双电源十篇

双电源篇1

关键词：双电源用户；电力调度部门；管理；安全

随着经济社会的发展，城市电网得到了不断完善，供电可靠性大大的提高。在用户管理中，为提高社会应对电力突发事件的应急能力，有效防止次生灾害发生，维护社会公共安全，一般由相应的地方政府对政府部门、医院、部队、人员聚集场所、煤炭化工等重要企业和部门进行重要电力用户的认定。这些重要用户往往有两条不同进线即所谓的双电源，以提高其供电可靠性。但是由于城市电网结构越来越复杂及用户自身用电形式的变化，双电源用户对电网的安全运行带来了一定的问题，如不加强管理防范，将会对电网的安全运行和人员造成危害。

如某制药企业，在体制改革中变成了两个企业，但共用一个厂址一个配电房，电气接线如图所示。由于两户企业没有及时在供电部门备案，当供电企业准备在出线甲上工作时，调度部门只通知到以前注册的甲用户。停电后乙用户的电工在不知情的情况下未经调度许可私自倒换负荷，由于设备老化，DL3与DL4闭锁装置失效，加之电工缺乏电气操作基本知识，严重违反操作规程，未将DL3断开便将DL4合上，结果对出线1反送电，使出线甲变电站出线侧d1处接地三相刀闸短路崩裂，幸未造成人员伤亡。

双电源用户分为双回路供电和双电源供电两种形式。双回路供电一般是指某一负荷的电源有两回，此电源接自上级变电站（或开关站）不同的开关，正常运行时由其中一回电源供电，另一回处于备供状态；当一回电源停电时，由用户将电源人工或自动进行切换，保障负荷的供电。双电源供电一般特指两回电源来自不同的变电站（或开关站），这样就不会出现两回电源同时失压的情况。

双电源用户虽然能提高重要用户供电可靠性，但也增加了电网运行的风险，在管理应引起各级供电企业的重视，并积极采取措施。

1、重要用户在进行电网接入设计方案时，应积极与发策、营销等部门联系，参与工程项目的规划，根据电网运行情况和用户位置、报装容量等提出合理的电源接入点。在用户配电装置设计前根据用户负荷的重要程度提出双电源进线之间的切换方式，如医院等一级重要用户，可采用自动备自投装置，非特别重要用户可采用人工切换的方式。采用备自投的用户两路进线开关之间应有可靠的电气闭锁，采用人工切换方式的用户两路进线开关之间应有可靠的电气加机械闭锁。在图纸会审期间，电力调度应对闭锁情况进行审核。工程竣工验收时，电力调度需现场确认用户电源接入位置，并现场确认电气及机械闭锁是否正常。

2、电力调度部门应对所管辖范围内的全部双电源用户及时登记造册，将其两回进线所属的供电区段制成表格，并要专门制作双电源用户地理接线图，清楚地标出其两回电源进线在电网主线路的位置。将表格和接线图作为常备资料保存在配网调度室中，方便调度员工作，并根据即时情况将双电源用户所使用的一路电源进行记录，将其作为交接班的一项内容。

3、电力调度部门应联合安监、营销等部门对双电源用户进行不定期的走访，了解情况，听取意见，做到互相沟通，加强协调。

4、电力调度部门应根据《电力法》、《电力安全工作规程》、《电力供应与使用条例》、《电网调度管理条例》等有关法律、法规，与双电源用户签署“双电源供电调度协议”，提供详细的资料，明确供用电双方的义务与权利。在签订双电源供电调度协议时，必须有供电企业与用户签订的供用电合同。在合同中应明确用户电源接入点、主供线路、备用线路、合同容量、闭锁形式等内容，随合同用户还需提电系统一次接线图和高压电缆走径图。调度协议的用电人应和供用电合同的用电人保持一致，由于目前很多开发商在小区建设初期作为用电人与供电企业签署了小区物业用电的供用电合同，而当小区建成后由物业公司接收小区物业用电，这时电力调度部门应根据供电合同用电人变化而重新签订调度协议。

在双电源供电调度协议中，应包括如下内容：

① 划分调度范围，明确调度与值班人员所管辖的设备。

②规定用户的运行方式，确定两回线路的主、备电源，根据负荷的重要程度和电网情况确定是并倒负荷还是切倒负荷。

③涉及电力部门调度的设备，严格按照检修工作的计划、申请、许可与终结制度进行。在用户高压侧无论以何种原因停电时，值班电工在检查确定其自身设备无故障的前提下，必须向调度汇报，经当值调度员许可后方可将负荷倒至另一回路供电（装有备用电源自动投入装置的用户在备自投动作后，要及时汇报当值调度员）。并倒双电源用户在环网倒负荷前也要得到调度当值调度员的许可方可操作。

④双方值班电话和值班人员名单，以及由电力部门统一命名的设备编号。

⑤用户负荷生产性质、最高负荷、保安负荷、变压器容量、有无自备发电机及使用方案、高压电气一次系统图等。

⑥电力部门在电网正常情况下，保证对双电源用户提供一路电源。

5、电力调度部门应对双电源用户值班电工进行培训，让他们熟悉电网和倒闸操作的基本知识。只有通过电力管理部门的考试，领取电力管理部门颁发的“电工进网作业许可证”后，方可持证上岗。

6、电力调度部门应联合安监、营销等部门对双电源用户高压进线设备进行检查，对于切倒用户要明确倒负荷时“先停后送”的原则，搞清两条进线开关是否有闭锁装置。由于很多用户对电气设备只进行一次建设投资，缺少有效的维护，使得设备老化，文章开头提到的事故就是由于闭锁失效引起的，所以电力部门要从安全的角度向用户解释闭锁装置的重要性，说服用户加装闭锁装置。

7、双电源用户要有完善的技术和组织措施保证任何情况下不向线路反送电， 电力调度部门要提前将停电情况通知用户，以便倒换负荷，并落实用户接在停电线路的进线开关在断开位置。

双电源篇2

关键词：电流控制；双PWM焊接电源；研究

焊接电源的输入电流若发生畸变则会带来一系列的问题，比如降低设备自身功率因素，增加设备对电网配备容量的需求，致使电网容量浪费，同时也对电网造成了污染。双PWM焊接电源具有将电网侧电流正弦化、双向能量流动、功率因素单位化等特点，因此将其用于焊接电源系统，可有效提高焊机可靠性，对实现电流的精细化控制意义重大。

1 双PWM焊接电源工作原理

1.1 基本结构

双PWM焊接电源的基本结构包括主电路和控制电路两部分。若按照该系统的功能来划分，则其可分成功率因数校正功能的前级和弧焊控制功能的后级两个方面，其中前级的核心设备是整流器，同时配以相应的控制电路，而后级则是围绕弧焊逆变器为核心设备，同样配以相应的控制电路作为恒流源，即为双PWM焊接电源的基本结构。当三项交流电经过整流后，电流便成为高压直流，然后通过逆变器将高频交流变压器降压，再经过整流滤波后变成平滑直流电以供焊接使用。所以，在这个过程中，对于焊接方法的选择必须准确合理，因为很多焊接方法都会有金属的熔滴过渡发生，而焊接电源与一般电源的负载性质不同，所以电源的输出短路状态是焊接电源的关键点，因此必须要求你变焊机有较为理想的短路电流控制功能。

