一种直流输电换流阀水冷控制系统及交流双电源切换装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种直流输电换流阀水冷控制系统及交流双电源切换装置，属于直流输电【技术领域】。本发明在交流双电源的母线上设置2个3相电源检测元件KVM1和KVM2，检测母线上的交流电源检测元件KVM1和KVM2以及处于投入状态的一路交流电源进线上电源检测元件状态，以检测交流母线电压为主，进线电压为辅对双电源进行切换控制。本发明结构简单，能够有效避免以检测进线电源为依据来进行电源切换所带来事故，提高电源系统的稳定性。
【专利说明】一种直流输电换流阀水冷控制系统及交流双电源切换装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种直流输电换流阀水冷控制系统及交流双电源切换装置，属于直流 输电【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 高压直流输电（HVDC)具有超长距离和大容量输电、造价低、损耗小等优点，目前 在我国及其它国家得到广泛运用。换流阀是直流输电的核心设备，而高压大功率晶闸管又 是换流阀的核心设备部件，承担着整流（送端）、逆变（受端）大功率电能的传输，换流阀在 传输电能同时，自身也会产生较大的功率损耗，发热量大，需要可靠的冷却设备进行冷却， 以使换流阀和直流输电系统可以稳定运行。作为换流阀冷却最有效的冷却方式，换流阀水 冷系统随着直流输电项目也得到广泛应用。
[0003] 换流阀水冷系统的核心设备如主循环泵、冷却风机、喷淋泵等均采用交流电源供 电，交流电源的稳定对整个水冷系统具有非常重要的意义。因此电源系统的主流设计，广泛 采用双路交流电源的供电模式，终端采用ATS装置（双电源切换装置）。目前主要有如下几 种方式：
[0004] 1.两台独立的断路器切换方式的ATS
[0005] 此种方式的ATS由两台独立带电动操作机构的断路器作切换元件，用自动控制 器、断路器通过相应的插座，安装底板等安装在一起，由于断路器具有过载、短路、过欠压和 缺相等保护功能，因此可兼保护与切换功能于一体。两台断路器间设有机械和电气联锁方 式误动，如图1所示。
[0006] 该电路使用外围元件少，构造简单，造价低廉。
[0007] 存在的问题：电动操作机构不能频繁操作，动作时间长。在实际运行中出现过由于 电动操作机构卡滞，两路交流电源均不能投入，造成交流系统停电。因此可靠性相对较低。
[0008] 2.机电一体化自动转换开关切换方式的ATS
[0009] 此种机电一体化转换方式的ATS装置集开关、驱动机构和控制器于一体，具有 "I -0-ΙΙ"三个开关位置，保证转换时过零位。两路交流电源间设有机械、电气联锁，如图2 所示。
[0010] 该装置由于采用一体化设计，整体尺寸较小，同时具有丰富的手动调节功能，基本 可以满足大部分场合的应用。
[0011] 存在的问题：该装置采用一体化设计，当设备故障时，交流系统需停电，不能在线 检修及更换，无法满足具有更高可靠性要求的供电系统。如高压直流输电领域换流阀冷却 系统。
[0012] 上述ATS装置均以检测进线电源为依据来进行电源的切换。当主回路开关触点未 闭合，检测元件故障或由于其它原因造成交流母线失压时，切换装置无法做出相应的响应， 从而造成不必要的停电事故。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的是提供一种直流输电换流阀水冷控制系统及交流双电源切换装置， 以解决目前检测进线电源为依据来进行电源的切换所造成不必要停电事故的问题。
[0014] 本发明为解决上述技术问题提供了一种交流双电源切换装置，包括两路交流电源 进线，每路交流电源进线通过相应的接触器连接至交流母线，该切换装置还包括设置在交 流母线的3相电源检测元件。
[0015] 所述设置在交流母线上的3相电源检测元件为两个。
