双电源自动切换装置设计与应用

时间：2024-07-28

袁思远

(安徽华电宿州发电有限公司，安徽宿州 234000)

双电源自动切换装置设计与应用

袁思远

(安徽华电宿州发电有限公司，安徽宿州 234000)

设计了一种基于塑壳断路器和交流接触器的双路电源失电自动切换装置，介绍了该装置在安徽华电宿州发电有限公司空压机房电动阀门配电柜中的应用实例。该装置便于自行制作与安装，接线简单，可靠性高，既节省了投资又减少了维护成本。

双电源供电；自动切换；交流接触器；配电柜；备用电源

0 引言

目前，双路电源供电失电自动切换装置常应用在大型火力发电厂及其他工业现场中比较重要的负荷供配电系统中，双路电源自动切换的目的是要保证重要辅机供电的持续性及机组安全、稳定运行[1]。安徽华电宿州发电有限公司空压机房有3台仪用空压机，1台杂用空气压缩机，3台压缩空气干燥器，4台电动执行机构(#1冷干机入口电动门、#2冷干机入口电动门、#3冷干机入口电动门和厂用仪用压缩空气联络门)。4台电动阀门的电源均由空压机房电动阀门配电柜提供，配电柜的电源取自公用电动机控制中心(MCC)段，只有一路电源。由于空压机系统是非常重要的公用系统，所以需要再从除灰MCC段引一路电源至空压机房电动阀门配电柜，并设计双电源失电自动切换装置，来保证供电的持续性，提高空压机系统的可靠性。

1 设计要求

空压机房电动阀门配电柜目前只有1路电源，取自公用MCC段2E1间隔，现在设计2路电源供电，设计要求如下：(1)从除灰MCC段3F2间隔新增一路电源至空压机房电动阀门配电柜，2路电源互为备用电源，无主辅之分；(2)当2路电源都失电的情况下，任意1路电源通电，则有供电电源输出；(3)当公用MCC段2E1间隔电源作为供电电源时，若此时公用MCC段2E1间隔失电，系统能自动切换到除灰MCC段3F2间隔电源作为供电电源，当公用MCC段2E1间隔电源恢复时，保持除灰MCC段3F2间隔电源为供电电源，公用MCC段2E1间隔电源作为备用电源；(4)当除灰MCC段3F2间隔电源为供电电源时，若此时除灰MCC段3F2间隔电源失电，系统能自动切换到公用MCC段2E1间隔电源作为供电电源，当除灰MCC段3F2间隔电源恢复时，保持公用MCC段2E1间隔电源作为供电电源，除灰MCC段3F2间隔电源作为备用电源；(5)空压机房的电动阀门失电后会保持当前阀位且末端行程位置不会丢失，切换时间只要求小于集散控制系统(DCS)的扫描周期，电源失电自动切换时间小于1 s；(6)额定电流不小于最大负荷电流，空压机房电动阀门额定电流为1 A，所以要求接触器额定电流应大于4 A。

2 设计方案

安徽华电宿州发电有限公司空压机房电动阀门配电柜原来只有1路电源，取自“公用MCC段2E1间隔空压机阀门配电柜”，现在增加1路电源，新增电源取自“除灰MCC段3F2间隔空压机房电动阀门柜电源”，两路电源接到空压机房电动阀门配电柜，经过双电源自动切换装置后给空压机房电动阀门提供电源，如图1所示。

图1 空压机房电动阀门配电

本文设计的双电源自动切换装置主要由塑壳断路器和交流接触器构成。在可靠性方面，断路器和接触器抗干扰能力较强，工业环境中不可避免的电源波动、电磁波辐射等干扰可能会造成专门的双电源切换装置不工作或误工作[2]，而这些干扰因素对断路器和接触器影响较小；在造价方面，由断路器和接触器组成的双电源切换装置的成本大概为专门的双电源切换装置的1/4[3]。

双路电源失电自动切换电路设计图如图2所示：U1V1W1为第1路三相电源，U2V2W2为第2路三相电源，UVW为负载的供电电源，QF1和QF2是2个塑壳断路器，KA和KB是2个交流接触器，额定电流32 A，完全满足负载需求。

