双电源切换电路

Ｑ：垫　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　工业技术　双电源切换电路　张卫东’　李孝常　（１．川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司装备部　陕西延安　７１　７５００　２．川庆钻探工程有限公司测井公司重庆仪器厂　重庆４０００２１）　摘要：本文介绍了一种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。　关键词：双电源切换电路工作电源　应急电源　可逆接触器　电气和机械双重互锁　中图分类号：ＴＭ７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７　４－－０９８Ｘ（２０１ｏ）ｏ　７（ｂ）一００５６—０２　Ｔｗｏ　Ｐｏｗｅｒｓ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｅｓｓａｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｔｗｏ　ｓａｆｅ　ｐｏｗｅｒｓ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｔａｂｌｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｉｔ　ｈａｖｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　，ｏｆ　ｕｎｄｅｒ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｏｖｅｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｐｈａｓｅ　ａｂｓｅｎｃｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｆｅｅｄ　ｒｅｖｅｒｓｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆａｕｌｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｃｔ，ｍｉｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｗｏｕｌｄ　ｎｏｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｉｔ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｗｅｌｌ，Ｉｔ　ｈａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｐａｔｅｎｔ　ｉｎ　ｃｈｉｎａ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｔｗｏ　ｐｏｗｅｒｓ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｏｗｅｒ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｐｏｗｅｒ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ　ｃｏｎｔａｃｔｏｒｌｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ　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Ｃ　２ｌ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　差，电路设计中没有充分考虑到工业高次　控制回路的中间继电器，常闭触头Ｃｌ　２和　谐波的影响。下面介绍一种安全稳定的双　Ｃ２２构成电气互锁。可逆交流接触器Ｃ，通　电源切换电路，适合在工业环境下安全运　过机械联锁机构互锁，它与控制电路中的　行。　中间继电器ｃ１２、Ｃ２２构成机械与电气双重　互锁。　１工作原理　１。３工作原理　平时由工作电源ＡＣｌ对外供电，断路器　１．１电路的特点　本电路利用可逆接触器的结构特点，　ＣＢ１和可逆交流接触器Ｃ中的Ｃ１ｌ接通，断　与控制电路构成机械与电气的双重互锁，　路器ＣＢ２和可逆交流接触器Ｃ中的Ｃ２１断　　除了具有常规的失压、欠压、来电、过流和　开。其工作原理如下：当工作电源ＡＣ１来电时，合上断路器　短路保护外，还具有缺相保护、逆送电保护　有的工厂、酒店、学校和石油钻井队等　配有两套交流供电电源，一路是常用工作　电源，一路是应急电源（也称作备用电源）。　在工作电源出现故障或进行检修时，改为　应急电源供电。特别是一些用电紧张的地　区，在用电高峰期，经常出现拉闸限电，工　作电源和应急电源之间的切换也较为频　繁，这种电源之间的切换通常称为倒电，这　种电路就是双电源切换电路。　现有的双电源切换电路普遍存在配电　的安全性较低，表现在如果电路中的原器　件损坏、进线电源系统故障和误操作等都　会引起供电事故，另外，还存在抗干扰能力　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。　１．２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　ｃＢ　１，控制回路的中间继电器Ｃ　１　２线圈得　电，其常开触头Ｃ１２吸合，常闭触头ｃ１　２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，ＣＢ１为工作电源的进线断路器，ＣＢ２　电源ＡＣ　ｌ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。　２电路的保护功能　２，１缺相保护　在工作电源Ａｃ　ｌ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停止对外供电；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，　克Ｃ１　竞ｅ２　ｃ８１　ＣＢ２　ａｌ　ｂ１　＼　ａ１　Ｆ１１　Ｃ１　２　Ｃ２２　ＳＴＯＰ１　ＳＴＡＲＴ１　Ｃ１１　．．．．．．．　