双回路电源切换电路在施工中的运用

明亮

【摘 要】本文首先介绍了电路的工作原理，然后介绍了电路的保护功能，接着介绍了应用实例，最后介绍了信号电源的组成与故障分析以及解决措施。

【关键词】双回路电源；切换电路；施工中的运用

一、前言

随着电力的广泛应用，为了确保电力供应的稳定和工作人员的安全，在许多的企业生产中都运用了双电源技术，安全可靠的电路同样是施工中的重要保障。

二、工作原理

1、电路的特点

本电路利用可逆接触器的结构特点，与控制电路构成机械与电气的双重互锁，除了具有常规的失压、欠压、来电、过流和短路保护外，还具有缺相保护、逆送电保护和故障保护，本电路结构简单，设计注重安全性，操作方便，抗谐波干扰，不会因误操作而导致电源切换事故。

2、电路的组成

本电路的原理如下，如图所示，图1为主电路，图2、图3为控制电路。在图1中，AC1为工作电源，AC2为应急电源，CB1为工作电源的进线断路器，CB2为应急电源的进线断路器，c为可逆交流接触器，它由工作电源的进线接触器cll和应急电源的进线接触器C2l组成，接触器C11、C2l之间存在机械联锁，C12为工作电源控制回路的中间继电器，c22为应急电源控制回路的中间继电器，常闭触头Cl2和C22构成电气互锁。可逆交流接触器C，通过机械联锁机构互锁，它与控制电路中的中间继电器c12、C22构成机械与电气双重互锁。

3、工作原理

平时由工作电源ACl对外供电，断路器CB1和可逆交流接触器C中的C1l接通，断

路器CB2和可逆交流接触器C中的C21断开。其工作原理如下：

当工作电源AC1来电时，合上断路器cB1，控制回路的中间继电器C12线圈得电，其常开触头C12吸合，常闭触头c12断开，当按下启动按钮START1时，接触器Cl1线圈得电，接触器Cl1主触头吸合，工作电源Ac1对外供电。同时，自锁触头c11也吸合，当松开启动按钮START1时，接触器Cll线圈仍然保持通电状态，从而使工作电源ACl对外连续供电。

在工作电源Acl出现故障或要进行检修时，改为应急电源AC2对外供电，断路器CB1和接触器C11主触头断开，应急电源AC2来电，断路器cB2闭合，按下启动按钮START2，接触器C2l主触头闭合，应急电源AC2对外供电。

三、电路的保护功能

1、缺相保护

在工作电源Acl处于对外供电状态时，当出现缺a1相电，a1、C1回路中断，接触器C11线圈失电，C11主触头断开，工作电源ACl停止对外供電；当出现缺b1相电时，b1、Cl回路中断，中间继电器C12线圈失电，其常开触头c12断开，它切断了a1、c1回路，使接触器Cl1线圈失电，c11主触头断开，工作电源AC1停止对外供电；当出现缺c1相电时，接触器Cll线圈和中间继电器Cl2同时失电，C11主触头断开，工作电源AC1停止对外供电。

在工作电源AC1对外供电前，al、b1、cl三相交流电中，只要出现缺一相电，工作电源AC1中的接触器C11线圈将不会得电，按下START1按钮时，接触器cl1不会吸合，工作电源AC1因缺相故障无法对外供电。应急电源AC2缺相保护原理同上。

2、失压和欠压保护

当工作电源AC1的电压因某种原因严重下降（降到额定电压的85%）或消失，接触器Cl1和中间继电器Cl2的电磁力下降或消失，使得接触器Cl1和中间继电器C12的衔铁释放，常开触头Cll和C12断开，工作电源停止对外供电。当线路电压正常时，接触器线圈C11不能自动通电，必须再次按下启动按钮STARTl后才能重新启动，从而避免了线路正常后，工作电源AC1突然来电，引起设备或人身事故。应急电源Ac2失压和欠压保护原理同上。

3、过载和短路保护

主电路中的断路器cB1、CB2能实现负载的过载和短路保护，Fl1、F12和F21、F22实现控制电路的短路保护。

4、来电保护

当工作电源AC1对外供电时，如果断路器CB2处于闭合状态，应急电源AC2突然来电，应急电源的控制回路中的中间继电器C22线圈得电，使工作电源ACl控制回路中的C22常闭触头断开，接触器Cll线圈失电，主触头断开，工作电源AC1停止对外供电；当应急电源AC2对外供电时，如果工作电源的断路器CB1处于闭合状态，工作电源AC1突然来电，工作电源ACl控制回路中的中间继电器Cl2线圈得电，使应急电源AC2控制回路中的c12常闭触头断开，接触器C21线圈失电，主触头断开，应急电源AC2停止对外供电；