图2 双电源自动切换电路

当2路电源都没电时，若U1V1W1电源通电，交流接触器KA线圈带电吸合，其常闭触点断开，使交流接触器KB线圈不能带电吸合，KB主触点处于断开状态，切断U2V2W2电源输出，KA常开主触点闭合，使UVW接通U1V1W1电源；若U2V2W2电源通电，交流接触器KB线圈带电吸合，其常闭触点断开，使交流接触器KA线圈不能带电吸合，KA主触点处于断开状态，切断U1V1W1电源输出，其常开主触点闭合，使UVW接通U2V2W2电源。

当两路电源都带电，U1V1W1电源为供电电源，U2V2W2电源为备用电源时，若U1V1W1电源失电，交流接触器KA线圈失电，KA常开主触点断开，KA常闭触点闭合使交流接触器KB线圈带电吸合，交流接触器KB常闭触点断开，使交流接触器KA线圈不能带电吸合，切断U1V1W1电源输出，KB常开主触点闭合，使UVW接通U2V2W2电源。当U1V1W1电源恢复时，由于交流接触器KB常闭触点处于断开状态，使交流接触器KA线圈不能带电吸合，KA常开主触点处于断开状态，U1V1W1电源不能输出，仅作为备用电源，U2V2W2电源仍为供电电源。

当两路电源都带电，U2V2W2电源为供电电源，U1V1W1电源为备用电源时，若U2V2W2电源失电，则交流接触器KB线圈失电，KB常开主触点断开，切断U2V2W2电源输出，KB常闭触点闭合使交流接触器KA线圈带电吸合，交流接触器KA常闭触点断开，使交流接触器KB线圈不能带电吸合，切断U2V2W2电源输出，KA常开主触点闭合，使UVW接通U1V1W1电源。当U2V2W2电源恢复时，由于交流接触器KA常闭触点处于断开状态，使交流接触器KB线圈不能带电吸合，KB常开主触点处于断开状态，U2V2W2电源不能输出，仅作为备用电源，U1V1W1电源仍为供电电源。

这样，在供电电源失电时，本装置能自动将备用电源切换至供电电源，为系统提供持续电源。

3 实例应用

对设计好的双路电源失电自动切换装置进行现场安装、接线与测试。由于空压机系统是公用系统，一旦失去备用或者出现故障将会极大地影响机组的安全稳定运行，所以必须制定完善的安装方案。空压机房电动阀门配电柜所带全部负荷为#1冷干机入口电动门、#2冷干机入口电动门、#3冷干机入口电动门和厂用仪用压缩空气联络门，这4个电动执行机构在空压机系统运行过程中处于全开状态，运行人员不对这4个电动阀门进行操作，并且电动阀门在失电时阀位保持不变，所以，可以在空压机系统不停运的情况下对空压机房电动阀门配电柜短时间停电来安装双电源切换装置。本装置的主要器件是2个塑壳断路器和2个交流接触器，先把内部回路线提前接好，到现场只需固定好，然后对外部回路进行接线，将“公用MCC段2E1间隔空压机阀门配电柜”电源接入U1V1W1，将“除灰MCC段3F2间隔空压机房电动阀门柜电源”接入U2V2W2，将UVW接入空压机房电动阀门配电柜总空开上口。实际安装在1 h内完成。

安装完成后，对双电源失电自动切换装置进行现场试验。首先，使塑壳断路器QF1和QF2都处于分闸状态，用万用表交流电压挡测量UVW不带电；合上QF1，U1V1W1接通UVW，用万用表交流电压挡测量UVW有380 V交流电；断开QF1，合上QF2，U2V2W2接通UVW，用万用表交流电压挡测量UVW有380 V交流电，说明当两路电源都失电时，任意一路电源通电，有供电电源输出。此时U2V2W2为供电电源，合上QF1，使U1V1W1作为备用电源，断开QF2，使U2V2W2失电，用万用表交流电压挡测量UVW有380 V交流电，说明当U2V2W2失电时，系统自动切换到U1V1W1电源；此时U1V1W1为供电电源，合上QF2，使QF2作为备用电源，断开QF1，使U1V1W1失电，用万用表交流电压挡测量UVW有380 V交流电，说明当U1V1W1失电时，系统自动切换到U2V2W2作为供电电源。现场测得实际切换时间约为0.7 s，满足要求，现场测试效果良好。