极速切合组合电器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种极速切合组合电器，包括控制单元、开关特性测量单元和两套HGIS组合电器，每套HGIS组合电器上均安装有电流互感器和电压互感器，电流互感器和电压互感器均与控制单元的信号输入端电连接，控制单元的信号输出端连接每套HGIS组合电器中的断路器操动机构的分合闸回路，开关特性测量单元与每套HGIS组合电器中的断路器操动机构的全部开关特性采样回路连接，开关特性测量单元连接控制单元的信号输入端，所述每套HGIS组合电器中的断路器均为真空断路器，断路器操动机构均为电磁斥力操动机构。本实用新型具有切换速度快、切换过程对电网冲击小的特点，达到高中低压真空开关与自动化快切装置的最佳配合。
【专利说明】
极速切合组合电器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种双电源供电的自动切换组合电器，特别是切换速度超快的极速切合组合电器。
【背景技术】
[0002]在石化、钢铁及煤矿等大型工业企业，由于连续生产及安全的重要性，都会在各个电压等级进行双电源配置，目的就是在某一电源故障情况下，将另一电源投入，以使生产得以继续。长久以来，变电站广泛使用备自投装置或双电源切换模块来实现工作电源与备用电源之间的切换。近几年，随着电源快速切换装置在发电厂的厂用电系统的高厂变与起备变之间切换的成功应用，专门适用于工企变电站的电源快速切换装置也应运而生，在中石化等企业得到一定程度上的使用，在因雷击等故障导致的工作电源消失的情况下快速断开工作开关，合上备用开关，将备用电源投入以确保生产负荷的不间断运行。
[0003]由于电源快速切换装置只是用来控制断路器分合的二次设备，其本身的逻辑运算及反应时间可以做到一个周波以内，但目前广泛使用的真空断路器的分合时间少则几十毫秒，多则上百毫秒，这使得整个工作电源故障情况下的电源切换过程时间拉长，直接影响到了用电负荷在此过程中能否不停机运行。与此同时，由于现有电源快速切换装置只能控制工作开关与备用开关的分合时机，并不能左右开关的分合时间，因开关分合时间较长而导致即使切换成功，生产负荷仍然中断运行的情况屡有发生。
[0004]上述存在的问题在低压380V领域带来的问题尤为突出，由于低压负荷往往使用接触器以及变频器，无论是接触器还是变频器，对晃电的反应都非常灵敏，一般母线电压低于85%持续一个周波左右即断开，导致负荷停机;而380V母线的进线开关的分合闸时间一般都要达到60毫秒左右，所以无论电源快速切换装置逻辑判断和反应时间有多快，都无法发挥作用来确保进线电源故障情况下的负荷不间断运行。
[0005]基于上述原因，研制一种分合时间短且切换过程对电网的冲击和电压的波动都非常小的极速切合组合电器是非常有必要的，本案由此而生。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型采用可控开断和选相投切技术设计了极速切合组合电器，可以在工作电源发生故障时快速起动切换，投入备用电源，缩短切除故障和投入备用电源的整体时间。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:
[0008]极速切合组合电器，包括控制单元、开关特性测量单元和两套HGIS组合电器，每套HGIS组合电器上均安装有电流互感器和电压互感器，每套HGIS组合电器上的电流互感器和电压互感器均与控制单元的信号输入端电连接，控制单元的信号输出端连接每套HGIS组合电器中的断路器操动机构的分合闸回路，开关特性测量单元与每套HGIS组合电器中的断路器操动机构的全部开关特性采样回路连接，开关特性测量单元连接控制单元的信号输入端，所述每套HGIS组合电器中的断路器均为真空断路器，断路器操动机构均为电磁斥力操动机构;所述开关特性测量单元用于检测HGIS组合电器的动作特性并反馈给控制单元，所述控制单元用于判断工作电源的故障状态并向HGIS组合电器中断路器操动机构发出分合闸指令。
[0009]作为上述技术方案的进一步设置:
