一种电源快速切换系统及其切换方法与流程

本发明涉及电力系统供电质量管理领域，特别是涉及一种电源快速切换系统及其切换方法。

背景技术：

目前国内变电站进线、母联开关之间均装设备自投装置。备自投装置一般都是由开关位置、检无压，并加适当延时来实现备用电源的自动投入的，即备自投相当于母线低电压“冷投”，同时备自投装置无同期检测功能。备自投在变电站的应用中存在以下问题：

1）在部分接入发电厂的110kv变电站，在事故情况下自动投入备用电源时，由于非同期的原因，合闸冲击大，备用电源保护动作，极易造成全站停电的重大事故；备自投装置退出运行时，在一路电源故障时，变电站将停电一半（分裂运行方式）或全站停电（一运一备运行方式）。

2）在部分35kv变电站，由于上级电源来自不同的110kv、220kv变电站，35kv变电站双回路电源进线之间存在30°固定角差，双回路不能进行并列合环操作，从而造成双回路电源倒闸操作时一段母线必须停电，操作繁琐。该类型变电站备自投装置，虽然能起到事故情况下的备用电源自投作用，但由于备自投装置无相频检测，备用电源自投时变压器极易受冲击损坏或绝缘老化，缩短使用寿命。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种电源快速切换系统，以适性地切换备用电源和进线电源及其方法。

本发明揭示了一种电源快速切换系统，包括cpu、dsp、a/d转换器、互感器、光耦隔离器、出口继电器、qdj、电源供应模块和人机交互模块；所述cpu与所述dsp属于控制模块，所述cpu连接人机界面交互模块、通讯模块、打印机以及实现录波等功能，所述dsp连接所述a/d转换器与光耦隔离器并接收其输出的数字信号，输出控制出口继电器与qdj的动作；所述互感器输出模拟信号连接a/d转换器，实现模拟量数据采集功能；所述光耦隔离器安全隔离dsp与外部开入；所述外部开入包括9路信号，输入连接光耦隔离器；所述电源供应模块为110v/220v直流电源，包括两对报警和闭锁接点，连接系统各模块；所述人机交互模块包括液晶显示模块、键盘、指示灯以及arm处理器，所述键盘连接cpu交互数据信息；所述出口继电器用来进行快速自动切换，连接dsp控制输出动作；所述qdj连接进线电源与出口继电器；所述+e即进线电源，系统控制其快速安全的切除；所述打印串口用来连接打印机与cpu。

本发明还揭示了用于母线电源快速切换方法，所述cpu与dsp控制模块的工作模式包括正常手动切换模式、事故切换模式以及非正常切换模式；切换方式包括并联自动切换、并联半自动切换、串联切换和同时切换；

