一种多电源切换系统的制作方法

1.本发明涉及多电源切换系统，属于低压电气技术领域。


背景技术：

2.随着社会经济的不断发展，“工业4.0”、“互联网+”以及“泛在电力物联网”等的不断推进，对供电系统的供电可靠性要求越来越高，为此采用多路电源通过切换系统切换的方式来保证负载的连续供电。为了保证接入的多路电源间的安全性，防止两路电源同时接通产生短路，现有的一种方法是配置机械联锁来实现，但现有开关间的机械联锁均具有安装距离的要求，而多电源切换系统的开关往往相距较远，上述的机械联锁无法安装。另外一种方法是配备电气联锁，通过合闸控制电路中串接其他开关的辅助信号来实现电气联锁，但这种电气联锁对手动操作无效，因此上述两种措施均存在电源间短路的严重安全隐患，可能产生不可预计的损失。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种多电源切换系统，其联锁保护功能的实现不受开关的安装距离影响，具有成本低、控制灵活的优点，适用范围更广。
4.本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种多电源切换系统，包括控制单元和n个开关，n≥2；所述开关具有分别用于控制开关合闸、分闸的合闸控制装置、分闸控制装置以及用于向控制单元反馈开关合、分闸状态的位置信号反馈单元；所述分闸控制装置被配置为在收到分闸控制信号时可使其所在开关分闸并保持在分闸状态；所述控制单元根据各开关的位置信号反馈单元所反馈的各开关合、分闸状态进行以下的联锁保护操作：判断当前处于合闸状态的开关数量是否等于最多允许合闸的开关数m，m≤n-1，若两者相等时，向其余n-m个未合闸开关输出分闸控制信号。
5.进一步地，所述联锁保护操作还包括：若当前处于合闸状态的开关数量大于m时，向至少n-m个开关输出分闸控制信号。
6.进一步地，所述联锁保护操作还包括：若当前处于合闸状态的开关数量小于m时，不作控制处理。
7.优选地，所述开关为万能式断路器。
8.基于同一发明构思还可以得到以下的并列技术方案一种多电源切换系统，包括控制单元和n个开关，n≥2；所述开关具有分别用于控制开关合闸、分闸的合闸控制装置、分闸控制装置以及用于向控制单元反馈开关合、分闸状态的位置信号反馈单元；所述分闸控制装置被配置为在收到分闸控制信号时可使其所在开关分闸并保持在分闸状态；所述控制单元根据各开关的位置信号反馈单元所反馈的各开关合、分闸状态进行以下的联锁保护操作：判断当前处于合闸状态的开关数量是否小于等于最多允许合闸的开关数m，m≤n-1，若是，则向其余未合闸开关输出分闸控制信号。
9.进一步地，所述联锁保护操作还包括：若当前处于合闸状态的开关数量大于m时，向至少n-m个开关输出分闸控制信号。
10.进一步地，所述联锁保护操作还包括：在当前处于合闸状态的开关数量等于m时，如需要增加某一个开关合闸，控制单元先撤销该开关的分闸控制信号，然后再向该开关发出合闸控制信号。
11.优选地，所述开关为万能式断路器。
12.相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：本发明多电源切换系统联锁保护功能的实现不受开关的安装距离影响，对开关的手动和自动模式均有效，可大幅提高联锁保护的安全可靠性；本发明可利用开关原有的分闸控制装置，不增加零部件和接线，仅需对原有控制器进行软件升级即可，实现成本低；此外，参数m、n可方便地设置，控制灵活，适用范围广。
附图说明
13.图1为本发明多电源切换系统的一种具体结构框图；图2为本发明多电源切换系统的控制流程图；图3为本发明的一个双电源切换系统的结构原理示意图；图4为本发明的一个三电源切换系统的结构原理示意图；图5为本发明的一个两进线一母联切换系统的结构原理示意图；图6为本发明多电源切换系统的另一种控制流程图；图7为控制单元进行参数预设置的一个示例图。
具体实施方式
14.针对现有技术不足，本发明的解决思路是利用具有分闸控制装置和分合闸状态检测功能的开关构建多电源切换系统，并通过对控制单元的控制逻辑进行改进以实现不受开关安装距离影响且低成本的联锁保护。