[0010]所述每套HGIS组合电器的断路器操动机构的控制电缆从其二次端子盒或航空插头引出，控制单元和开关特性测量单元的出线均从各自的二次端子排或航空插头引出。
[0011]所述每套HGIS组合电器上安装的电流互感器和电压互感器的出线均从各自的二次端子盒引出。
[0012]所述开关特性测量单元包括分别安装于每套HGIS组合电器的断路器操动机构上的传感器和开关量输入模块，每套HGIS组合电器上的传感器依次连接模拟滤波电路和采样保持电路后通过多路转换器与A/D模块相连，A/D模块连接MCU模块的信号输入端，开关量输入模块通过光电隔离电路与MCU模块的信号输入端相连。
[0013]所述M⑶模块包含超级输入输出芯片。
[0014]所述开关特性测量单元通过并行接口实现数据的传输。
[0015]所述控制单元包括与每套HGIS组合电器中的电流互感器和电压互感器依次相连的模拟滤波电路、采样保持电路、多路转换器和A/D模块，A/D模块连接MCU模块的信号输入端，MCU模块的信号输出端连接每套HG IS组合电器中断路器操动机构。
[0016]所述控制单元均通过并行接口实现数据的传输。
[0017]所述M⑶模块包含超级输入输出芯片。
[0018]所述控制单元还包括与MCU模块的信号输入端连接的按键模块，以及与MCU模块的信号输出端连接的显示模块。
[0019]本实用新型提供的极速切合智能组合电器，选用带电磁斥力操动机构的真空断路器，结合选相投切技术，解决了传统电源切换装置分合闸速度慢的问题；同时，利用开关特性测量单元对工作电源相关参数实时监测，能在第一时间快速捕捉到故障电源的故障信号，并通过控制单元计算准确的分合闸时间向断路器操动机构发出分合闸命令，使故障电源在电流过零点时刻分闸，备用电源在电压过零点时刻同期合闸。
[0020]本实用新型选相合闸克服了传统切换开关合闸时产生涌流和过电压对电网的冲击影响，选相分闸提高了断路器的开断能力和可靠性，也突破了真空断路器在高压电网应用的技术瓶颈，与现有备自投等切换系统相比，具有颠覆性的优势，不但可以实现真正意义上的“不停电”切换，为安全、连续生产保驾护航，还可以达到高中低压真空开关与自动化快切装置的最佳配合。
[0021]以下通过附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步阐述。
[0022]【附图说明】:
[0023]图1为本实用新型的结构连接示意图；
[0024]图2为本实用新型的控制原理结构框图；
[0025]图3为本实用新型开关特性测量单元的结构框图；
[0026]图4为本实用新型控制单元的结构框图。
[0027]【具体实施方式】:
[0028]本实用新型提供一种极速切合组合电器来代替传统的电源快速切换装置，具有切换速度快，切换过程对电网冲击小的特点。
[0029]下面结合图1至图4进一步说明本实用新型的技术方案，如图1所示，极速切合组合电器包括第一 HGIS组合电器I和第二 HGIS组合电器2，可将其中一个组合电器与当前工作电源连接，另一个与备用电源连接，为了便于说明，本实施例将第二HGIS组合电器2相连的电源作为工作电源，与第一HGIS组合电器I相连的电源作为备用电源。其中，第一HGIS组合电器I包括第一电流互感器11、第一电压互感器12和第一真空断路器，第一断路器操动机构13为电磁斥力操动机构;第二 HGIS组合电器2包括第二电流互感器21、第二电压互感器22和第二真空断路器，第二断路器操动机构23为电磁斥力操动机构。第一断路器操动机构13的全部开关特性采样回路和第二断路器操动机构23的全部开关特性采样回路分别连接开关特性测量单元3的信号输入端，开关特性测量单元3的信号输出端连接控制单元4的信号输入端;第一电流互感器11、第一电压互感器12、第二电流互感器21和第二电压互感器22分别连接控制单元4的信号输入端，控制单元4的信号输出端分别连接第一断路器操动机构13的分合闸回路和第二断路器操动机构23的分合闸回路。