[0016] 所述每路交流电源进线上都设置有相应的电源检测元件。
[0017] 所述两路交流电源接触器之间电气互锁。
[0018] 所述两路交流电源接触器由PLC控制单元控制，PLC控制单元采取以检测交流母 线电压为主，进线电压为辅的方式进行控制。
[0019] 本发明为解决上述技术问题还提供可一种直流输电换流阀水冷控制系统，包括 PLC控制单元、I/O模块和和双供电电源及其切换装置，所述的切换装置包括两路交流电源 进线，每路交流电源进线通过相应的进线开关、接触器和隔离开关连接至交流母线，交流母 线设置有两个3相电源检测元件。
[0020] 所述每路交流电源进线上都设置有相应的电源检测元件。
[0021] 所述的PLC控制单元、I/O模块和双供电电源及其切换装置都是冗余设置，所述两 路交流电源的进线开关、接触器、电源检测元件的状态信息，以及交流母线电源检测元件的 状态信息，同时送至换流阀水冷控制系统中冗余设置的两个I/O模块。
[0022] 所述两路交流电源接触器由PLC控制单元控制，PLC控制单元采取以检测交流母 线电压为主，进线电压为辅的方式进行控制。
[0023] 本发明的有益效果是：本发明在交流双电源的母线上设置2个3相电源检测元件 KVM1和KVM2,检测母线上的交流电源检测元件KVM1和KVM2以及处于投入状态的一路交流 电源进线上电源检测元件状态，以检测交流母线电压为主，进线电压为辅对双电源进行切 换控制。本发明结构简单，能够有效避免以检测进线电源为依据来进行电源切换所带来事 故，提1?电源系统的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是现有技术中两台独立断路器切换方式的ATS原理图；
[0025] 图2是机电一体化自动转换开关切换方式的ATS原理图；
[0026] 图3是本发明实施例中换流阀水冷控制系统配置简图；
[0027] 图4是本发明交流双电源切换装置电源系统图；
[0028] 图5是本发明交流双电源切换装置控制电路图；
[0029] 图6是电源1为主电源时的交流双电源切换逻辑框图；
[0030] 图7是电源2为主电源时的交流双电源切换逻辑框图；
[0031] 图8是KM1为投入状态时的交流双电源切换逻辑框图；
[0032] 图9是KM2为投入状态时的交流双电源切换逻辑框图；
[0033] 图10是KM1为投入状态时交流电源进行1的电源检测元件自检逻辑框图；
[0034] 图11是KM2为投入状态时交流电源进行2的电源检测元件自检逻辑框图；
[0035] 图12是交流母线电源检测元件自检逻辑框图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0037] 本发明的一种直流输电换流阀水冷控制系统的实施例
[0038] 本实施例中的直流输电换流阀水冷控制系统由于其设备的重要性，采用冗余方 式，PLC控制系统，I/O模块和供电电源系统均采用双重化设计，以提高水冷系统的可靠性， 如图3所示，该系统包括CPU A、CPUB、I/O模块A、I/O模块B、两组供电系统A和B以及对 应的两个双电源切换装置ATS，供电系统A的双进行电源A1和A2通过ATS连接至CPU A， 供电系统B的双进行电源B1和B2通过相应的ATS连接至CPU B，CPU A和CPU B之间冗余 设置，CPU B和CPU B分别都与I/O模块A和I/O模块B相连，I/O模块A与供电系统A连 接，I/O模块B与供电系统B连接。换流阀水冷控制系统的CPU采用高性能S7-400H系列， 正常运行时，一个CPU为主，另一个处于热备用状态。两个CPU配置同步模板通过光缆连接， 实现CPU的硬件冗余。S7-400H采用热备用模式的主动冗余原理，发生故障时，可进行无扰 动地自动切换。无故障时两个I/O模块都处于运行状态，如果发生故障，正常工作的子单元 能独立完成整个过程的控制。