15.本发明所提出的多电源切换系统，包括控制单元和n个开关，n≥2；所述开关具有分别用于控制开关合闸、分闸的合闸控制装置、分闸控制装置以及用于向控制单元反馈开关合、分闸状态的位置信号反馈单元；所述分闸控制装置被配置为在收到分闸控制信号时可使其所在开关分闸并保持在分闸状态；所述控制单元根据各开关的位置信号反馈单元所反馈的各开关合、分闸状态进行以下的联锁保护操作：判断当前处于合闸状态的开关数量是否等于最多允许合闸的开关数m，m≤n-1，若两者相等时，向其余n-m个未合闸开关输出分闸控制信号。
16.进一步地，所述联锁保护操作还包括：若当前处于合闸状态的开关数量大于m时，向至少n-m个开关输出分闸控制信号。
17.进一步地，所述联锁保护操作还包括：若当前处于合闸状态的开关数量小于m时，不作控制处理，或者，向其余未合闸开关输出分闸控制信号。
18.优先地，所述开关为万能式断路器。
19.为了便于公众理解，下面结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：图1显示了本发明多电源切换系统的一种具体结构，该多电源切换系统具有控制
单元和n个开关q1、q2...qn，n≥2；所述开关具有合闸控制装置、分闸控制装置、位置信号反馈单元和开关单元；所述控制单元具有n个合闸控制电路、n个分闸控制电路和n个位置信号检测电路，n个合闸控制电路分别与n个开关的合闸控制装置连接，n个分闸控制电路分别与n个开关的分闸控制装置连接，n个位置信号检测电路分别与n个开关的位置信号反馈单元连接；控制单元通过合闸控制电路输出合闸控制信号驱动合闸控制装置使开关单元合闸，控制单元通过分闸控制电路输出分闸信号驱动分闸控制装置使开关单元分闸，控制单元通过位置信号检测电路检测开关的合分闸状态；控制单元保持分闸控制信号输出时，分闸控制装置使其所在开关的合闸操作无效；控制单元可预设允许合闸的开关数m，m≤(n-1)；该控制单元根据各开关的位置信号反馈单元所反馈的各开关合、分闸状态进行以下的联锁保护操作：判断当前处于合闸状态的开关数量是否等于最多允许合闸的开关数m，m≤n-1，若两者相等时，向其余n-m个未合闸开关输出分闸控制信号；若当前处于合闸状态的开关数量小于m时，不作控制处理；若当前处于合闸状态的开关数量大于m时，向至少n-m个开关输出分闸控制信号。
20.图2显示了上述多电源切换系统的控制流程，控制单元通过位置信号检测电路检测开关的合分闸状态，计算合闸开关的数量，然后判断当前处于合闸状态的开关数量是否等于最多允许合闸的开关数m，若两者相等时，控制单元输出其余n-m个未合闸开关的分闸控制信号，使该n-m个开关处于分闸位置且无法合闸；若当前处于合闸状态的开关数量小于最多允许合闸的开关数m时，控制单元不作控制处理；若当前处于合闸状态的开关数量大于最多允许合闸的开关数m时，为避免或解除电源间短路，控制单元输出至少n-m个开关的分闸控制信号，使至少n-m个开关处于分闸位置。
21.图3显示了一个双电源切换系统（n=2，m=1）的具体结构，该双电源切换系统具有控制单元和2个开关q1、q2，n=2；开关q1、q2分别具有合闸控制装置、分闸控制装置、位置信号反馈单元和开关单元。控制单元具有2个合闸控制电路、2个分闸控制电路和2个位置信号检测电路；2个合闸控制电路分别与2个开关q1、q2的合闸控制装置连接，2个分闸控制电路分别与2个开关q1、q2的分闸控制装置连接，2个位置信号检测电路分别与2个开关q1、q2的位置信号反馈单元连接；控制单元通过合闸控制电路输出合闸控制信号驱动合闸控制装置使开关单元合闸，控制单元通过分闸控制电路输出分闸信号驱动分闸控制装置使开关单元分闸，控制单元通过位置信号检测电路检测开关的合分闸状态。如图3所示，1#电源接入开关q1的输入端，2#电源接入开关q2的输入端，开关q1、q2的输出端连接在一起后作为电源输出端，为后级负载电路供电；为防止两路电源间短路，该系统的2个开关同一时刻最多允许1台开关处于合闸状态；控制单元预设允许合闸的开关数m =1，满足m≤(2-1)，当控制单元检测到一个开关处于合闸状态时，输出另一个开关的分闸控制信号，使另一个开关处于分闸位置且无法合闸，例如当开关q1处于合闸状态时，控制单元输出开关q2的分闸控制信号，使开关q2处于分闸位置且无法合闸；当开关q2处于合闸状态时，控制单元输出开关q1的分闸控制信号，使开关q1处于分闸位置且无法合闸；当系统受外部非法操作导致开关q1、q2处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2中至少一个开关的分闸控制信号，使开关q1或q2处于分闸位置且无法合闸，或q1、q2都处于分闸位置且无法合闸，防止两路电源长时间并联。