1.2 直接电流控制策略

对于双PWM焊接电源，前级的整流控制可采用两相同步旋转坐标体系下固定开关频率对电流进行直接控制，而控制策略保持双闭环控制策略不变，外环设为电压环，内环则为电流环。与传统的三相静止坐标系下控制策略不同的是在电流内环中，网侧电流信号要经过Park部分进行变换，而电压外环PI调节器的输出为有功电流参考值，其与有功电流的差值输送到PI控制器。为达到网侧电流正弦化、并实现单位功能的目的，将控制网侧无功的电流值设定为零，所以，无功电流的参考值亦为零，待遇无功电流作差值后输送到PI控制器。内环的PI控制器输出要经过解耦计算，然后才能输送到SVPW调制模块中进行相应调制，再输出固定开关频率的脉冲信号，进而控制开关管的断与通。

2 双PWM焊接电源的仿真模型

在Matlab/Simulink模块下搭建双PWM焊接电源系统仿真模型，根据仿真分析得出，PWM整流器控制策略的选择十分重要，它直接关乎焊接电源连入接入网点的电能质量，以及其应用效果，采用双闭环控制将电流引入电流内环控制，是电压外环的随动系统，因此整个控制效果明显。此外，为满足焊接电源负载动态要求，在矢量的调制上，亦具有较低电流波纹的特点，所以可有效降低输入电流谐波。研究证实，调整电压环控制参数，可将脉冲负载调制中产生的输入电流畸变控制在合理的范围内，所以其效果不言而喻。

3 双PWM焊接电源试验波形分析

根据上述理论内容，可在其基础上开发一台3kw级的三相双PWM焊接电源样机。其中，该机的整流模块选用7MB150N-120型智能型功率模块，其控制芯片选用TMS320F2812型芯片，其具体的电气参数如下，交流电压设定为110u/V，滤波电感设定为4.4L/mH，直流电容设定为660C/μF，直流电压设定为320u/V，空载电压设定为70u/V，开关频率设定为5Kf/Hz。

根据双PWM焊接电源的设备选用，对其采用矢量调制的直接电流控制策略，通过中断程序实现整流控制，具体步骤如下，即①DC中断入口；②采样信号调理；③电网电压空间矢量角度计算；④调用电压控制环子程序；⑤调用功率控制环子程序；⑥调用SVPMN调制程序；⑦差生PWM波；⑧中断返回。

根据上述原理，对样机进行试验和测试以确保其可靠性，选用的测试设备为TEKTRONIX示波器和HIOKI电力质量分析仪。测试内容即样机的稳态负载测试和脉冲负载试验。静态负载即输出功率在恒定的情况下进行的测试，即采用电阻箱模拟负载进行的测试。经过对样机的测试结果得出输入电流谐波收到了较好的抑制作用。其实测功率因素达到了99.4%，而二级管整流的功率因数仅为63.9%。因此，可以说样机达到了有效控制谐波抑制效果的目的，对功率因素的校正起到了控制作用。另外，在试验中，鉴于阶跃负载响应可有效反应样机系统的动态响应性能，因此在试验中使用焊锡丝来模拟焊条焊接时，必须仔细观察样机阶的跃响应对动态负载的适应性程度。若样机的动态响应较快，过度过程相较稳定，则表明样机具有良好的动态响应性能，即可充分满足负载变动的需求。本文的双PWM焊接电源结构可有效抑制由电路结构造成的电流畸变，虽然脉冲负载所产生的电流畸变无法消除，但是影响明显降低，测试结果与预期及仿真原理基本一致，其不仅有良好的功率因数校正效果，并且功率因素达到了99%以上，此外，其对于输入电流谐波的有效抑制亦十分明显，THDi可控制在15%左右。鉴于本双PWM焊接电源的前级采用的全控器件，且附加的DSP控制部件，成本相对较高，但其降低电网污染和保证焊机的稳定性和可靠性是不容置疑的，尤其是大功率全控器件模块化及专用DSP的生产，其成本必然会不断下降，而双PWM逆变焊接电源也自然得到广泛的应用和良好的发展前景。

[参考文献]

双电源篇3

关键词：双电源客户专变；采集；问题解决

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0183-01

电力用户用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测，用电分析和管理，相关信息，分布式源监控，智能用电设备信息交互等功能，是提高公司用工效率的重要途径，有力促进营销业务模式集约化发展，强力推动营销管理变革和突破，全面提升营销管理与服务的信息化、自动化、智能化、互动化水平。按照国家电网规划，用电信息采集系统覆盖率达到100%，对直供直管区域内所有用户实现“全覆盖、全采集、全费控”的要求。按照要求供电公司已经基本实现了目标，但是有些特殊的用电客户例如双电源用电客户由于存在于供电电源切换用电的问题，导致常规的终端安装方式无法满足全采集的要求，需要分析解决。

1 双电源客户专变采集存在的问题分析

宜昌城区的共有双电源用电客户42户，其中由于大型I类用户基本上变电站计量其电能表基本都能够长期带电运行，数据能够采集，关键在于其他的双电源客户由于在客户侧进行计量，客户在进行切换电源的时候，备用的回路一般情况下电能表处于停用状态，这类用户通过统计共有14户，28个计量点。由于该类双电源用户总有一回路电能表停用按照以前的终端安装方式，每个回路安装一台采集终端进行数据的采集，当该回路停用时，该回路终端由于不带电掉线，数据无法抄回，影响了采集系统的终端在线率及抄表成功率。

2 解决目标和改进重点

采用继电器切换高压终端电源的方式解决该问题，该方式通过安装中间继电器（一般采用额定电流5A，线圈电压110V的JZ7-44 型中间继电器），的方式来控制高压专变采集终端的电压回路供电，让高压专变终端始终带电运行，保持终端始终在线运行，双回电源的主供表A的A＼C电压接入备供回路表B的辅助电源端子，备供表B的A＼C电压接入主供回路表A的辅助电源端子，确保两个回路的表计始终能够正常带电运行，表计的485通信接口常规的接入采集终端，从而保证了终端的正常工作。

该方案不受特定环境的影响，在任何双电源用电客户中都可以试试，终端通过继电器控制电源电压回路接线如图1所示。

从接线图1可以看出，在采用额定电流5A，线圈电压110V的JZ7-44型中间继电器的情况下，将备供线路电能表的A/C相电压接入继电器的控制电源13，14号端子；将主供线路的电能表的三相电压分表接入继电器的常闭端子1，2，3；将备供线路的电能表的三相电压分表接入继电器的常开端子4，5，6；然后将常闭端子和常开端子的出线侧分别接入采集终端的电压端子，这样在备用线路的电能表不带电的情况下，中间继电器不动作，由接入常闭端子回路的主供表计的三相电压给专变采集终端供电运行，在备供线路电能表带电的情况下，中间继电器动作，由接入常开端子的备供表计电压给专变采集终端供电运行，从而确保了终端始终带电运行。电能表具体接线情况如图2所示。

双电源篇4

[关键词]焊接电源微束等离子薄板焊接

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0001-01

随着电子、电力、航空等工业的发展，薄件的焊接量增多，而薄件的焊接主要问题是电弧能量不集中，因此造成成型不佳及起弧、收弧不稳定造成的危害。因此就需要焊机能提供稳定性较强、能量密度较大以及相应的引弧、熄弧方法，因为高频电弧有较好的电弧稳定性及较强的自收缩作用，因此本文研制了高频双极性微束等离子弧焊电源。

一、电路的设计

本文设计的弧焊电源由直流电源电路、控制电路、脉冲电路等部分组成。

1.直流电源电路

本文所用到的高频高压脉冲偏压电源的前端直流部分的最高供电电压50V，最大功率6 kW。电源采用恒流闭环控制，以此来保证在不同负载的条件下，输出脉冲电流的恒定。具体参数指标如下：