[0039] 每个供电系统的双电源切换装置ATS的结构如图4所示，包括交流电源进线1和 交流电源进线2,交流电源经进线1经进线开关QF1、接触器KM1、隔离开关QS1后连接至交 流母线，交流电源经进线2经进线开关QF2、接触器KM2、隔离开关QS2后也连接至交流母 线，两路进线电源上各设置1个3相电源检测元件KV1、KV2,母线上设置2个3相电源检测 元件KVMUKVM2。接触器KM1和KM2采用电气、软件互锁，同一时刻只有一台接触器能投入 运行。所有检测元件均具有欠压、相序、不平衡度、缺相保护功能。
[0040] 两路交流电源经进线接触器由不同的控制电源供电，并配置独立控制开关，如图5 所示。接触器KM1和KM2可以手动控制，也可以有PLC控制系统进行控制。正常运行时，手 动旋钮开关SA处于断开状态，由换流阀水冷控制系统中PLC驱动KA1、KA2或KB1、KB2继电 器来选择交流接触器KM1或KM2的投退。其中ΚΑΙ、KA2来自换流阀水冷控制系统A，KB1、 KB2来自换流阀水冷控制系统B。换流阀水冷控制系统对上述信息进行逻辑判断，来选择哪 一台接触器投入，具体的控制逻辑如下。
[0041] 如图6所示，同时满足交流电源进线1开关合上、交流电源进线1电源正常、设置 电源1为主电源时，优先投入交流电源进线1接触器KM1。当条件不满足时，投入交流电源 进线2接触器。当设置电源2为主电源时，如图7所示，切换逻辑与上雷同，不再重复说明。
[0042] 2)交流电源接触器投入后的切换逻辑
[0043] 交流电源进线1接触器KM1处于投入状态时，如图8所示，当交流电源检测元件 KVM1、KVM2、KV1这3个元件有任意两个元件状态为1时，即认为母线带电，此时保持当前接 触器KM1的投入；当交流电源检测元件KVM1、KVM2、KV1这3个元件有任意两个元件状态为 0时，切换至另一路接触器KM2。如交流电源监测元件KVM1、KVM2、KV2任意两个元件状态为 〇,且交流电源进线1的电源检测元件KV1状态由0变为1时，回切至接触器KM1。
[0044] 交流电源进线2接触器KM2处于投入状态时，如图9所示，当交流母线电源检测元 件KVM1、KVM2、KV2这3个元件有任意两个元件状态为1时，即认为母线带电，此时保持当前 接触器KM2的投入；当交流母线电源检测元件KVM1、KVM2、KV2这3个元件有任意两个元件 状态为0时，切换至另一路接触器KM1。如交流电源监测元件KVM1、KVM2、KV1任意两个元 件状态为〇,且交流电源进线2的电源检测元件KV2状态由0变为1时，回切至接触器KM2。 [0045] 上述判据采用三取二原则，避免个别元件故障而造成误判，从而极大降低了交流 电源的误动的几率。
[0046] 电源检测元件KV1、KV2、KVM1、KVM2长期处于带电运行状态，如设备老化，存在故 障的风险。且上述元件状态参与电源切换逻辑，因此本发明为了能够对其工作状态进行监 测，以及时进行更换，本发明还能够对交流电源检测元件进行自检，其自检逻辑如下：
[0047] 交流电源进线1检测元件自检逻辑：
[0048] 当交流电源进线1接触器KM1处于投入状态时，如图10所示，且交流母线电源检 测元件KVMUKVM2两者状态均为1，检测交流电源进线检测元件KV1的状态，如交流电源进 线检测元件KV1状态为0时，则说明该检测元件异常，需要更换。
[0049] 交流电源进线2检测元件自检逻辑：
[0050] 当交流电源进线2接触器KM2处于投入状态时，如图11所示，且交流母线电源检 测元件KVMUKVM2两者状态均为1，检测交流电源进线检测元件KV2的状态，如交流电源进 线检测元件KV2状态为0时，则说明该检测元件异常，需要更换。
[0051] 交流母线电源检测元件自检逻辑：
[0052] 当交流电源进线1接触器KM1处于投入状态且交流电源进线检测元件KV1为1时， 如图12所示，若交流母线电源检测元件KVM1、KVM2两者状态任一个为0,则说明该元件异 常。当交流电源进线2接触器KM2处于投入状态且交流电源进线检测元件KV1为1时，交 流母线电源检测元件KVM1、KVM2两者状态任一个为0,则报该元件异常。