22.开关q1、q2可以采用现有的万能式断路器，其开关单元由壳体、触头灭弧系统、导电回路等组成，合闸控制装置由操作机构和合闸电磁铁组成，分闸控制装置由操作机构和
分励脱扣器组成，手动操作装置由操作机构和合分闸按钮等组成，位置信号反馈单元由一组微动开关组成。操作机构由电机或手动实现预储能，外部输入电源给合闸电磁铁，合闸电磁铁能使操作机构的储能弹簧力瞬间释放，使断路器触头系统快速闭合，实现电控合闸操作；外部输入电源给分励脱扣器，分励脱扣器能使操作机构分闸弹簧力瞬间释放，使断路器触头系统快速断开，实现电控分闸操作，并且当外部输入电源保持时，分励脱扣器能使操作机构无法合闸，即使此时输入电源给合闸电磁铁或手动操作合闸按钮，也无法使断路器合闸。也可通过手动操作断路器面板上的合闸按钮使操作机构的储能弹簧力瞬间释放，使断路器触头系统快速闭合，实现手动合闸操作；通过手动操作断路器面板上的分闸按钮使操作机构分闸弹簧力瞬间释放，使断路器触头系统快速断开，实现手动分闸操作。由上述万能式断路器作为开关的双电源转换系统，为防止两路电源间短路，该系统的2个开关同一时刻最多允许1台开关处于合闸状态。控制单元预设允许处于合闸状态的开关数m =1，控制单元检测到开关q1处于合闸状态时，输出开关q2的分闸控制信号给q2的分励脱扣器，使开关q2处于分闸位置且无法电动或手动合闸，确保了两个开关不会同时合闸，进而保证两路电源不会短路；当检测到开关q2处于合闸状态时，控制单元输出开关q1的分闸控制信号给q1的分励脱扣器，使开关q1处于分闸位置且无法电动或手动合闸，确保了两个开关不会同时合闸，进而保证两路电源不会短路。本实施例的控制单元具有自动和手动工作模式，可通过人机界面设定相应的工作模式，当设定为手动模式时，控制单元退出合闸操作权限，但保留对开关合分闸状态的监测，当控制单元检测到一个开关处于合闸状态时，输出另一个开关的分闸控制信号，使另一个开关处于分闸位置且无法合闸；当设定为自动模式时，控制单元通过检测两路电源是否正常来进行自动转换操作，例如起始1#、2#进线电源都正常，开关q1、q2处于分闸状态，控制单元检测到上述状态后，通过合闸控制电路输出合闸控制信号给开关q1的合闸电磁铁，合闸电磁铁使开关q1操作机构的储能弹簧力瞬间释放，使开关q1的触头系统快速闭合，实现自动合闸操作，然后输出q2开关的分闸控制信号给q2开关的分励脱扣器，使开关q2处于分闸位置且无法合闸；若1#进线电源异常，控制单元输出信号给开关q1的分励脱扣器，使开关q1分闸，再撤销开关q2的分励脱扣器信号，然后输出信号给开关q1的合闸电磁铁，使开关q1合闸，实现电源异常的自动转换。
23.图4显示了一个三电源切换系统（n=3，m=1）的具体结构，该三电源切换系统具有控制单元和3个开关q1、q2、q3，n=3；开关q1、q2、q3分别具有合闸控制装置、分闸控制装置、位置信号反馈单元和开关单元。控制单元具有3个合闸控制电路、3个分闸控制电路和3个位置信号检测电路；3个合闸控制电路分别与3个开关q1、q2、q3的合闸控制装置连接，3个分闸控制电路分别与3个开关q1、q2、q3的分闸控制装置连接，3个位置信号检测电路分别与3个开关q1、q2、q3的位置信号反馈单元连接；控制单元通过合闸控制电路输出合闸控制信号驱动合闸控制装置使开关单元合闸，控制单元通过分闸控制电路输出分闸信号驱动分闸控制装置使开关单元分闸，控制单元通过位置信号检测电路检测开关的合分闸状态；1#电源接入开关q1的输入端，2#电源接入开关q2的输入端，3#电源接入开关q3的输入端，开关q1、q2、q3的输出端连接在一起后作为电源输出端，为后级负载电路供电。为防止两路电源间短路，该系统的3个开关同一时刻最多允许1台开关处于合闸状态。控制单元预设允许合闸的开关数m =1，满足m≤(3-1)，当控制单元检测到一个开关处于合闸状态时，输出另二个开关的分闸控制信号，使另二个开关处于分闸位置且无法合闸；例如当开关q1处于合闸状态时，控制单