所述并联自动切换的步骤为：

(1)手动起动切换，

(2)并联切换条件满足时，合cb3(cb1)开关，

(3)当延时满足“并联跳闸延时”定值，并确认cb3(cb1)开关合闸成功后，自动跳开cb1(cb3)开关；

所述并联半自动切换的步骤为：

（1）手动起动切换，

（2）并联切换条件满足时，合上cb3(cb1)开关，跳开cb1(cb3)开关的操作人工完成，

（3）若25s内cb1(cb3)开关仍未跳开，装置告警并闭锁切换；

所述串联切换的步骤为：

（1）手动起动切换，

（2）发出跳cb1(cb3)开关命令，待cb1(cb3)开关跳开且切换条件满足时，合上cb3(cb1)开关，

（3）当起动切换后，母线1电压与目标分支电压的频差小于“快切频差”定值、相差小于“快切相差”定值时启动快速切换，

（4）当母线1电压与目标分支电压的相差等于“同捕越前相角”定值，且母线1电压与目标分支电压的频差小于“同捕允许频差”定值时，启动越前相角切换，

（5）当“同捕开关越前时间”定值设定的延时后母线1电压与目标分支电压间的相差为零且母线1电压与目标分支电压的频差小于“同捕允许频差”定值时，启动越前时间切换，

（6）当母线1电压幅值低于“残压切换幅值”定值时，启动残压切换，当在“长延时时间”定值设定的延时内上述四种切换条件均不满足时，启动长延时切换；

所述同时切换的步骤为：

（1）手动起动切换，

（2）发出跳cb1(cb3)开关命令，经定值“同时切换合闸延时”后，无论cb1(cb3)开关是否跳开，切换条件满足时即发合cb3(cb1)开关命令。

用于母线电源快速切换方法，包括正常手动切换模式、事故切换模式以及非正常切换模式；当该工作模式为正常手动切换模式时，该控制模式判断起动方式通过装置菜单就地起动或通过控制台/dcs远方起动；当该工作模式为事故切换模式时，该控制模式判断起动方式通过保护接点起动；当该工作模式为非正常切换模式时，当该工作模式判断起动方式包含母线失压自动起动、线路无流自动起动和开关偷跳起动；当该工作模式为正常手动切换模式时，该切换判定条件可分为两种，第一种为并联切换，第二种为快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换以及长延时切换。第一种切换判定条件的切换方式为并联自动切换和并联半自动切换，第二种切换判定条件的切换方式为串联切换和同时切换；当该工作模式为事故切换时，该切换判定条件为快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换以及长延时切换，该切换方式为串联切换和同时切换；当该工作模式为非正常切换时，该切换判定条件为快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换以及长延时切换；当该工作模式判断起动方式为母线失压自动起动时，该切换方式为串联切换和同时切换；当该工作模式判断起动方式为线路无流自动起动时，该切换方式为串联切换和同时切换；当该工作模式判断起动方式为开关偷跳起动时，该切换方式为串联切换。

本发明的优点是：将先进的“快速热投”“同期捕捉”切换理论应用于变电站电源投切系统中，解决110kv变电站有发电厂接入的运行方式下，进线电源线路故障时，造成发电厂非同期并列问题；解决35kv变电站双电源进线间存在±30°角差时，倒闸操作需临时停电的问题。创新采用快速热投技术，防止涌流对发电机组、电容器组及开关所造成的冲击；利用电源有流方向过流闭锁技术，防止备用线路投至故障母线，对保障变电站可靠供电具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实例例一电源快速切换系统的示意图。

图2为本发明实例例一电源快速切换装置面板布置图。

图3为本发明实例例一电源快速切换装置背板布置图。

图4为本发明实例例一电源快速切换装置连接应用示意图。

图5为本发明实例例一无流快速切换起动示意图。

图6为本发明实例例一开关偷跳快速切换起动示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但实施例仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的特征及原理所做的等效变化，均包括于本发明专利申请范围内。

如图1所示，一种电源快速切换系统，包括有cpu、dsp、a/d转换器、互感器、光耦隔离器、出口继电器、qdj、电源供应模块和人机交互模块；所述cpu用来对整个系统控制管理，并连接人机界面交互、通讯以及实现录波等功能；所述dsp用来实现数字信号处理，逻辑计算和跳闸出口，采用光纤接口同步通讯，用来连接所述a/d转换器并接收其输出的数字信号；所述互感器用来完成电指标的安全测量工作，实现模拟量数据采集功能；所述光耦隔离器用来向dsp传输外部开入，并实现安全隔离；所述外部开入包括9路信号；所述电源供应模块为110v/220v直流电源，包括两对报警和闭锁接点；所述人机交互模块包括液晶显示模块、键盘、指示灯以及arm处理器，所述arm处理器用来完成液晶显示模块的实现控制，键盘的处理以及通过串口与cpu交互数据信息；所述出口继电器用来进行快速自动切换，由dsp控制动作；所述qdj用来安全切除进线电源与出口继电器；所述+e即进线电源。