（1）输入：单相220V；

（2）输出功率：0-6 kw；

（3）输出电压：DC0-50 V；

（4）输出电流：DC0-30 A；

（5）电压纹波小于1V。

1.1 直流电源总体设计方案

电源总体的设计方案如下：电源电路的结构包括两部分：主电路部分和控制电路部分，如（图1）所示。主电路包括：工频整理滤波、高频逆变、变压器和高频整流滤波等组成；控制电路包括：逆变器驱动电路、电流的测量电路和反馈控制电路等。

1.2 直流电源主电路设计

主电路部分采用交流220 V输入，经整流滤波以后，经逆变电路将直流转变交流（逆变器半导体的开关为IGBT），再由变压器将其升压，最后经高频整流滤波输出给负载。

2.控制电路设计

控制电路主要由逆变桥驱动电路、过流过载保护电路、电流检测电路组成。驱动电路的控制芯片采用了美国通用半导体公司（Silicon General）推出的SG3525芯片。

2.1 恒流控制

恒流是指在工作过程中维持电流的幅值不变，电压在低于最大电压范围内随着负载的变化而变化，恒流则需要通过闭环反馈电路来进行控制。

恒流部分主要由5个环节所构成：电流给定环节、PI调节器、整流滞后环节、LC滤波环节、电流采样环节。

2.2 过流保护电路

保护电路利用磁环采集逆变变压器的原端电路，当电流超过所给定值时，比较器动作触发脉冲，脉冲经过了延迟隔离以后封锁SG3525的脉冲。以此来实现过流保护的功能。

3.脉冲部分电路设计

本课题所研制的电源目标要获得双极性输出，因此设计电路时选择使用对称的两组电路，通过控制开关的通断来实现双极性输出及占空比的控制，以此来达到双极性脉冲的目的。

二、性能测试

2.1 技术参数

高频双极性微束等离子弧焊电源的主要技术参数如下：

输入：单相220V；输出功率：0-6 kw；空载电压：250 V；输出电流：DC0-30 A；工作电压0-50V；陡降特性；恒流闭环控制，高频双极性输出。

2.2 电源输出特性测试

启动电源进行焊接后，利用示波器测试各个工作区域，得到的数据利用Origin软件画出波形图如（图2）所示：

由以上所绘制的波形图可知，电源输出具有陡降特性，电流电压波形稳定，能很好的满足高频双极性微束等离子弧焊对电源特性的要求。

三、结论

本文研制的电源，输入：单相220V；输出功率：0-6 kw；空载电压：250 V；输出电流：DC0-30 A；工作电压0-50V；陡降特性；恒流闭环控制，高频双极性输出。电源输出为高频脉冲电流，波形稳定，能提高微束等离子弧的稳定性。采用电流反馈控制方式，能够减少温升对晶体管的输出电流的影响，保证其实现恒流输出。可以采用高频引弧等措施，来降低对操作者要求，有利于进一步提高焊接质量以及工作效率。实践证明，由此方案设计的高频双极性微束等离子弧焊电源性能可靠，使用简单方便，焊接良好。

参考文献

[1] 周玉生，新型微束等离子弧焊接电源的研制，材料科学与工艺，1999

双电源篇5

关键词：PLC，双电源开关

1 基于PLC双电源开关总体方案设计

双电源开关用在矿井紧急供电的双电源系统中时，当一路电源（主电源）出现故障时，另一路电源（备用电源）可以实现快速、自动地投切转换，这是双电源开关的基本功能。而基于PLC的双电源开关，不仅要实现上述功能，而且要对三相电源各相进行缺相检测，同时还要对电源各相进行精确的电压检测，当电源电压不在指定的范围内运行时，必须进行自动切换。在基于PLC的双电源开关的过程中，必须只能有一个电源与负载接通，且在一路电源故障时要实现自动切换。又由于在矿井紧急供电场所，各用电设备的总功率较大，必须使用发电机设备供电。那么根据设计要求，可设计总体结构方案如下图1-1所示：

在图1-1中，A为主电源，B为备用电源，分别与PLC连接，作为PLC输入检测信号。首先进行主电源A的输入检测，当PLC检测A无任意相缺相时，相应的逻辑开关会闭合，使FX2N-4A/D接受经过PLC基本单元检测后传过来的无缺相的电压信号，则随后进行A电源的三相回路欠压检测，如果此时主电源A良好的话，相应的状态指示灯会亮，说明此刻主电源状态良好，同时主电源与负载接通。在主电源A出现故障后（即主电源A出现缺相或者欠压时），此时会启动发电机，使备用电源B启动，同时主电源会自动断开。备用电源B启动后，同样要进行三相回路的缺相检测和欠压检测，检测过程同A。检测无故障后，随即实现备用电源与负载的接通。

2 基于PLC双电源开关控制系统硬件设计

2.1 电气控制方案设计

电气控制过程的分析：如图1-2的电气控制过程图中，KA1，KA2，KA3分别作为主电源A的三相检测，当且有KA1，KA2，KA3线圈同时得到电时（即无任意相缺相时），才会驱动KM3线圈使触点KM3闭合，从而进行A的三相欠压检测。又当三相欠压检测模块FX2N-4A/D检测到电压在设定范围内时，驱动KA4，使触点KA4闭合，此时主电源状态显示灯HL1亮，说明此时A电源状态良好，同时驱动KA5线圈，使触点KA5闭合，允许电源A投入使用。而后KA5闭合时，使KM1得电，负载与电源A接通。其次，主电源输入检测回路（如图1-2所示）中的常闭触点KA5分别与发电机启动控制回路中的延时继电器线圈和备用电源检测回路中的三相检测回路相连接。目的是，如果主电源A状态良好的话，那么常闭触点KA5会得电断开，同时发电机启动控制回路中的延时继电器线圈便不会得电，则不会启动发电机；同时在备用电源检测回路中的三相检测回路也会由于KA5的作用，不会进行备用电源的输入检测，避免备用电源的误动，从而实现控制系统的连锁保护作用。

2.2 PLC型号的选择

目前，可编程控制器产品种类繁多，同一厂家也常常推出几个系列产品，这就需要用户去选择最合适自己要求的产品。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择首先是可靠性过关的产品，其次可从以下几个方面来考虑。

（1）输入/输出点

PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定的裕量。通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%～15%的裕量来确定。

（2）根据输出负载的特点选型？

不同负载对PLC的输出方式有相应的要求。如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）而且电压等级范围大等。故动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的PLC。

（3）对？PLC？结构形式的选择？

PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。？

由以上几个基本原则和对整天控制方案的分析可知输入信号的触点有KA1、KA2、KA3、KA6、KA7、KA8六个触点，输出信号的触点有KA4、KA10、KM1、KM2、KM3、KM4六个触点，查资料可知可选用FX2N-32MR基本单元，输入和输出点数分别为8个。

2.3 I/O口设计

控制状态说明：当其三相任意相无缺相现象，且电压的范围在指定工作电压的范围之内，此时状态指示灯HL1亮，在此情况下，即使电源B状态良好，也会因为B电源控制回路触点KM1断开的作用使B电源不会投入使用而A电源正常工作。如果A电源出现故障时，即在A电源控制回路的KM1线圈则不会得电，则连接在B控制回路的触点KM1不会动作，使B投入使用。此后，如果A电源恢复正常的话，A电源控制回路KM1线圈得电，使电源B断开。

系统外部连线电路设计作为输入信号的KA1、KA2、KA3、KA6、KA7、KA8分别接在PLC的X0～X6，作为输出信号的KA4、KA10、KM1、KM2、KM3、KM4分别接在PLC的Y0～Y6，对应的接线如图1-7所示。FX2N-4A/D在接受外部电路经降压和整流的电压信号后，转换成相应的数字信号传送到PLC中，PLC在经过相应的数字处理以实现电源的过压与欠压的检测。