[0030]为方便上述结构的线路连接，第一断路器操动机构13和第二断路器操动机构23的控制电缆从其二次端子盒或航空插头引出，控制单元4和开关特性测量单元3的出线也从各自的二次端子排或航空插头引出；第一电流互感器11、第一电压互感器12、第二电流互感器21和第二电压互感器22的出线均从各自设备的二次端子盒引出。
[0031]结合图3进一步说明上述方案中开关特性测量单元3的结构，其结构包括分别安装于第一断路器操动机构13和第二断路器操动机构23上的传感器以及开关量输入模块，传感器包括霍尔元件，用来采集HGIS组合电器的动作特性参数，如分合闸机械动作时间和控制元件的消耗时间等;开关量输入模块用来采集两个HGIS组合电器的开关状态。传感器将采集到的各自信息分别依次经过模拟滤波电路和采样保持电路后，通过一个多路转换器与A/D模块相连，完成信号的模数转换处理后反馈给MCU模块，两个开关量输入模块分别获取了两个HGIS组合电器的开关状态信息后，各自通过光电隔离电路与MCU模块的信号输入端连接。开关特性测量单元3采用并行接口实现与控制单元4数据的传输，因此，MCU模块包含超级输入输出芯片，可以将串行数据转换为并行数据方便数据的传输。
[0032]结合图4进一步说明上述方案中控制单元4的结构，其结构包括依次电连接的模拟滤波电路、采样保持电路、多路转换器、A/D模块和MCU模块，第一电流互感器11和第一电压互感器12获取第一 HGIS组合电器I的相关参数(包括电流、电压、功率等)，第二电流互感器21和第二电压互感器22获取第二HGIS组合电器2的相关参数(包括电流、电压、功率等)，两路采样信号各自经过模拟滤波和采样保持，通过一个多路转换器后由A/D模块完成模数信号转换，并反馈给MCU模块;MCU模块的信号输出端分别连接第一断路器操动机构13和第二断路器操动机构23。控制单元4也采用并行接口实现与开关特性测量单元3数据的传输，因此，MCU模块也包含超级输入输出芯片，可以将串行数据转换为并行数据方便数据的传输。为实现对不同电源的保护和智能控制，MCU模块的信号输入端还连接有按键模块，可以设定工作电源相关参数的预警值，便于极速切合组合电器对工作电源的保护；同时在MCU模块的信号输出端还连接有显示模块，可以对监测的工作电源工作状态参数实时显示。
[0033]本实用新型通过开关特性测量单元3实时对工作中的电源状态进行监测，所采集到的实时数据反馈给与之连接的控制单元4，可以通过控制单元4上的显示模块实时显示电源的工作参数。通过控制单元4上的按键模块设定工作电源的特性参数预警值，结合开关特性测量单元3共同实现对工作电源的实时监测和保护功能。当工作电源发生故障时，开关特性测量单元3可以第一时间捕捉到故障参数，并完成HGIS组合电器实时的分合闸时间运算，将上述信息及时传递给控制单元4;两个HGIS组合电器上的电流互感器和电压互感器所采集到的电流及电压反馈给控制单元4，由控制单元4计算出频率、功率方向等电气量，与设定的预警值比对进行故障的判断，从而快速启动切换逻辑，计算出合适的分合闸时间，判断出电流的过零点时刻，并以最近时刻的电流或电压零点时刻为基准，根据开关特性测量单元3预先测试的实时动作时间，向第二断路器操动机构23发出分闸的信号，使第二断路器操动机构23在下一个电流过零点时刻完成分闸；向第一断路器操动机构13发出合闸的信号，使第一断路器操动机构13在电压过零点时刻完成合闸，由此完成故障电源的切断以及备用电源的投入。
[0034]本实用新型提供的极速切合组合电器每一次的分合闸时间不是固定不变的，而是通过实时监测根据启动逻辑实时计算出的结果，因此，本实用新型提供的极速切合组合电器同时适用于厂用电和变电站等多种复杂情况下使用。采用带电磁斥力操动机构的真空断路器可以将分合闸时间控制在10毫秒以内，与传统电源快速切换装置分合闸时间为几十毫秒至一百毫秒相比快很多，使得故障电流能够快速切除，投入备用电源的总时间可以控制在30?50毫秒以内，充分有效保障了负载真正意义上的不断电，提升了安全生产运行的可靠性。