本发明还揭示了用于母线电源快速切换方法，包括正常手动切换模式、事故切换模式以及非正常切换模式；当所述工作模式为正常手动切换模式时，所述控制模式判断起动方式通过装置菜单就地起动或通过控制台/dcs远方起动；当所述工作模式为事故切换模式时，所述控制模式判断起动方式通过保护接点起动；当所述工作模式为非正常切换模式时，当所述工作模式判断起动方式包含母线失压自动起动、线路无流自动起动和开关偷跳起动；当所述工作模式为正常手动切换模式时，所述切换判定条件可分为两种，第一种为并联切换，第二种为快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换以及长延时切换。第一种切换判定条件的切换方式为并联自动切换和并联半自动切换，第二种切换判定条件的切换方式为串联切换和同时切换；当所述工作模式为事故切换时，所述切换判定条件为快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换以及长延时切换，所述切换方式为串联切换和同时切换；当所述工作模式为非正常切换时，所述切换判定条件为快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换以及长延时切换；当所述工作模式判断起动方式为母线失压自动起动时，所述切换方式为串联切换和同时切换；当所述工作模式判断起动方式为线路无流自动起动时，所述切换方式为串联切换和同时切换；当所述工作模式判断起动方式为开关偷跳起动时，所述切换方式为串联切换。

如图4所示，左图为分段开关的快速切换，即两段母线分别由各自供电电源支路供电，分支1开关cb1、分支2开关cb2均闭合，母联开关cb3分位。当任一供电支路故障时，pcs-9655s电源快速切换装置根据故障情况，跳开cb1（或cb2），合母联开关cb3，两段母线均由无故障的电源支路供电，保证两段母线不失电。也可手动控制cb1（或cb2）和cb3的分合，进行供电电源支路的切换。如图4所示，右图为进线开关的快速切换，即母联开关cb3始终合位，切换在cb1和cb2之间双向进行。当供电支路故障时，pcs-9655s电源快速切换装置根据故障情况，跳开供电支路开关，合备用电源支路开关，两段母线均由无故障的电源支路供电，保证两段母线不失电。也可手动控制cb1和cb2的分合，进行供电电源支路的切换。

正常手动切换是指正常情况下进行的电源切换。通过装置屏幕菜单或控制台开关或ecs/dcs系统手动起动切换，完成开关cb1与cb3间的双向切换。正常手动切换可以远方起动切换也可以就地起动切换。

“投远控”开入退出时，手动切换控制权限为“就地控制”，只能通过装置屏幕菜单起动切换，操作过程详见6.2.5节“本地命令”的“手动切换”部分。切换方式由“就地切换方式”定值决定；

“投远控”开入投入时，手动切换控制权限为“远方控制”，通过控制台开关、屏上按钮或ecs/dcs系统接入“分支1手动切换”开入，手动起动切换。切换方式分为两组：“手动切换方式选择”开入投入时，切换方式为串联切换或同时切换，由“远方串同切换方式”定值决定；“手动切换方式选择”开入退出时，切换方式为并联自动切换或并联半自动切换，由“远方并联切换方式”定值决定。

切换过程简述如下：

1）并联自动切换

手动起动切换，并联切换条件满足时，合cb3(cb1)开关，延时满足“并联跳闸延时”定值，并确认cb3(cb1)开关合闸成功后，自动跳开cb1(cb3)开关。

2）并联半自动切换

手动起动切换，并联切换条件满足时，合上cb3(cb1)开关，跳开cb1(cb3)开关的操作人工完成。若25s内cb1(cb3)开关仍未跳开，装置告警并闭锁切换；

无论上述哪种方式，并联切换条件均指：

(1)母线1与目标分支间压差≤“并联切换压差”定值；

(2)母线1与目标分支间频差≤“并联切换频差”定值；

(3)母线1与目标分支间相差≤“并联切换相差”定值；

(4)装置未闭锁。

若起动后并联切换条件不满足，装置将闭锁切换，等待复归。

3）串联切换

手动起动切换，发出跳cb1(cb3)开关命令，待cb1(cb3)开关跳开且切换条件满足时，合上cb3(cb1)开关。切换条件包括：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。快速切换不成功时自动转入越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。