3 基于PLC双电源开关控制系统软件设计

3.1 流程图设计

有主设计方案易知主电源检测过程：PLC初始化判断电源A的输入是否缺相无缺相则进行电源A的过压与欠压检测无过压与欠压现象主电源投入使用与负载接通。

备用电源的检测过程：A有缺相或有过压与欠压现象时，经延时后确认无误后起动发电机进行备用电源B的缺相检测进行备用电源B的过压与欠压检测无过压与欠压现象备用电源投入使用与负载接通。

3.2 梯形图设计

三相缺相检测采样信号中，作为U1和U2的三相缺相检测的开关量采样信号的KA1-KA3和KA6-KA8，其常开触点分别作用于PLC的输入端的XO-X2、X3-X5。在PLC梯形图程序中，辅助继电器Y0作为三相电源U1的三相缺相检测，其接通条件为常开输入点XO、X1和 X2的“与”逻辑；同理，内部中间继电器Y3作为三相电源U2的三相缺相检测，其接通条件为常开输入X3、X4和X5的“与”逻辑。

参考文献：

[1]张运刚，宋小春，郭武强.从入门到精通-三菱FX2NPLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2009

双电源篇6

关键词：机组压油泵；双电源切换装置；电源开关；拉西瓦水电站

中图分类号；TV734　文献标识码：A　文章编号：1009―2374(2011)01-0034 02

拉西瓦水电站机组压油泵(每台机组)设有三台型号为vKF2BO-43W114的电动螺旋压油泵，工作压力6.4MPa。压油泵电动机型号为Y315S-4；功率75kW，工作电压380V,电流40～200A;压油泵采用间歇工作制，当压油罐压力降到工作泵启动油压时，压力开关发讯接通工作油泵电机电源，工作油泵启动。如果压力继续下降，再启动备用泵；当压力恢复到工作油压上限时，压力开关发讯切断电源，油泵停止运行。

拉西瓦水电站机组压油泵动力电源分别取自机组0.4kV自用I、II段，到现地动力电源盘虽有两路进线电源，即：一路工作电源，一路备用电源，但当工作电源失电后，备用电源不能自动投入，严重威胁机组的安全运行。而压油泵现地动力电源盘进线开关又装有失压脱口装置，当厂用系统电源倒换后现地动力盘就失电而跳闸，运行人员只能到现地实行手动操作，增加了运行人员操作的工作量：如遇机组调速系统用油量大，而压油泵电源还没有及时恢复时，将造成机组事故低油压保护动作，使机组被迫停机，甚至量成重大事故。

1

改造前机组压油泵动力电源盘开关参数及存在的问题

机组压油泵动力电源进线开关型号：S5N；电压690V.电流600A。

改造前的机组压油泵动力电源接线，如图1所示。

经过数月的运行证明，拉西瓦水电站机组压油泵动力电源存在如下问题：

(1)当厂用电系统改变运行方式，机组自用电系统如I段母线正常运行，II段母线失电，I、II段母联开关不能自动投入时，机组压油泵将同时失电。

(2)现地动力电源盘进线电源开关因失压脱口而跳闸，备用电源开关只能到现地手动操作，增加运行人员操作的工作量，同时机组压油系统因为动力电源失电不能正常工作，给机组的安全运行带来安全隐患。

(3)为确保拉西瓦水电站发变组单元设备的安全运行，提高机组压油泵供电的可靠性，以保证拉西瓦水电站及电网的安全、稳定运行，有必要对机组压油泵电源实施技术改造，保证机组稳定运行，提高经济效益。

2　采用双电源自动切换装置。替换现地动力盘两路进线电源开关

拉西瓦水电站压油泵双电源改造所采用的是由施耐德万高(天津)电气设备有限公司生产的智能型交流双电源自动切换装置，其型号为WATSG-630；本双电源自动切换系统是由两台施耐德MT10智能型断路器为主体，配上IVE连锁模块、BA／UA控制器、ACP辅助控制板等部件组合而成，控制方式有手动、自动(全自动、半自动)三种，自动切换可调时间：2～20s，可满足电机正常运行的最大电流，灵敏可靠安全。这样可大大提高了机组压油泵供电的可靠性。

3　实施方案

改造后的机组压油泵动力电源接线如图2所示：

(1)　在机组检修时，随停机机会进行，做好停电措施并办理工作票。首先在现地原动力盘上需要断引的电源电缆做好相别记号，将原两路进线开关拆除，在底板上量取准确的安装孔尺寸打孔，安装双电源自动切换装置设备，根据负荷容量的需要，机组调速器压油装置动力盘选用30*5的铜排，进行盘内母线配置，并对母线的各接触面进行处理，减小接触电阻，在配置好的裸母线上采用绝缘相色带包绕3N5层或采用热缩绝缘材料进行母线绝缘处理。

(2)　双电源切换装置及母线的绝缘测试：选用500V兆欧表，手动合上主用电源开关，测试主用电源开关绝缘，绝缘电阻应符合要求(0.5MΩ以上)。再将主用电源开关手动置分闸位置，手动合上备用电源开关，测试备用电源开关绝缘，测试绝缘电阻应符合要求(0.5MΩ以上)。

(3)　相序核定及通电试验，将两路电源的相序分别进行核定，相序准确后，进行通电试验，在压力油罐允许加油的情况下，分别将柜门上的油泵控制开关置“手动”档，使三台油泵电机分别点通即断开，以检查电机旋转方向是否正确(电机俯视看为顺时针旋转)，当正确无误后，设备投入运行。

4　双电源切换装置动作过程

经重新改造后的机组压油泵动力电源，默认机组400V l段为主用电源，当400VI段电源失去，自动切换到机组400VII段；当机组400VI段电源恢复后又自动从机组400VII段切换回来。

5　结语

实践证明经过双电源切换装置改造后的压油泵动力电源运行安全可靠，有效地保障了机组调速系统稳定运行，使机组始终处于安全运行状态。

参考文献

双电源篇7

关键词：电力网络；源流路径链；双向；电磁剖分

为了了解电力网络不同的源流路径之间电气的供求关系，我们对电力网络源流路径电气剖分的技术和基本思想进行了深化分析，提出了‘交流支路和节点构成联合体的电气剖分方法’和‘基本电气剖分单元的电力网络源流路径电气剖分算法’，并归纳了五类电气剖分算法以及它们的应用。从而为进一步了解电力网络中传输的电气信息提供了理论和技术的基础。

一、电力网络源流路径链的电气剖分关系

（一）电力网络源流路径链的初步电气剖分参数。关于交流支路和节点六合电气剖分的方法，主要是一句节点和节点两侧邻接交流支路的拓扑和潮流关系。不过，在将这些关系运用到局地的电力网络时，还需要对网络源流的所有路径链进行彻底化描述。同时还要注意，在应用交流支路和节点联合电气剖分关系的时候，如果从路径链的首段支路潮流送端节点开始逐步对交流支路和节点的联合电气剖分，一直到路径链的末端支路潮流送端节点，这样由于在考虑网络源流路径链的时候只采取了单向性的处理，所以只能得到初步的电气剖分参数。另外，对于源流路径链的每段剖分子支路，如果同一网络源出发的路径链集合中有相同拓扑关系的剖分子支路，则该段子支路上的初步电气剖分参数包含了所有从同一网络源出发并且经过该段支路到达相关网络流路径链集合上的电气剖分参数，而不是该剖分子支路在本路径链上的最终电气剖分参数。因此，如果要得到最终的电气剖分参数，还需要结合路径链的拓扑构成对电能在路径链中的输送分配关系再更深入的进行分析。