元输出开关q2、q3的分闸控制信号，使开关q2、q3处于分闸位置且无法合闸；当开关q2处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q3的分闸控制信号，使开关q1、q3处于分闸位置且无法合闸；当开关q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2的分闸控制信号，使开关q1、q2处于分闸位置且无法合闸；当系统受外部非法操作导致开关q1、q2处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2、q3中至少两个开关的分闸控制信号，使开关q1、q2处于分闸位置且无法合闸，或开关q2、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q2、q3都处于分闸位置且无法合闸；当系统受外部非法操作导致开关q1、q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2、q3中至少两个开关的分闸控制信号，使开关q1、q2处于分闸位置且无法合闸，或开关q2、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q2、q3都处于分闸位置且无法合闸；当系统受外部非法操作导致开关q2、q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2、q3中至少两个开关的分闸控制信号，使开关q1、q2处于分闸位置且无法合闸，或开关q2、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q2、q3都处于分闸位置且无法合闸；当系统受外部非法操作导致开关q1、q2、q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2、q3中至少两个开关的分闸控制信号，使开关q1、q2处于分闸位置且无法合闸，或开关q2、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q2、q3都处于分闸位置且无法合闸。
24.图5显示了一个两进线一母联切换系统（n=3，m=2）的具体结构，该两进线一母联切换系统具有控制单元和3个开关q1、q2、q3，n=3。开关q1、q2、q3分别具有合闸控制装置、分闸控制装置、位置信号反馈单元和开关单元。控制单元具有3个合闸控制电路、3个分闸控制电路和3个位置信号检测电路。3个合闸控制电路分别与3个开关q1、q2、q3的合闸控制装置连接，3个分闸控制电路分别与3个开关q1、q2、q3的分闸控制装置连接，3个位置信号检测电路分别与3个开关q1、q2、q3的位置信号反馈单元连接。控制单元通过合闸控制电路输出合闸控制信号驱动合闸控制装置使开关单元合闸，控制单元通过分闸控制电路输出分闸信号驱动分闸控制装置使开关单元分闸，控制单元通过位置信号检测电路检测开关的合分闸状态。1#电源接入开关q1的输入端，2#电源接入开关q2的输入端，开关q1、q2的输出端分别连接开关q3的输入端和输出端，组成两路电源供电、母线分段的两进线一母联控制系统，两段母线分别为其后级的负载电路供电。为防止两路电源间短路，该系统的3个开关同一时刻最多允许2台开关处于合闸状态。控制单元预设允许合闸的开关数m =2，满足m≤(3-1)，当控制单元检测到二个开关处于合闸状态时，输出另一个开关的分闸控制信号，使另一个开关处于分闸位置且无法合闸。例如当开关q1、q2处于合闸状态时，控制单元输出开关q3的分闸控制信号，使开关q3处于分闸位置且无法合闸；当开关q1、q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q2的分闸控制信号，使开关q2处于分闸位置且无法合闸；当开关q2、q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q1的分闸控制信号，使开关q1处于分闸位置且无法合闸；当系统受外部非法操作导致开关q1、q2、q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2、q3至少一个开关的分闸控制信号，使开关q1处于分闸位置且无法合闸，或开关q2处于分闸位置且无法合闸，或开关q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q2处于分闸位置且无法合闸，或开关q2、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q3处于分闸位置且无法合闸，或开关q1、q2、q3都处于分闸位置且无法合闸。