如果断路器CB1和CB2都处于闭合状态，ACl、AC2同时来电，中间继电器c12、C22线圈得电，常闭触点cl2、C22断开，不管是按下启动按钮START1，还是按下启动按钮START2，接触器线圈Cll、C12不会得电，主触头不能闭合，工作电源Ac1和应急电源Ac2都不会对外供电，也就是说，工作电源AC1和应急电源AC2不会出现同时对外供电，这样能防止两个电源间的供电事故发生。

5、逆送电保护

平时由工作电源AC1对外供电，断路器CBl和接触器C1l处于闭合状态，断路器cB2和接触器c21处于分断状态，Ac1控制回路中的中间继电器c12处于吸合状态，常闭触头Cl2、C22存在电气互锁，AC2控制回路中的常闭触头C12处于断开状态，C12切断了应急电源的控制回路，使接触器C2l线圈不会得电，主触头不能闭合同时，可逆交流接触器C中的Cll、C21之间存在机械联锁，当接触器Cll主触头吸合后，即使接触器C2l线圈意外得电，C2l的主触头也无法吸合，这种电气和机械双重互锁，使工作电源Acl不会逆送到应急电源Ac2中去，此外，经过接触器C21和断路器CB2的两级电气隔离，更加安全地保护了AC2电力系统中人身与设备免受工作电源Ac1的影响。

工作电源AC1出现故障或要进行检修时，改为应急电源AC2对外供电。逆送电保护原理同上，应急电源Ac2也不会逆送到工作电源AC1中，保障了AC1电力系统中检修人身与设备的安全。

6、故障保护

如果可逆接触器中一组接触器的触头出现熔焊故障（触头不能分断），而另一组接触器被机械联锁机构互锁，是无法合上的，同时，另一组接触器的线圈工作回路被对方中间继电器的常闭触头切断，接触器线圈不能得电，无法吸合，因此，不会出现逆送电或两个电源同时对外供电的事故。因双电源切换电路中的器件损坏、进线电源系统故障和误操作等原因都能使本电路出现故障保护，对外不供电或防止逆送电，可避免供电事故发生，只有解除了故障，按下启动按钮后，本电路才能重新启动，对外正常供电。

四、应用实例

1、工程介绍

用户是某市的地税大楼，由于大楼里计算机中心机房保存的数据都很重要，不允许长时间断电。

大楼里面备有不间断电源能够为计算机房提供2h的电源，正常情况下计算机房的电源由低压配电柜提供。低压配电柜有两套，由两条不同线路送电源，正常情况下一路电源供一套配电柜，供电局保证两路电源不会同时停电。

两路电源中间设置母线联络开关（以下简称母联开关），当第一路电源停电时，第二路电源能通过母联开关送到第一路配电回路，给重要负荷提供电源。反之，当第二路电源停电时，第一路电源能通过母联开关送到第二路配电回路，给重要负荷提供电源。电气系统见图1。

原设计中两路电源为手动切换，1QF、2QF、3QF采用机械（三锁二钥匙）联锁加电气联锁，保证同一时间最多有两台开关能够工作。所谓三锁二钥匙机械联锁就是在两台进线开关和一台联络开关上设置机械锁，只有插入钥匙开关才能够合闸，三台开关配置两把钥匙，所以同一时间最多两台开关投入工作。由于用户配电间值班人员非电气专业人员，实际操作起来有点困难，所以用户想将手动切换改为自动切换。

2、方案介绍

由于此次工程是一项双电源自动切换改造工程，所以要从经济实用的角度来设计一个最简单、最容易改造的方案。设计人员在电气联锁控制回路上做了一下调整，调整后方案比原方案增加了两个中间继电器（1KA、2KA）；三个时间继电器（1KT、2KT、3KT）；三个手动-自动选择开关（1SA、2SA、3SA）。改造后的控制原理图如图2、图3所示。

3、工作原理分析

（一）、电源供电

1）先将三个手动-自动选择开关1SA、2SA、3SA上的“手动，停，自动”选择旋钮投向零位。2）供入1#、2#电源（X11、X13、X31、X33得电）。3）将1#电源进线开关选择旋钮投至“自动”位置，1QF合闸（X21、X23得电），1#电源投入运行。4）将2#电源进线开关选择旋钮投至“自动”位置，2QF合闸（X41、X43得电），2#电源投入运行。5）再将母联开关3QF选择旋钮投至“自动”位置，做好备用电源自投准备。