（二）电力网络源流路径链的分支电器剖分关系。在源流路径链中，某段剖分子支路的最终电气剖分参数可以看作初步电气剖分参数的一个分支，这里体现了一种电力网络源流路径链分支电气剖分的关系。对于指定的王蓝月亮路径链，剖分子的网络原功率是同错隔断剖分子支路来供给网络流功率的，而由于路径链的末端支路潮流受端接点的交流支路和节点联合体之间没有对应本路径链的输出电电线，所以指定的网络流初步的电气剖分功率也就是实际自网络了的功率。

二、网络源流路径链的双向电气剖分算法

电力网络源流路径链之间存在着电气的交换，对于每一类电力网络源流路的电气剖分参数而言，都会和其他电力网络源流路径的电气剖分参数相关。在此，我们通过对基于联合电气剖分关系对电力网络源流路径链的正向过程剖分，再基于分支电气剖分关系对正向过程剖分的结果进行反向剖分，以得到电力网络源流路径的最终电气剖分参数。

（一）电力网络源流路径链的双向电气剖分。关于电力网络源流路径的双向剖分算法流程如下：开始——电力网络结构与潮流分布状态——电力网络源流路径链集合（结构拓扑关系和常规电气参数）——逐一进行双向剖分——正向过程剖分——获得初步的电气剖分参数——反向过程剖分——获得的最终电气剖分参数——电力网络源流路径链剖分是否完成，是——获得电力网络源流路径链集合的最终电气剖分参数；否——从逐一进行双向剖分重新循环剖分。

根据实时电力网络结构和潮流分布状态，我们分析了电力网络源流路径的集合，路径链参数包括常规电气参数和结构拓扑关系，在对于集合中的路径链进行逐一的电力网络源流路径双向电气剖分，得到电力网络源流路径链的最终电气参数。而对于没跳网络源流路径链，以链上的有功潮流方向为正方形，按照交流支路和节点的联合电气剖分发对路径链进行正向的过程剖分，得到路径链的初步电气剖分参数，在根据分支电器剖分关系对路径链进行反向过程的剖分，从初步电气剖分参数中得出最终的电气剖分参数。

（二）五类电力网络源流对象的电气剖分。通过对网络源、网络流、支路源、支路流、和网络源流对这五类电力网网络源流对象的分析，我们可以根据特性类型的源流对象从前面讨论的关于电力网络源流路径电气剖分的结果中选出对应的电气剖分结果：①第一类：网络源的第一类电气剖分反映了指定出的电脑在输送和分配过程中的路径信息，对于制定的网络源，都有与其相对应的所有路径链，并构成一个源流路径链的子集A。从整个电力网络源流路径链电气剖分的结果中选出子集A部分，就是指定网络源的最终电气剖分参数。②第二类：网络流的第二类电气剖分反映的是指定流涉取电能在输送和分配过程中的路径信息，对于制定的网络流，都有和它相对应的路径链，并构成一个源流路径链子集B。我们从电力网络源流路径链电气剖分的结果中选出子集B部分，就是指定最终电气剖分参数。③第三类：关于支路源的第三类电气剖分，将指定路源看成电力网络支路中受端接点上的一个网络源，这类电气剖分反应的是指定源所发出的电能在输送和分配过程中的路径信息，而对于指定路，都有与其相对应的路径链，并构成一个源流路径链的子集C。从电力网络源流路径链的电气剖分结果中选出子集的部分，就是指定源的电气剖分参数。④第四类：关于支路流的第五类电气剖分，将指定流看成 电力网络支路中受端接点上的网络流，这种电气剖分反应的是指定流涉取电能在输送和分配过程中的路径信息，对于指定路，都有和它相对于的路径链，并构成一个源流路径链子集D再从电力网络源流路径链的电气剖分的结果中选出子集部分，就是指定支路流的电气剖分参数。⑤第五类：关于网络源流对的第五类电气剖分，主要反映了网络指定源流对之间电能在网络输送和分配过程中的路径信息，对于指定的网络源流对，都有与其相对应的路径链，并构成一个子集E。我们从电力网络源流路径链的剖分结果中选出子集E的部分，就是关于指定网络源流对的最终电气剖分参数。

三、要遵循细则的校验

本文对得到的电力网络源流路径链集合的实际电气剖分参数按照电力网络源流路径电气剖分的原则进行了校验，以检验电气剖分参数是否符合拓扑、参数和状态能量性质的保持性，得出以下结论：①路径链的结构和拓扑关系只集成保持了原始网络拓扑关系的其中一部分，并没有增加新的拓扑关系；②各剖分子阻抗的并联值和原支路的阻抗值相等，各剖分子容乃的串联值和原支路的容纳值相等。③路径链上所有节点的电压幅值和相位保持原始网络和节点的电压幅值和相位相对应。

我们在上面提出了电力网络源流路径链的双向剖分算法，而对于不同类型的电气剖分，这种算法可以沿着路径链进行双向剖分，解决了原先源流路径链只能得出初步剖分参数的问题，对于完善电力网络源流路径的电气剖分法和全面得到电力网络源流路径链之间的最终电气剖分参数有重要作用。

参考文献：

[1]汤奕，万秋兰，于继来.基于电气剖分方法的阻塞分析与调控[J].电工技术学报，2007（11）.

[2]汤奕.电力网络源流路径电气剖分方法研究[D].哈尔滨工业大学，2006.

[3]刘志坚.基于电气剖分网络的阻尼特性与低频振荡抑制对策研究[D].哈尔滨工业大学，2010.

双电源篇8

关键词：高层建筑；双电源切换；故障；电气设计

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0137-02

现在，在很多建筑中（如工厂、学校、酒店和写字楼等），都装配了两套供电电源装置，一路用于正常时电源的供电，另一路则用于应急时供电，也可以称为备用电源。当主电源的供电出现问题或需要检修时，紧急启动备用电源进行供电，把应急电源改为供电电源。在高层建筑中，诸如在楼道、水泵、消防照明等电路中采用双电源方式更为的普遍，双电源切换方式可以有效的保障电路供电的可靠性，同时也会相应的增加双电源转换带来的故障。在发达国家早已把双电源切换电路的研究、生产列为了产业的重点，得到了快速的发展，并使其逐步实现智能化、高新技术化。二十世纪的九十年代，在国内市场对双电源切换开关需求量很大，相继引进了日本株式会社的MZ和VSK系列高低压双电源切换开关，从法国引进电机驱动SirCOVER标准型和VS型电源切换开关。通过引进这些产品，我国的电气元件的种类得到很大的丰富。

1 高层建筑双电源切换方案

所谓的双电源切换电路，指的就是能够提供电源之间相互切换（通常称为倒电）的电路。例如，当用电高峰期，一些用电较紧张的区域常会采用拉闸限电的方式，这种情况下，工作电源与应急电源之间切换的频率就会比较频繁。供电发生中断时，一级负荷和二级负荷往往会在经济上和政治上造成重大的损失，甚至危及人员的生命安全。在发电厂、医院、银行、军事设施等重要场所，必须安装可靠的双电源的自动切换电路。

目前，随着计算机的运用领域的不断扩大，双电源切换开关普遍采用的是计算机的辅助设计方式，这样能使产品性能更可靠、结构更合理。下面介绍一种双电源切换电路。

如图1所示是双电源切换电路中的主电路，AC1为主电路的工作电源，而CB1为工作电源中的进线断路器，AC2为主电路的应急电源，而CB2为应急电源中的进线断路器。C为可逆的交流接触器，它是由两部分组成：工作电源进线接触器C11；应急电源进线接触器C21。图2和图3则为双电源切换电路的控制电路。其中，C12是工作电源的控制回路中的中间继电器，C22是应急电源的控制回路中的中间继电器。C为可逆的交流接触器，它可以通过机械的联锁机构进行互锁，另外，它与控制电路中间继电器C12和C22构成双重互锁。这种切换电路更适合在工业环境下安全运行。