快速切换条件为：起动切换后，母线1电压与目标分支电压的频差小于“快切频差”定值、相差小于“快切相差”定值时快速切换条件满足。

越前相角切换条件为：母线1电压与目标分支电压的相差等于“同捕越前相角”定值，且母线1电压与目标分支电压的频差小于“同捕允许频差”定值时越前相角切换条件满足。

越前时间切换条件为：根据当前母线1电压与目标分支电压的频差及相角差，实时计算“开关越前时间”定值设定的延时后母线1电压与目标分支电压间的相差，相差为零且母线1电压与目标分支电压的频差小于“同捕允许频差”定值时越前时间切换条件满足。

残压切换条件为：当母线1电压幅值低于“残压切换幅值”定值时，残压切换条件满足。

长延时切换条件为：在“长延时时间”定值设定的延时内，如果上述四种切换条件均不满足，则延时结束后长延时切换条件满足。

下文中的“快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换”切换条件均与上述描述一致。

4）同时切换

手动起动切换，发出跳cb1(cb3)开关命令，经定值“同时切换合闸延时”后，无论cb1(cb3)开关是否跳开，切换条件满足时即发合cb3(cb1)开关命令。切换条件包括：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。快速切换不成功时自动转入越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。

切换过程详细如下：

（1）开入中“投远控”=on，“手动切换方式选择”=on。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“远方串同切换方式”=串联。“分支1手动切换”开入输入闭合短脉冲。则远方串同切换方式，正常手动切换和串联切换方式。

（2）开入中“投远控”=on，“手动切换方式选择”=on。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“远方串同切换方式”=同时。“分支1手动切换”开入输入闭合短脉冲。则远方串同切换方式，正常手动切换和同时切换方式。

（3）开入中“投远控”=on，“手动切换方式选择”=off。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“远方并联切换方式”=自动。“分支1手动切换”开入输入闭合短脉冲。则远方串同切换方式，正常手动切换和并联切换方式。

（4）开入中“投远控”=on，“手动切换方式选择”=off。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“远方并联切换方式”=半自动。“分支1手动切换”开入输入闭合短脉冲。则远方串同切换方式，正常手动切换和并联半自动切换方式。

（5）开入中“投远控”=off。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“就地切换方式”=串联。“分支1手动切换”菜单按提示操作。则就地切换方式，正常手动切换和串联切换方式。

（6）开入中“投远控”=off。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“就地切换方式”=同时。“分支1手动切换”菜单按提示操作。则就地切换方式，正常手动切换和同时切换方式。

（7）开入中“投远控”=off。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“就地切换方式”=自动。“分支1手动切换”菜单按提示操作。则就地切换方式，正常手动切换和并联自动切换方式。

（8）开入中“投远控”=off。定值中“切换总投入”=投入，“正常切换”=投入，“就地切换方式”=半自动。“分支1手动切换”菜单按提示操作。则就地切换方式，正常手动切换和并联半自动切换方式。

事故切换是指由于分支故障而引起的切换。将分支1上的保护装置出口接点接入本装置的“分支1保护起动”开入，由保护出口起动切换，只能由cb1切换至cb3。

事故切换分为串联切换和同时切换两种方式，由“事故切换方式”定值决定。

切换过程简述如下：

1）串联切换

由反映分支1故障的保护出口起动，发出跳cb1开关命令，待cb1开关跳开且切换条件满足时，合上cb3开关。切换条件包括：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。快速切换不成功时自动转入越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。即当定值中“切换总投入”=投入，“事故切换”=投入，“事故切换方式”=串联。“分支1保护起动”开入输入闭合短脉冲。

2）同时切换

由反映分支1故障的保护出口起动，发出跳cb1开关命令，经定值“同时切换合闸延时”后，无论cb1开关是否跳开，切换条件满足时即发合cb3开关命令。切换条件包括：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。快速切换不成功时自动转入越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。即当定值中“切换总投入”=投入，“事故切换”=投入，“事故切换方式”=同时。“分支1保护起动”开入输入闭合短脉冲。