（二）、电源停电

1）1#电源停电时（X11、X13失电），1QF欠压线圈失电，自动掉闸（X21、X23失电），并且使得常闭触点闭合。1#电源停电，1KA常闭触点闭合，3QF欠压回路接通（由X41、X43供电），3QF欠压线圈得电吸合。3KT得电，延时后常开触点闭合，3QF合闸回路得电接通，3QF合闸，3QF的常闭辅助触点AX3断开，3KT失电，合闸线圈失电（保证合闸线圈不会长时间通电而烧毀）。2#电源投入，带全部负荷。2）2#电源停电过程与1#电源相同。

（三）、电源恢复

1）1#电源停电，2#电源有电。当1#电源恢复供电（X11、X13得电），1KA得电，常闭触点断开，3QF欠压回路断开，欠压线圈失电，3QF自动掉闸。1QF欠压回路接通，1KT得电吸合，经过延时后1KT常开触点闭合，1QF合闸回路得电接通，1QF合闸，1QF的常闭辅助触点AX3断开，1KT失电，合闸线圈失电。1#电源自动恢复。2）1#电源有电，2#电源停电。当2#电源恢复供电，过程与1#电源恢复供电过程相同。

（四）、其他工作条件说明。1）1QF、2QF、3QF三台开关只能同时合两台。2）母联开关3QF合闸条件：只有当1#电源、2#电源有一路停电才能合闸。两路电源均有电时不能合闸。3）若检修时需要手动合3QF，则需要短接图3中127、103线路的相应端子。4）1KT、2KT、3KT对应的延时分为t1（1QF合闸延时时间）、t2（2QF合闸延时时间）、t3（3QF合闸延时时间），则t3>t1且t3>t2，t1取2s，t2取2s，t3取10s。

五、应用实例信号电源的组成与故障分析以及解决措施

1、信号电源的组成。本工程的信号电源是由设在车站信号楼附近的信号箱变及设在信号楼的信号防雷箱等设备组成的供电单元。自闭电源经电缆接入信号电源一号防雷箱，贯通电源与站变电源经双电源切换装置后由电缆接入信号电源二号防雷箱，信号电源构成示意图如图4所示。

2、PSK-E型双电源智能切换装置的构成图。本工程采用的PSK-E型双电源智能切换装置是综合应用先进的电力电子技术、微电子技术和信息技术实现两路独立电源智能化管理、快速转换的新产品；是当前国际领先的“柔性交流输电控制技术”在低压配电线路用户端的延伸应用。在设计时采用了电压过零点捕捉切换和不间断切换的切换控制策略，同时辅以触发器电气互锁电路。在保证了电源切换过程安全的前提下，装置的切换时间得到了大大的缩短。高速切换性能使得该双电源智能切换装置在切换技术上达到一个新的高度，该装置由主电路单元，切换控制单元和显示操作单元组成。

3、智能双电源电子快速切换系统的结构和原理。在电源正常工作时，微控制器控制晶闸管驱动电路开通一路电源，同时通过互锁电路锁定另一路电源，从而保证信号系统的单电源供电；当电源发生故障时，微控制器的12位ADC模块将经过隔离采样和交直流变换的模拟电压/电流信号转换为数字信号。微控制器通过处理这些数字信号，判断出当前电源的故障情况，然后选择合适方式进行电源切换；监控系统通过RS485总线取得电源状态数据并将这些数据显示出来。

4、解决措施。分析清楚事故原因以后，针对双电源切换装置和变频器分别采取了如下防范措施，效果良好。

1、消除接地隐患。更换发生不直接接地故障的#1炉渣仓双向皮带机电机电缆。

2、优化运行方式。针对双电源切换装置“自投自复”、“自投不自复”、“互为备用，3种运行方式，选用“自投不自复方式，即两路电源正常情况下常用电源工作，若常用电源故障则自动转换到备用电源，备用电源故障则跳闸报警，即使常用电源恢复正常，开关不自动返回。

3、加装隔离变压器。选择满足电机容量的三相隔离变压器，加装在变频器电源输入侧，当发生电缆不直接接地故障变频器输入侧相电压升高时，变压器直接将其过滤隔离，避免对其上级电源回路的影响。

4、规范变频器管理。对全公司的变频器使用情况进行检查归类，对不直接接地系统的变频器的输入回路增加相应容量的隔离变压器。

5、“举一反三”排查。对全公司电控设备进行排查，重点对保护、逻辑、接线、电缆绝缘等检查，消除同类设备存在的潜在隐患。

六、结束语

安全稳定的双电源切换电路，除了具有常规的失压和欠压来电、过流和短路保护外，还具有缺相保护逆送电保护和故障保护，不会因误操作而导致电源切换事故，现场使用效果良好。

参考文献：

[1]陈世元.电机学[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]郭雨，王官升.电机学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011

[3]秦曾煌.电工学上册，电工技术[M].北京：高等教育出版社，2010.