2 常见双电源切换电路故障及其解决方法

在高层建筑的电气设计当中，楼梯的走廊灯、设备房的照明、小区的路灯等的双电源切换电路开关是用接触器来构成，并且有自复式以及手动式这两种控制电路。对这些较小的单相负荷来说，采用的是由微型的接触器来构成的双电源单相切换开关。如果对于高层建筑中空调冷水机组设备房、水泵房，则是提出采用单相负荷配电线路和动力配电线路分开供电的方式，一边减小中线截面。

对于高层建筑中的电气设计来说，电源转换的回路比较多，并且末端的转换箱的分布也比较广泛，如果发生了故障，想要快速的查找出真正故障所在的回路，是一件比较困难的事情。以下根据笔者多年来的在双电源切换方面的维修经验，并结合一些高层建筑的线路设计思路，分析以下高层建筑中使用双电源时出现故障的几点基本维修方法。由于在双电源电路中，中间继电器和交流接触器是双电源切换的关键部件，双电源切换电路的故障主要有以下几种。

2.1 双电源切换故障

双电源切换之间发生故障时最常见的一种故障现象，而双电源电路如果无法实现正常的切换，可能是由于如下原因：继电器出现问题，备用电源回路的交流接触器出现问题，二次回路出现问题。以上的情况都会造成双电源不能正常的实现切换。

如果切换出现故障，首先打开双电源的切换箱，检查相应故障，一般情况下都会找的到相应的故障原件。因为，在故障元件的故障点上，往往会有被烧坏了的痕迹。所以，为了有效的防止此类双电源之间不能正常切换的基本办法就是要定期的对这些双电源电路之间进行一次人为的切换，一般来讲每个月一次即可。这样操作，一方面可以检查继电器和接触器是否能正常工作，另一方面能够发现问题并及时进行更换，及时控制故障。在实际运行中，如果市电停电了，而备用回路的有电指示灯是亮的，但此时某一个双回路已经不能进行可靠切换。这种情况就可以判断是该电路末端切换箱出现问题，针对配电箱就可以发现并解决问题。

2.2 双电源电路之间反复切换

高层建筑内的双回路之间反复切换，这种故障通常会造成市电停电，而备用电又送不上的情况。这种情况往往比较紧急，需要作出快速的处理。在此介绍一种多台变压器的双电源切换电路，两台变压器开关K1和K2和联络开关K5之间可以通过辅助锄头进行防并联联锁，必要时可以考虑联锁开关K3按照检查工作母线无压进行自动投入，以保证市电正常时，两台变压器互为备用。

当市电正常时，K1/K2/K4闭合，K5/K3断开，工作母线、备用母线均带电，实现了负荷双回路备用；市电停电时，K5/K3/K4闭合，K1/K2断开，工作母线和备用母线均带电，实现负载的双回路备用；市电停电且切缝火灾时，消防控制中心切除非消防负荷，保障消防负荷的双回路末端切换备用电源。

双电源回路之间反复切换的故障问题，是一种不太常见的故障现象。但这种故障问题涉及到了用电的安全，往往故障点也比较难找。而且影响面也较为广泛，通常会造成整个楼宇内的所有回路之间反复的进行切换。这是大楼内的灯就会出现忽亮忽暗的情况，也不能判断出是哪一个末端的切换出现了问题。此时如果主回路已经停电而备用的回路还有电，并且建筑内所有的双电源电路末端之间反复进行切换，维护人员就需要利用晚上的时间，对大楼实行一些人为的停电检查双电源切换情况。如果还是出现以上的现象，那么就要找到就近的双电源回路配电箱，然后使用万用电表针对主回路中的电压来进行测量，看主回路中是不是有较为明显的停电的间断点。从而判断到底是日光灯电感的放电现象，还是双回路的末端出现了倒送电的现象。

2.3 不能按照安全条件安装

双电源切换电路开关的安装必须符合标准的使用条件，否则就会造成一系列的安全使用问题。在安装时主要考虑的问题包括以下几个方面：

①周围的空气的温度。周围的空气温度应该保持在-15℃～60℃之间，并且在24 h内的平均温度不能超过55℃，如果周围的温度高于了65℃或者低于了-20℃则需要进行特制。

②大气的湿度。每月内的最大相对湿度大约保持在90%，能够耐受住海上的潮湿的空气影响，在较低的温度下则可以允许较高的相对湿度，如果温度变化会偶尔产生一些凝露则应该采取一些特殊的措施。

③安装的高度。安装地点海拔也不能超过2 000 m，当需要用在更高海拔的时侯，需要考虑空气的介电强度以及他的冷却作用会有所下降的情况，需要进行特制。

④污染的等级。安装地点环境的污染等级最高为3级。

⑤安装的级别。安装的类别应该为Ⅳ类。

⑥安装的倾斜度。产品在柜内应该采用固定安装的方式，最大的倾斜度约为±22.5°。

⑦飞弧的距离。在交流电为380 V时，飞弧的距离约为80 mm。而交流电为660 V时，飞弧的距离应该为100 mm。当电流保持在125 A及以下的情况下安装时，可以不用考虑飞弧的距离。

2.4 双电源切换电路开关步骤不当

据统计，所有的双电源切换电路的故障中有大约54.32%是由操作步骤不当引起的，所以工作人员在使用和维护双电源切换电路时，按照规范的程序进行操作是必要的。

①如果是因故停电，并且在较短的时间内不能恢复供电，则必须要启用备用电源的情况。首先要切除市电供电的各个断路器，其中包括配电室的控制柜内的各个断路器，以及双电源切换箱内的市供电的断电器，然后，拉开其中的双投防倒送开关，拨至自备电源的一侧，以保持双电源的切换箱内各个自备电的供电断路器达到断开状态。启动备用的电源，当待机组的运转处于正常情况时，需要顺序的闭合发电机的空气开关和自备电源的控制柜内的各个断路器。逐个闭合电源的切换箱内的各个备用电源的断路器，向各个负载进行送电。备用电源在运行期间，需要值班人员不能离开发电机组，并能根据负荷变化进行及时的电压和厂频率的调整，如果发现了异常就要及时处理。

②当市电已经恢复了供电的时侯，应该及时的做好电源的转换工作，先切断备用的电源，再恢复市电的供电功能。首先，按顺序逐个断开每个自备电源的断路器，其操作顺序如下：双电源的切换箱内的自备电源的断路器自备电源的配电柜内的各个断路器发电机的总开关把双掷开关拨送到市电供电的一侧。其次，按照柴油机规范的停机步骤进行停机。第三，按照从市电工作供电的总开关到各个分路的开关的顺序，依次闭合各个断路器，最后把双电源的切换箱内的供电断路器拨到闭合一端。最后，在检修双电源切换电路的故障时，必须注意基本的安全问题。这种倒送电方式是十分危险的，不要因为主电路断电了，就以为线路安全了。

3 结 语

双电源自动切换电路的功能强大，并且安装使用比较方便。广泛的应用与高层建筑、医院、银行等重要的场所。本文简要的介绍了常用的双电源切换电路结构，提出了一种多变压器双电源切换电路，并针对双电源切换电路中常出现的故障，提出了一些具体的应对措施，对指导高层建筑双电源切换电路设计和安装具有重要的指导意义。

参考文献：

[1] 赵金石.高压发电机并网问题的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2009.

