯必须点亮。
B)当相电压低于170Vac时分压电源指示子系统(1)的指示灯必须熄灭。
另一套分压电源指示子系统(1)与备用电输入端的连接及要实现的功能跟上述镜像相同。
瞬态电源浪涌保护子系统(6)瞬态电源浪涌保护子系统(6)与相序监控双路电自动转换柜的输出端连接，其相线、中线和地线与相序监控双路电自动转换柜的输出端的相线、中线和地线对应连接。瞬态电源浪涌保护子系统(6)能够将雷电感应、设备启停和电力线路切换所产生的瞬间过电压钳制在低压配电系统有关抑制电源浪涌的规范容许的范围以内，可靠地防止瞬态浪涌对后级用电设备的损害及数据信号的干扰。
两个备用开关断路器(13)的设立是专为相序监控双路电自动转换柜需较长时间维护时，向UPS提供临时供电通路。
图1相序监控双路电自动转换柜体系结构框2分压电源指示模块逻辑框3全交流自复位断电报警器接口4相序监控双路电自动转换柜实施例系统框图具体实施方式
下面结合说明书附图4就本组合发明的具体实施方式
进行描述依据本发明的相序监控双路电自动转换柜体系结构而设计组装的相序监控双路电自动转换柜包括以下主要功能模块和部件两个含有相序错指示灯的RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)、NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)、两个MN/UVR250Vdc MN/UVR Temporisateur互锁开关断路器分合闸控制模块(5)、TSE-082-3M-S瞬态电源浪涌保护器(6)、两台备用开关断路器(12)，全交流自复位断电报警器(7)、两个分压电源指示模块(1)、电压电流显示模块(2)、远程报警器(9)和。其中(3)、(4)、(5)、和(12)为法国施耐德公司原装产品；(1)和(7)为自制设备；(6)为美国EFI公司生产的TITAN SE系列电源瞬态浪涌保护器。
图4中N常表示常用电源输入回路的中线；N备表示备用电源输入回路的中线；N、G分别表示相序监控双路电自动转换柜输出的中线和地线接线排；UPS(8)表示不间断电源系统设备，为本相序监控双路电自动转换柜的后级用电设备；NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)中包含双路自动切换控制子模块(10)和2个互锁开关断路器(11)。
RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)的电源输入/监测取样端的3路相线与系统常用电输入的3路相线对应连接，监测常用电输入的输入状态。常用电的输入状态正常与否，决定了RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)的输出端电压信号的有无以及相序错指示灯是否点亮。RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)的输出端与NS630NSTR23SE--自动电源转换模块(4)的双路自动切换控制子模块(10)的输入电源/监测取样端连接。当RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)监测到常用电输入存在缺相、错相、断电、过压或欠压电源质量问题时，RM-TR3电压和相序检测控制模块(3)的输出端无电压信号，相序错指示灯点亮，这时无论NS630NSTR23SE自动电源转换模块(4)处于备用电工作状态还是两路全断电状态，都不可能将有问题的常用电转换到相序监控双路电自动转换柜的输出端。
备用电输入端与另一套RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)的连接及实现功能跟上述镜像相同。
MN/UVR250Vdc MN/UVR Temporisateur互锁开关断路器分合闸控制模块(5)MN/UVR250Vdc MN/UVR Temporisateur互锁开关断路器分合闸控制模块(5)的输入端与常用电输入的一路相线连接，其输出端直接控制NS630NSTR23SE--自动电源转换模块(4)的互锁开关断路器(11)的电压脱扣线圈。只有当常用电输入有电时，才允许NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)的互锁开关断路器(11)合闸，而当常用电输入断电时，NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)的互锁开关断路器(11)必须分闸。
备用电输入端与另一套MN/UVR250Vdc MN/UVR Temporisateur互锁开关断路器分合闸控制模块(5)的连接及实现功能跟上述镜像相同。
NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)内含双路自动切换控制模块(10)和两个互锁开关断路器(11)。双路自动切换控制模块(10)的一个电源采样端口与常用电输入回路的RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)输出端口连接；另一个电源采样端口与备用电输入回路的RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)输出端口连接。两个电源采样端口的中线N与相序监控双路电自动转换柜的电源输出端N接线排连接。两个互锁开关断路器分合闸控制模块(5)的电压脱扣线圈的电磁阀分别与NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)的两个互锁开关断路器(11)的分合闸控制端口挂上。NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)的互锁开关断路器(11)在RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)和MN/UVR250VdcMN/UVR Temporisateur互锁开关断路器分合闸控制模块(5)的控制下完成常用和备用电输入的切换动作。NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)主要功能是进行常用、备用电输入之间的自动转换，且有机械和电子互锁装置，使系统同一时间只能有一路输入电回路的互锁开关断路器合闸，确保相序监控双路电自动转换柜的输出端为单一电力来源。