[0035]上述技术方案采用选相分合闸，即在电流过零点时刻分闸，电压过零点时刻合闸，克服了传统切换开关在分合闸时由于相位的不固定而产生幅值很高的过压和涌流，造成电气设备的绝缘击穿和可靠性降低的问题，有效避免了对电网的冲击，提高了系统的稳定性，延长了 HGIS组合电器的使用寿命和检修周期。同时，通过故障电流可控开断，有效提高了断路器的开断大电流的能力，减少了触头的磨损，突破了真空断路器在高压电网应用的技术瓶颈。本实用新型结构简单，以组合电器的形式进行设计，方便安装和使用，采用本实用新型提供的极速切合组合电器，可以达到高中低压真空开关与自动化快切装置的最佳配合。
[0036]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。
【主权项】
1.极速切合组合电器，其特征在于:包括控制单元、开关特性测量单元和两套HGIS组合电器，每套HGIS组合电器上均安装有电流互感器和电压互感器，每套HGIS组合电器上的电流互感器和电压互感器均与控制单元的信号输入端电连接，控制单元的信号输出端连接每套HGIS组合电器中的断路器操动机构的分合闸回路，开关特性测量单元与每套HGIS组合电器中的断路器操动机构的全部开关特性采样回路连接，开关特性测量单元连接控制单元的信号输入端，所述每套HGIS组合电器中的断路器均为真空断路器，断路器操动机构均为电磁斥力操动机构;所述开关特性测量单元用于检测HGIS组合电器的动作特性并反馈给控制单元，所述控制单元用于判断工作电源的故障状态并向HGIS组合电器中断路器操动机构发出分合闸指令。2.根据权利要求1所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述每套HGIS组合电器的断路器操动机构的控制电缆从其二次端子盒或航空插头引出，控制单元和开关特性测量单元的出线均从各自的二次端子排或航空插头引出。3.根据权利要求1所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述每套HGIS组合电器上安装的电流互感器和电压互感器的出线均从各自设备的二次端子盒引出。4.根据权利要求1所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述开关特性测量单元包括分别安装于每套HGIS组合电器的断路器操动机构上的传感器和开关量输入模块，每套HGIS组合电器上的传感器依次连接模拟滤波电路和采样保持电路后通过多路转换器与A/D模块相连，A/D模块连接MCU模块的信号输入端，开关量输入模块通过光电隔离电路与MCU模块的信号输入端相连。5.根据权利要求4所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述MCU模块包含超级输入输出芯片。6.根据权利要求4所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述开关特性测量单元通过并行接口实现与控制单元的数据的传输。7.根据权利要求1所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述控制单元包括与每套HGIS组合电器中的电流互感器和电压互感器依次相连的模拟滤波电路、采样保持电路、多路转换器和A/D模块，A/D模块连接MCU模块的信号输入端，MCU模块的信号输出端连接每套HGIS组合电器中断路器操动机构。8.根据权利要求7所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述控制单元均通过并行接口实现与开关特性测量单元数据的传输。9.根据权利要求7所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述MCU模块包含超级输入输出芯片。10.根据权利要求7所述的极速切合组合电器，其特征在于:所述控制单元还包括与MCU模块的信号输入端连接的按键模块，以及与MCU模块的信号输出端连接的显示模块。
【文档编号】H02J9/06GK205647006SQ201620380559
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】包红旗, 文化宾, 苗世华, 张闪
【申请人】中电新源智能电网科技有限公司