基于PLC的复合式转换开关测控系统研究

张宏毅+魏新劳

摘 要：随着机场、军事场所、医院、大型工业生产线等敏感性负载对供电的连续性可靠性的要求的提高，转换开关在不同场合的供电系统中得到更加广泛的应用。因此如何使得轉换开关装置能够安全、可靠地运行显得尤其重要。本文阐述了一种基于机械与电子复合技术的快速转换开关的结构和原理，并本文根据复合式快速转换开关的特点和要求，设计了一种基于PLC的测控系统来提高转换开关的可靠性。

关键词：转换开关；PLC；测控系统；可靠性

DOI：10.15938/j.jhust.2017.03.008

中图分类号： TM564

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2017）03-0042-06

Abstract：The fast transfer switch gets more extensive application in the power supply system along with the raising of power supply requirement for continuity and reliability in the sensitivity loads such as in airport， military place， hospital and large scale industrial production line. Therefore it is important that how to make fast transfer switch run safely and reliably. The paper expatiated the structure and principle of a fast transfer switch based on mechanical and electronic compound technology， and， according to the basic requirement and the characteristic of the fast transfer switch， a PLC mastered measuring and controlling system has been designed to raise the operation reliability of the fast transfer switch.

Keywords：transfer switch； PLC； measurement and control system； reliability

0 引 言

随着经济、技术的进一步发展，电力用户对供电系统的连续性、可靠性的要求也在不断提高，特别是对于一些重要公共场合，例如医院、机场、消防、工业流水线、大型活动场所等等，一旦出现断电，将带来不可估计的损失[1] 。一般情况下，需采用主、备两路独立电源为这些重要负载供电，以保证供电的连续性和可靠性。但是，仅有两路独立供电电源还是远远不够的，因为，如果没有合适的电源切换设备，在两路供电电源之间的切换可能就会需要比较长的时间，而这个时间就足以会对用户造成严重的损失。比如，对于大规模集成电路生产企业而言，持续时间超过工频电源一个周期（20ms）以上的供电间断就能导致生产线上的产品报废。再比如，对于大型活动场所，比如大型体育比赛场馆、大型剧院，其照明系统基本上都是采用高强度气体放电灯（HID）作为主要照明灯具，而高强度气体放电灯的工作原理决定了，一旦这种灯的供电间断超过一定时间（一般也是在一个工频供电周期左右），它的热重起将会需要比较长的时间（此时间取决于灯周围的散热环境，一般将会达到数分钟到数十分钟）。因此，如果在进行大型赛事、文娱活动时，观众人数数以万计，如果活动进行过程中出现照明供电间断并形成数分钟乃至数十分钟的黑暗，就有可能引发大规模混乱，由此可见，对于这些电力用户，除了必须有至少两路独立供电电源外，快速、可靠的电源切换装置对于保证这些用户的供电连续性、可靠性至关重要。一般而言，这个实现两路电源之间切换的装置就是转换开关[2-4]。

转换开关根据其动作的可控性可以分成两类：一类是人工手动切换的转换开关，另一类是自动切换的转换开关。显然，人工手动切换的转换开关不可能对于上面所提到的电力用户的供电连续性有任何作用。而自动切换的转换开关也并不是都可以满足上述电力用户的供电连续性要求。

自动切换的转换开关按其主要组成部件的不同可以分成3类：第1类是纯机械式转换开关，这种开关就是将两个机械式开关进行联动控制，优点是开关损耗很小，缺点是切换时间比较长，一般都在几个工频电源周期以上（数十乃至数百毫秒）；第2类是纯电力电子元件组成的转换开关，称为固态转换开关，这种开关是将晶闸管、IGBT、GTO等大功率高压电力电子元件按照合适的拓扑结构连接来构成的，优点是切换时间比较短（数十到数百微秒），缺点是开关损耗大，工作时发热严重，需要加装散热措施；第3类是综合了前两类的优点、克服了前两类的缺点而形成的所谓混合式转换开关（或称作复合式转换开关），简单的理解，就是将前两类转换开关并联使用，让固态转换开关实现电源的快速切换的功能，而让机械式转换开关实现降低整个转换开关损耗的功能[5-8]。

转换开关测控系统是决定转换开关可靠工作的核心。它的主要作用是实现对两路电源状态的连续监测，并根据监测结果，按照事先设定的流程对转换开关进行切换控制，使之实现要求的电源切换动作[9-11]。

通过对双电源供电系统中转换装置的市场调研发现，由于测控系统的故障导致双电源供电系统不能正常供电的事故常有发生，这也是目前市场上该类产品质量良莠不齐、故障率高的原因之一。因此，对双电源供电系统中转换装置的测控技术进行研究，并开发出高性能、可靠性高的转换开关测控系统是非常有意义的[11-15]。