只有当RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)检测到常用、备用电输入电力正常，即不缺相、不错相、不过压及不欠压时RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)的检测输出端才能给其所连接的双路自动切换控制模块(10)的电源采样端口输出电压信号，在MN/UVR250Vdc MN/UVR Temporisateur互锁开关断路器分合闸控制模块(5)的配合下，输入电力正常回路的互锁开关断路器(11)才能合闸，此时才允许NS630N STR23SE自动电源转换模块(4)按预定规则进行双路市电之间的自动转换动作。常用、备用电输入之间自动转换的规则是①当常用、备用电输入都有电时，常用电输入回路的互锁开关断路器(11)合闸，备用电输入回路的互锁开关断路器(11)分闸；②当常用电输入断电，备用电输入有电时，常用电输入回路的互锁开关断路器(11)分闸，备用电输入回路的互锁开关断路器(11)合闸；③当系统处于备用电输入回路的互锁开关断路器(11)合闸状态，常用电输入再来电时，备用电输入回路的互锁开关断路器(11)分闸，常用电输入回路的互锁开关断路器(11)合闸；④当常用、备用电输入都断电时，常用电输入回路的互锁开关断路器(11)分闸，备用电输入回路的互锁开关断路器(11)分闸，常用、备用电输入某一路再来电时，则该回路的互锁开关断路器(11)合闸，没来电回路的互锁开关断路器(11)仍处于分闸状态。NS630NSTR23SE自动电源转换模块(4)还具有手动强制转换功能，当RM-TR32电压和相序检测控制模块(3)发生故障，但常用电输入或备用电输入有电，人工检查确认要转换的输入回路的电力不缺相、不错相、不过压及不欠压时，可以人工手动转换。
全交流自复位断电报警器(7)全交流自复位断电报警器(7)的接口如图3所示，其中L、N分别代表相序监控双路电自动转换柜输出端的相线和中线；Lu、Nu分别代表UPS的相线和中线；a、b表示全交流自复位断电报警器(7)的输出端。全交流自复位断电报警器(7)的工作电源由两路220Vac交流供给，一路取自相序监控双路电自动转换柜的输出端，另一路取自UPS(8)，其输出端与远程报警器(9)连接，实现以下功能A)、当相序监控双路电自动转换柜的输出端断电，即常用电输入和备用电输入均断电，或某一路有电但不正常，或两路都有电但都不正常时发出声光报警信号并开始显示断电计时；B)、在相序监控双路电自动转换柜的输出端断电期间，可人为部分或全部消除声或光，远程或本地报警信号，而不影响断电计时器继续计时；C)、当相序监控双路电自动转换柜的输出端恢复正常供电，即常用电输入和备用电输入中的任何一路恢复正常供电，或两路均恢复正常供电时，断电计时器停止计时，将所计本次断电时间存储在断电计时器内，显示本次断电时间，全交流自复位断电报警器(7)停止报警并自动复位到预警状态。
分压电源指示模块(1)分压电源指示模块(1)连接到常用电输入每一相线上，显示各相是否有电。分压电源指示模块(1)要实现的功能是A)当相电压在规范范围内时分压电源指示模块(1)的指示灯必须点亮。
B)当相电压低于170Vac时分压电源指示模块(1)的指示灯必须熄灭。
备用电输入端与另一套分压电源指示模块(1)的连接及要实现的功能跟上述镜像相同。
分压电源指示模块(1)的电路连接如图2所示，其参数为L1、L2、L3和N分别表示三相电的相线和中线；F为保险管；R1为300kΩ电阻；R2为120kΩ电阻；A为氖灯。
在相线L1与中线N之间分压电源指示模块(1)的电路连接方式是F、R1及R2为串联连接；R2与A为并联连接。
在相线L2与中线N之间的分压电源指示模块(1)的电路连接与上述相同。
在相线L3与中线N之间的分压电源指示模块(1)的电路连接与上述相同。
TSE-082-3M-S瞬态电源浪涌保护模块(6)TSE-082-3M-S瞬态电源浪涌保护模块(6)的3路相线与相序监控双路电自动转换柜的电源输出端的3路相线对应连接，其N和G分别与相序监控双路电自动转换柜输出端的N和G接线排对应连接。TSE-082-3M-S瞬态电源浪涌保护模块(6)采用正弦波跟踪技术，反映时间＜1ns，瞬态最大通流能力≥360kA。能够将雷电感应、设备启停和电力线路切换所产生的瞬间过电压钳制在低压配电系统有关抑制电源浪涌的规范容许的范围以内，可靠地防止瞬态浪涌对后级用电设备的损害及数据信号的干扰。
两个备用开关断路器(12)的设立是专为相序监控双路电自动转换柜需较长时间维护时，向UPS提供临时供电通路的。
权利要求
1.本发明涉及一种相序监控双路电自动转换柜体系结构，主要功能子系统包括两个相序和电压检测控制子系统(3)、自动电源转换子系统(4)、两个互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)、瞬态电源浪涌保护子系统(6)、全交流自复位断电报警子系统(7)、远程报警器(9)、两个分压电源指示子系统(1)、电压与电流显示子系统(2)和两个备用开关断路器(13)。
2.根据权利要求1所述的相序监控双路电自动转换柜体系结构，其特征在于，所述的两个相序和电压检测控制子系统(3)、自动电源转换子系统(4)、两个互锁开关断路器分合闸控制子系统(5)、瞬态电源浪涌保护子系统(6)、全交流自复位断电报警子系统(7)、远程报警器(9)、两个分压电源指示子系统(1)、电压与电流显示子系统(2)和两个备用开关断路器(13)之间的一体化关联关系。
全文摘要
一种相序监控双路电自动转换柜的体系结构，针对UPS前的低压供电线路上可能引发大事故的各种小概率事件，提供了一套低压配电中双路电安全自动转换的较全面解决方案。这套方案能够可靠防止错相、缺相、过压和欠压的电力输入到后级用电系统；能够抑制电源浪涌干扰；能够在常用、备用电输入和UPS断电发生时，发出本地和远程警示信号，并显示记录停电时间，可人工消除警示信号，但系统正常供电后又能自动恢复到预警状态；能够在常用、备用电输入没有错相、缺相、过压和欠压情况下自动地转换电力，且有机械和电子互锁，确保后级为单一电力来源；能够提供主要子系统发生故障时的紧急处置预案，消除了体系结构自身的单点故障隐患。
文档编号H02H3/38GK1681181SQ20041002995
公开日2005年10月12日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者姜法全 申请人:姜法全