不正常切换包括三种方式，母线失压切换、无流起动切换以及开关偷跳切换。

母线电压均持续低于“失压起动幅值”定值且进线无流(6%in)的时间超过“失压起动延时”定值，装置自动起动切换。

母线失压切换分为串联和同时两种方式，由“失压切换方式”定值决定，切换过程与事故切换相同，只能由cb1切换至cb3。

其起动条件如下：

当定值中“切换总投入”=投入，“失压切换”=投入，“失压切换方式”=串联。母线1三相电压持续低于“失压起动幅值”定值，且分支1无流，则不正常切换-母线失压切换方式为串联切换方式。

当定值中“切换总投入”=投入，“失压切换”=投入，“失压切换方式”=同时。母线1三相电压持续低于“失压起动幅值”定值，且分支1无流，则不正常切换-母线失压切换方式为同时切换方式

如图5所示，为线路1无流起动切换起动逻辑图，后续的跳、合操作采用串联还是同时方式由[无流切换方式]定值决定，切换过程与事故切换相同，只能由cb1切换至cb3。线路2无流起动切换与线路1无流起动切换的逻辑类同。

如图6所示，因误操作、开关机构故障等原因造成cb1开关误跳开时，装置自动起动切换，切换条件满足时，合上cb3开关。只能由cb1切换至cb3。切换条件包括：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。快速切换不成功时自动转入越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。

本发明包括低压减载控制，所述控制共设置两段低压减载出口，“减载i”和“减载ii”，两段出口动作过程相同，以低压减载一段为例：在切换过程中，当母线电压均持续低于“低压减载一段幅值”定值，满足定值“低压减载一段延时”的设定延时后，为利于重要辅机自起动，低压减载一段出口，切除次要辅机。出口接点为1s的闭合脉冲信号。

两段延时定值和电压幅值可分别设定，以目标分支开关合上为延时起始时间。此功能只在本装置进行切换时且目标分支开关合上后自动投入，投入1s后自动退出。

本发明包括后加速保护控制，在切换时为防止误投故障母线，本装置将输出两副脉冲信号接点，与分支后加速保护配合，快速切除故障。所述接点为1s的闭合脉冲信号。

对于无分支保护的场合，本系统提供后加速保护功能。目标分支开关合上后，在后加速有效时间内（固定开放为合闸后6s）监视目标分支电流，如任一相电流超过“后加速电流幅值”定值，满足“后加速延时”定值后跳目标分支开关。

本发明包括过流闭锁控制，故障越级跳闸情况下，若缺少相应的硬接线闭锁信号，快切装置将会误切换，将备用电源误投故障母线，导致故障范围扩大。为防止所述情况发生，本装置提供过流闭锁切换功能，在故障越级跳闸时会自动闭锁切换，故障解除后根据系统运行状态装置自动解除闭锁切换，重新投入运行。

当线路1电流持续大于“分支1过流闭锁幅值”的时间超过“分支1过流闭锁延时”定值时，闭锁切换。可通过“过流闭锁经方向”定值选择过流闭锁功能是否经方向。方向元件的灵敏角为225度，采用90度接线方式。方向元件和电流元件接成按相启动方式。方向元件带有记忆功能，可消除近处三相短路时方向元件的死区。

本发明包括母线开关联跳控制，当残压切换、长延时切换由于压差较大对电容器或小电源存在较大冲击时，设置母线联跳功能，可通过控制字[联跳母线1开关]和[联跳母线2开关]设定是否联跳相应母线开关。当满足残压切换或长延时切换时，装置首先联跳相应母线开关并判断相应开关母线开关跳开后，才进行后续切换操作。在定值[分合闸脉冲最大展宽时间]时间内，若响应联跳开关未跳开，则切换失败，终止切换过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。