一．．．．．．．．．．——ａ２　ｂ：　ｅ　ｂ１　一　一ｕ　—－　～——　——　——　——ｃ１　＿＿　一　一ｃ：　—　Ｕ　图２　ｃｌ　ｆ　一　一　＿　－　一　一　一　一　３１　１　ｌ＼　’　．。——————＿＼　｛　‘Ｃ２１　Ｆ２１　Ｃ２２　ｅ｛２　ａ２　Ｃ　ＳＴＯＰ２　ＳＴＡＲＴ２　Ｃ２１　ｂ２　ｃ２　三　—　臀一　Ｊ　ｕ　Ｕ　图３　图１　５６　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　２Ｑ］Ｑ　Ｑ。２Ｏ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　工业技术　工作电源ＡＣ１停止对外供电；当出现缺ｃ１　电；当应急电源ＡＣ２对外供电时，如果工作　相电时，接触器Ｃｌｌ线圈和中间继电器Ｃｌ２　电源的断路器ＣＢ１处于闭合状态，工作电源　同时失电，Ｃ１１主触头断开，工作电源ＡＣ１　ＡＣ１突然来电，工作电源ＡＣｌ控制回路中　的中间继电器Ｃｌ　２线圈得电，使应急电源　停止对外供电。　在工作电源ＡＣ１对外供电前，ａｌ、ｂ１、ｃｌ　ＡＣ２控制回路中的ｃ１２常闭触头断开，接触　１线圈失电，主触头断开，应急电源　三相交流电中，只要出现缺一相电，工作电　器Ｃ２　源ＡＣ１中的接触器Ｃ　１　１线圈将不会得电，按　ＡＣ２停止对外供电；如果断路器ＣＢ１和ＣＢ２　下ＳＴＡＲＴ１按钮时，接触器ｃｌ１不会吸合，　都处于闭合状态，ＡＣｌ、ＡＣ２同时来电，中　间继电器ｃ　１　２、Ｃ　２２线圈得电，常闭触点　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。　ｃ　ｌ　２、Ｃ　２　２断开，不管是按下启动按钮　２．２失压和欠压保护　ＳＴＡＲＴ１，还是按下启动按钮ＳＴＡＲＴ２，接　当工作电源ＡＣ１的电压因某种原因严　触器线圈Ｃｌｌ、Ｃ１２不会得电，主触头不能　重下降（降到额定电压的８５％）或消失，接触　闭合，工作电源Ａｃ１和应急电源Ａｃ２都不　器Ｃｌ１和中间继电器Ｃｌ２的电磁力下降或　会对外供电，也就是说，工作电源ＡＣ１和应　消失，使得接触器Ｃｌ１和中间继电器Ｃ１２的　急电源ＡＣ２不会出现同时对外供电，这样　衔铁释放，常开触头Ｃｌｌ和Ｃ１２断开，工作　能防止两个电源间的供电事故发生。　电源停止对外供电。当线路电压正常时，接　２．５逆送电保护　平时由工作电源ＡＣ１对外供电，断路器　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　ＣＢｌ和接触器Ｃ１ｌ处于闭合状态，断路器　免了线路正常后，工作电源ＡＣ１突然来电，　ｃＢ２和接触器ｃ２１处于分断状态，Ａｃ１控制　引起设备或人身事故。　回路中的中间继电器ｃ１２处于吸合状态，常　应急电源Ａｃ２失压和欠压保护原理同　闭触头Ｃｌ２、Ｃ２２存在电气互锁，ＡＣ２控制回　上。　路中的常闭触头Ｃ１２处于断开状态，Ｃ１２切　２．３过载和短路保护　断了应急电源的控制回路，使接触器Ｃ２ｌ线　主电路中的断路器ｃＢ１、ＣＢ２能实现负　圈不会得电，主触头不能闭合　同时，可逆　载的过载和短路保护，Ｆｌ１、Ｆ１２和Ｆ２１、Ｆ２２　交流接触器Ｃ中的Ｃｌｌ、Ｃ２１之间存在机械　实现控制电路的短路保护。　联锁，当接触器Ｃｌｌ主触头吸合后，即使接　２．４来电保护　触器Ｃ２ｌ线圈意外得电，Ｃ２ｌ的主触头也无　当工作电源ＡＣ１对外供电时，如果断路　法吸合，这种电气和机械双重互锁，使工作　器ＣＢ２处于闭合状态，应急电源ＡＣ２突然来　电源Ａｃｌ不会逆送到应急电源Ａｃ２中去，　电，应急电源的控制回路中的中间继电器　此外，经过接触器Ｃ２１和断路器ＣＢ２的两级　Ｃ２２线圈得电，使工作电源ＡＣｌ控制回路中　电气隔离，更加安全地保护了ＡＣ２电力系　的Ｃ２２常闭触头断开，接触器Ｃｌｌ线圈失　统中人身与设备免受工作电源Ａｃ１的影　　电，主触头断开，工作电源ＡＣ１停止对外供　响。工作电源ＡＣ　１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。　２．６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。　３实际应用　２００２年２月，长庆钻井总公司在海外油　田进行钻井施工，由于外方能长期能为我　们提供井场辅助用电（此电源相当于野外　钻井作业的一台辅助发电机），为此，我们　设计了井场１＃配电柜，井场１＃配电柜担　负着井场辅助配电任务，负责给ｓｃＲ房的　ＭＣＣ、井场照明和井场营房等供电。井场ｌ　＃配电柜尤其在井队搬家和施工等停期间　起着非常重要的作用。　由于外方油田供电系统老化，经常停　电，这时要改用井场发电机给井场生活供　电，当外方电网恢复供电时，又要改用外方　电网给井场生活供电。当井场柴油发电机　停用时，１＃配电柜还负责给ｓｃＲ房的ＭＣ　Ｃ　供电。通常倒电时间为４０ｒａｉｎ～６０ｒａｉｎ，在雨　天倒电时间更长。倒电采用人工拆线的方　式断开断路器进线，整个过程复杂，费时，　费力，存在误操作和逆送电的风险。　２００５年１０月，按照双电源切换电路（图　１、图２和图３），制作的新的井场ｌ＃号配电　柜。当场试用效果良好，完成一次倒电只需　１０ｓ～２０ｓ。本电路在外方油田钻井过程中使　用３年多，效果良好。　４结语　图４　本电路中没有电容器和其他易受高次　谐波干扰的非线性原器件，能在高次谐波　干扰严重的电力系统中稳定运行，如电动　钻井队、轧钢厂等使用大型可控硅整流设　备的场所，这种双电源切换装置结构简单，　操作方便，抗谐波干扰，设计注重安全性，　不会因误操作而导致电源切换事故，是一　种安全性、可靠性较高的三相交流电源切　换装置，适用于对安全性要求较高的场所，　符合石油钻井行业配电的特殊要求，可作　为石油钻井中ＳＣＲ房或ＶＦＤ房的双电源切　换电路，也可用于工厂、酒店、学校、银行的　双电源配电。　图５　双电源切换装置应用　图６　双电源切换装置应用　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　５７