[2] 赵应春，陈辉.变电站直流电源系统综合图化管理研究[J].电工技术，2007，（11）.

[3] 潘灵芝，孙晓桔.高层建筑双电源切换故障分析[J].建筑电气，2008，（8）.

双电源篇9

【关键词】双电源切换；ATSE；地铁

引言

深圳地铁从1998年开始建设1号线，目前已建成运行5条线路计168公里，78个车站。车站机电设备除规模有差异外种类基本相同，其中一级负荷（及以上）机电设备功率占车站配电变压器容量的60%至65%，主要为保持地铁行车和安全防灾的关键设备。根据《GB50157地铁设计规范》，车站一级负荷必须在供电末端设置双电源自动切换装置（ATSE），以实现关键设备的在一回电源中断时从另一回电源获得供电而保持连续运行。车站配电设计结构上将双电源切换器置于全程双电源独立路径上的唯一的相交公共节点，无法冗余并且又是路径最末端，可以说是双电源配电网的命门。如果此点失效，前端全程的双电源设计也就全无意义。下面结合深圳地铁1、2、3期工程车站双电源的设计和使用经验，对几种曾采用过的双切装置进行分析比较，供地铁低压配电设计时借鉴。双电源切换装置（自动转换开关电器）简称为ATSE（automatictransfer switching equipment），将负载电路从一回电源自动换接至另一回（备用）电源， 以确保下级重要负荷持续、可靠运行。深圳地铁1、2、3期工程8条线路在15年间先后共采用过四类双电源切换装置，分别是接触器切换装置、断路器切换装置、负荷开关切换装置和专用一体型转换开关。

一、接触器切换装置

装置结构：两台四极交流接触器+机械互锁件+控制电路，共三部分组成。工作原理：主回路转换执行部件采用互锁的两台接触器，由中间继电器或小型逻辑控制模块搭建完成控制电路实现电源失压检测、启动切换和复归控制。

特点分析：

为非标产品，不由专业开关厂家生产，而是由配电箱厂根据工程系统图选择相应容量的元器件组装，无统一的产品标准，因不同的工艺、元器件和控制电路都会影响最终性能参数指标比较离散，因此产品一致性不如于另外三种装置。由多个分立器件组合搭成，故障率是各个器件故障累加，且缺少整体防护，理论上故障率会较高，但分立器件通用可替换，维修灵活成本低。

对电源电压敏感，当电压不稳有突变时线圈铁芯有抖动及噪音。

功能单一，除自投外没有其它如显示、欠压、缺相、相位侦测、通讯、事件记录等功能，功能指标和一体化转换开关相比可以用简陋来形容。

能经受频繁动作，切换动作时间可从几十ms至几百ms，但时间范围离散且随机不确定。

容量规格多，与负载匹配度很好，不存在大马拉小车的浪费，选用非常灵活。

主回路执行部分构成简单，接触器之外无需另外切换驱动机构，切换物理动作简洁。

价格最便宜，特别是小功率规格，价格只有一体化转换开关的1/15-1/20，这也是其最大的优势。

执行接触器线圈长期通电，容易发热、触头粘连、弹簧形变、线圈烧毁等故障，寿命短，需要经常巡检，维修工作量较大。

应用分析：此种切换装置，深圳地铁只在最早的1号线采用，后续二、三期工程均未采用，投运后特别是三年之后故障较多。价格便宜的优点和性能不稳定的缺点两者都非常突出，适合对价格敏感而功能需求不高的场合，不建议用在重要负载电源端。同时设计须注意，除在控制电路中加入两接触器电气互锁逻辑外，也必须在两接触器间设置物理机械互锁，双重措施保证两路电源不会连接在一起。从1号线积累的故障记录分析，几乎都是因为主电源回路接触器因长期带电而造成，如线圈长期发热绝缘下降而烧毁、触头压力下降而抖动拉弧粘结、衔铁生锈或弹簧失效而机构卡死，不仅不能完成失电切换还可能会在电源正常时中断负载供电，双电源要求的工况可以说已经超过了接触器的运行能力。因此地铁车站不建议大面积使用此类切换装置，只能用在可短时断电且非连续长期运行的设备负载，如变电所检修电源、出入口排水泵。对于已采用此类装置的车站除必须保证巡检外，应该定期更换接触器，最好逐步更新改造成下文所述的切换装置。

二、断路器型切换装置

装置结构：两个四极断路器+电操切换板+控制器。工作原理：主回路转换部件采用独立的两个断路器，断路器前面板安装专用配套的电操切换板，由切换板推动断路器手柄实现分、合闸。专用控制器完成电源检测并发出指令控制电操切换板启动。切换板同时还负责两断路器间保持机械互锁。

特点分析：

价格适中，经济性与负荷开关切换装置同一级别。

专业厂家成套定型产品，产品个体一致性好，箱厂根据负荷额定电流直接选用，无需配电箱厂设计控制电路和组装。

符合《GB14048.3开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》标准，属派生转换开关电器。

断路器具备过载、短路保护功能，可以分断短路电流但不承载短路耐受电流。

受制于断路器的四连杆机构不能快速合闸，因此切换时间较长，一般最少在2秒以上。

电操切换板采用微电机带动棘轮机构来推动开关手柄，机构行程长，微电机负荷在整个行程中不均匀，局部还存在堵转，因此电机、棘轮机构、行程开关易损坏，可靠性较低。

一路断路器发生脱扣时手柄跳闸对电操棘轮机构产生反作用力，而棘轮机构又无法释放此反作用力，相当于机构卡死，无法完成切换成另一回路，此时需要人工现场复位释放。而且此反作用力极易损坏棘轮机构。

不能频繁切换，动作间隔时间至少3秒以上。

电操机构需要经常检查和。

应用分析：断路器切换装置可适用范围基本与负荷开关型相同，虽具备保护功能但主要的切换性能不如负荷开关。而此类切换器另一突出缺点就是电操切换板可靠性较差，深圳地铁1号线曾少量采用了此类切换装置，运行以来切换板故障较多，如电机烧坏、棘轮卡死、行程开关失灵。因此在相同适用范围内建议用负荷开关型切换装置替代断路器型切换装置，线路的保护由另外的器件完成，功能划分清楚。深圳地铁一期1、4号线之后就未再采用此类切换装置。

三、负荷开关型切换装置

装置结构：两个负荷开关本体+电操机构+机械联锁件+控制器。工作原理：主回路转换部件采用互锁的两个电动负荷开关，由专用控制器完成电源检测并发出指令控制电动负荷开关开闭以接通主或备电源。

特点分析：

价格适中，同等容量价格略高于双接触器型而远低于一体化转换开关。

专业厂家成套定型产品，产品个体一致性好，箱厂根据负荷额定电流直接选用，无需配电箱厂设计控制电路和组装。

符合《GB14048.3开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》标准，属派生转换开关电器。

负荷开关可以接通和承受短路电流，触头性能优于断路器但不如一体化转换开关。

电操机构可以采用励磁驱动或瞬间释放的弹簧储能电动机方式，机构本身动作时间可以达到100ms级，但受限于负荷开关触头灭弧性能有限而不能完全快速熄灭切换时的电弧，所以总体切换时间只能延长到约500ms量级。