25.本发明的另一方案：
在图1显示的本发明多电源切换系统的具体结构中，该多电源切换系统具有控制单元和n个开关q1、q2...qn，n≥3；所述开关具有合闸控制装置、分闸控制装置、位置信号反馈单元和开关单元；所述控制单元具有n个合闸控制电路、n个分闸控制电路和n个位置信号检测电路，n个合闸控制电路分别与n个开关的合闸控制装置连接，n个分闸控制电路分别与n个开关的分闸控制装置连接，n个位置信号检测电路分别与n个开关的位置信号反馈单元连接；控制单元通过合闸控制电路输出合闸控制信号驱动合闸控制装置使开关单元合闸，控制单元通过分闸控制电路输出分闸信号驱动分闸控制装置使开关单元分闸，控制单元通过位置信号检测电路检测开关的合分闸状态；控制单元保持分闸控制信号输出时，分闸控制装置使其所在开关的合闸操作无效；控制单元可预设允许合闸的开关数m，m≤(n-1)；该控制单元根据各开关的位置信号反馈单元所反馈的各开关合、分闸状态进行以下的联锁保护操作：判断当前处于合闸状态的开关数量是否小于等于最多允许合闸的开关数m，m≤n-1， 若是，则向其余未合闸的开关输出分闸控制信号。在当前处于合闸状态的开关数量小于m的情况下，如需要增加某一个开关合闸，控制单元先撤销该开关的分闸控制信号，然后再向该开关发出合闸控制信号。
26.图6显示了上述多电源切换系统的控制流程，控制单元通过位置信号检测电路检测开关的合分闸状态，计算合闸开关的数量，然后判断当前处于合闸状态的开关数量是否小于等于最多允许合闸的开关数m，若当前处于合闸状态的开关数量小于等于m时，控制单元输出其余未合闸的开关的分闸控制信号，使该些开关处于分闸位置且无法合闸；如在当前处于合闸状态的开关数量小于m的情况下需要增加某一个开关合闸，控制单元先撤销该开关的分闸控制信号，然后再向该开关发出合闸控制信号。
27.在图5显示一个两进线一母联切换系统（n=3，m=2）的结构中，控制单元预设允许合闸的开关数m =2，满足m≤(3-1)，当控制单元检测到一个开关处于合闸状态时，输出另外两个开关的分闸控制信号，使另外两个开关处于分闸位置且无法合闸。例如当开关q1处于合闸状态时，控制单元输出开关q2、q3的分闸控制信号，使开关q2、q3处于分闸位置且无法合闸，如需要增加开关q2或开关q3合闸，控制单元先撤销该开关的分闸控制信号，然后再向该开关发出合闸控制信号；当开关q2处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q3的分闸控制信号，使开关q1、q3处于分闸位置且无法合闸，如需要增加开关q1或开关q3合闸，控制单元先撤销该开关的分闸控制信号，然后再向该开关发出合闸控制信号；当开关q3处于合闸状态时，控制单元输出开关q1、q2的分闸控制信号，使开关q1、q2处于分闸位置且无法合闸，如需要增加开关q1或开关q2合闸，控制单元先撤销该开关的分闸控制信号，然后再向该开关发出合闸控制信号。
28.图7显示了对控制单元的联锁保护参数进行预设置一个示例，假设原设置为n=3，m=1，目标设置值为n=3，m=2。具体的设置操作如下：在开关总数n和允许合闸数m设置界面，按向下键使参数项下移至允许合闸数m项上，然后按确定键使参数项右移至数值项1上，按向上键将数值项1调整为2，按确定键确认设置m=2，参数项左移至允许合闸数m项上。
29.以上各实施例中的多电源切换系统可以自行搭建，也可直接采用现有具有合、分闸控制装置和分合闸状态检测功能的开关构建，仅需对控制逻辑进行升级即可。其联锁保护功能的实现不受开关的安装距离影响，对开关的手动和自动模式均有效，可大幅提高联锁保护的安全可靠性，具有很好的应用前景。