[0053] 本发明摒弃以往采用以进线电压检测元件为主，进行电源切换的做法，通过在交 流母线上设置电源检测元件，检测交流母线电压为主和进线电压，以交流母线电压为主，进 线电压为辅的方式进行切换控制，逻辑控制元件采用三取二原则，有效避免因个别元件故 障造成切换装置误动。同时能够对交流电压检测元件进行自检，及时发现故障元件并能在 线更换。
[0054] 本发明的一种交流双电源切换装置的实施例
[0055] 本实施例中的交流双电源切换装置如图4所示，两路交流电源经进线开关、接触 器、隔离开关后连接至交流母线，接触器采用电气、软件互锁，同一时刻只有一台接触器能 投入运行。两路进线电源上各设置1个3相电源检测元件KV1、KV2,母线上设置2个3相 电源检测元件KVMUKVM2。所有检测元件均具有欠压、相序、不平衡度、缺相保护功能。两 路交流电源经进线接触器由不同的控制电源供电，并配置独立控制开关，如图5所示。正常 运行时，手动旋钮开关SA处于断开状态，由换流阀水冷控制系统驱动ΚΑΙ、KA2或KB1、KB2 继电器来选择交流接触器KM1或KM2的投退。其中ΚΑΙ、KA2来自换流阀水冷控制系统A， KB1、KB2来自换流阀水冷控制系统B。该装置具体的工作过程与上个实施例中的相同，这里 不再重复赘述。
[0056] 本发明摒弃以往采用以进线电压检测元件为主，进行电源切换的做法，通过在交 流母线上设置相应的电压检测元件，以检测交流母线电压为主，进线电压为辅的方式，逻辑 控制元件采用三取二原则，有效避免因个别元件故障造成切换装置误动。同时能够对交流 电压检测元件进行自检，及时发现故障元件并能在线更换。
【权利要求】
1. 一种交流双电源切换装置，包括两路交流电源进线，每路交流电源进线通过相应的 接触器连接至交流母线，其特征在于，该切换装置还包括设置在交流母线的3相电源检测 元件。
2. 根据权利要求1所述的交流双电源切换装置，其特征在于，所述设置在交流母线上 的3相电源检测元件为两个。
3. 根据权利要求2所述的交流双电源切换装置，其特征在于，所述每路交流电源进线 上都设置有相应的电源检测元件。
4. 根据权利要求3所述的交流双电源切换装置，其特征在于，所述两路交流电源接触 器之间电气互锁。
5. 根据权利要求4所述的交流双电源切换装置，其特征在于，所述两路交流电源接触 器由PLC控制单元控制，PLC控制单元采取以检测交流母线电压为主，进线电压为辅的方式 进行控制。
6. -种直流输电换流阀水冷控制系统，包括PLC控制单元、I/O模块和和双供电电源及 其切换装置，其特征在于，所述的切换装置包括两路交流电源进线，每路交流电源进线通过 相应的进线开关、接触器和隔离开关连接至交流母线，交流母线设置有两个3相电源检测 元件。
7. 根据权利要求6所述的直流输电换流阀水冷控制系统，其特征在于，所述每路交流 电源进线上都设置有相应的电源检测元件。
8. 根据权利要求7所述的直流输电换流阀水冷控制系统，其特征在于，所述的PLC控制 单元、I/O模块和双供电电源及其切换装置都是冗余设置，所述两路交流电源的进线开关、 接触器、电源检测元件的状态信息，以及交流母线电源检测元件的状态信息，同时送至换流 阀水冷控制系统中冗余设置的两个I/O模块。
9. 根据权利要求7所述的直流输电换流阀水冷控制系统，其特征在于，所述两路交流 电源接触器由PLC控制单元控制，PLC控制单元采取以检测交流母线电压为主，进线电压为 辅的方式进行控制。
【文档编号】H02J9/06GK104092282SQ201410292992
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】姚为正, 景兆杰, 郑安邦, 刘长运, 马根坡, 于敏华, 李云龙, 廖杨 申请人:许昌许继晶锐科技有限公司