不具备过载、短路保护功能，可以在线路中另外配置断路器等保护电器实现保护功能。

外置的电操机构和机械联锁装置组配仍较复杂，可靠性稍差。

不能频繁切换，动作间隔时间3秒以上。

应用分析：适用于可接受中断供电时间0.5秒及以上的动力、照明类负荷，可以满足车站大多数负载的双电源转换要求，如消防水泵、区间排水泵、消防排烟风机、隧道风机、消防电动阀、应急照明。深圳地铁1号线部分设备采用了此种切换装置，运营反映故障集中在电操机构卡滞或不到位，并且只能在夜间地铁停运后将负荷开关本体断电才能拆下电操机构维修，使用稍有不便。另外由于不能耐受频繁切换，需特别注意与上级35kV母联和低压柜400V母联切换时间相协调（即转换启动时间阀值要大于上级两者），否则极易损坏切换装置，因此中压、低压相关设备维护部门之间需协调统一管理。

四、PC级一体式转换开关

装置结构：内置电磁操作的单刀双掷转换开关+专用控制器。工作原理：单刀双掷开关由内置电磁铁驱动发生投掷转换，轮换接通两路进线电源而保持一路持续可靠的输出。外置的控制器完成电源检测并发出指令控制开关的电磁机构动作。

特点分析：

一体设计，开关机械转换和电磁驱动结合非常完美，真正实现机电一体化，与负荷开关型和断路器型相比，操作机构可靠性大大增加。

机械转换为“单刀双掷”设计，结构不仅简单而且天然互锁，完全省掉了易出故障的外置互锁机构。

转换时间最短，可以达到50-200ms。

电磁驱动机构动作形式简单，阻力小，消耗功率小，且只在切换时需要操作电流，因而电磁线圈不发热、寿命长。

可以有三工位，中间零位用于泄放高感抗负载切换时产生的反冲击电流。

可以做到同相位转换，对下级电动机负载仅是瞬间中断，电动机起动器不会跳脱，保持继续运行。

使用类别可达到最高的AC-33A，10倍过载电流，并且高短路电流耐受力（配合前置熔断器，额定限制短路电流可达100kA），并且能适应频繁切换（优于50次/5分钟）。

转换开关本体从内至外设计的导向就是为了切换，在切换功能上具有先天优势，电气性能、机械构造、可靠程度都远高于前述几款利用常规的开关电器进行组装成的切换装置，可以说这是专业队伍，但也意味着若发生故障只能整体更换。

该产品不具备电流保护功能。

由于制造工艺要求高、技术门槛也高，市场价格昂贵。随着市场需求量加大，越来越多的国内企业进入，价格会逐步下降。

应用分析：由于此型切换器专业的切换性能，是目前最好的切换装置，技术上适用所有双电源切换场合。在考虑经济性后，建议特别重要和重要负荷采用此类型切换装置，如行车信号系统、防灾设备、指挥监控系统。深圳地铁2、3期工程一级负荷和特级负荷全部采用了此类双切装置。在车站动力配线设计时，可以考虑同一防火分区内几个邻近的小功率一级负荷集中由一个双电源切换箱配电，既充分利用双切器容量也可减少上级低压馈出配线回路数，例如深圳地铁1号线延长线就将组合空调机房内的数个风阀集中由一个双电源配电箱供电。但系统专业性不同类的设备不应共用，例如信号系统、通讯系统、AFC票务系统就应各自配置单独双切，而不能按区域和其它设备共用。

总结

通过对四种双切装置的性能和使用效果对比，建议地铁车站行车、监控调度、票务设备、通信网络等要求电源切换快速的重要负荷应当采用PC级一体化自动转换开关；对切换速度要求不高（2秒以上）的长时运行负载、非连续的短时工作负载或可以短时中断的负载，可以采用负荷开关切换装置，如车站消防风机、水泵、电动阀门、应急照明。接触器切换装置只可用于手动切换或远程触发启动的负载，而车站内此种设备极少，不建议使用。

双电源篇10

关键词：吸波源理；电路模拟吸波材料；电抗加载；频率选择表面；反射系数

中图分类号：TN11文献标识码：B

文章编号：1004373X(2008)2000703

Active Circuit Analogy Absorber Using Double-square-loop FSS

KOU Songjiang1，XU Jinping2

(1.The 96251 Unit of PLA,Luoyang,471003,China;2.State Key Laboratory of Millimeter Waves,Southeast University,Nanjing,210096,China)

Abstract：A brief description of the theory of circuit analogy absorbers is presented.A new analysis way is proposed that CA absorbers can be analyzed using CST simulators with the method of reactive loading.A new active CA absorber with array of double square loops is designed,which is studied by the forementioned analysis way.The numeric results show that the absorber has superior performance of absorbing electromagnetic wave at two frequency bands and the reflectivity frequencies of the structure can be controlled when the loading resistances of the array of double square loops vary ,that is,when forward bias currents of PIN diodes vary.

Keywords：absorber principle;CA absorber;reactive loading;FSS;reflection coefficient

目前，武器平台上集成的电子装备越来越多，通信、控制、侦察等各种信号在较小的空间多次反射、互相干扰，导致电磁兼容性问题日益突出。频率选择表面（FSS）可结合武器装备的金属表面构成电路模拟吸波材料，当这种材料被应用武器平台表面时，可较好地改善武器平台的电磁环境。而使用有源FSS则可构成电可控的电路模拟吸波材料。

1 电路模拟吸波材料的吸波原理

1.1 吸波材料的吸波原理

当电磁波在空气中传播遇到媒质时，由于媒质的阻抗与自由空间的阻抗不匹配，电磁波在空气与媒质界面发生反射和透射。当透射波进入媒质内部后，可通过吸收、散射、干涉等多种手段，将电磁波转换成其他形式的能量，衰耗在媒质内部，从而使材料表面的电磁波反射大大减小［1］。因此，吸波体与空气媒质的阻抗是否匹配对吸波材料的吸波特性具有重要影响。

如图1所示单层吸波结构 ，当电磁波垂直入射时，其输入阻抗为：

Zin=jZsZtan(βd)Zs+jZtan(βd)(1)

其中：Z为电阻层阻抗；Zs为介质的特征阻抗；β为电磁波传输系数。相应的反射系数为：

ρ=Zin－Z0Zin+Z0(2)

其中，Z0为自由空间的波阻抗。由式(2)可知，当Zin=Z0时，反射系数为0，此时电磁波完全进入吸波材料内部，无电磁波反射，此即阻抗匹配条件［2］。由式(1)可知，可以通过调节电阻层阻抗、介质的电磁参数以及介质厚度来改变输入阻抗从而实现阻抗匹配，而其中最容易调节的是电阻层的阻抗，目前广泛采用的也是这种阻抗匹配方式［3］。

图1吸波材料的吸波原理图

1.2 电路模拟吸波材料

使用由有耗材料构成的FSS结构作为电阻片，可与金属背板一起构成电路模拟吸波材料［4］，如图2(a)所示。此时，电阻片中不仅包含电阻成分，而且还包含电抗成分。FSS的等效电路如图2(b)所示，它是一个RLC串联等效电路。电阻R是因为FSS是有耗材料的原因。

图2 电路模拟吸波材料的结构及电阻片的等效电路

1.3 有源电路模拟吸波材料

前文所述的吸波材料是无源结构，其吸波特性不能随环境而变。如果吸波结构中的R可电控，则可构成电可控的吸波材料。一种方法是在吸波结构中插入可电控的有源FSS，通过调整FSS的R参数来调节吸波材料与自由空间的阻抗匹配，从而达到控制吸波体吸波特性的目的［2，5］。向FSS中插入PIN管可构成有源FSS，有源FSS中的R分量可通过对PIN管馈以小的正偏电流来获得［6］。当PIN管的正偏电流在1 mA以下时，PIN管总电阻约为十几欧姆至几百欧姆，且正偏电流越大，电阻值越小。但在高频条件下，PIN管电阻值会有所减小。

图3所示为PIN管BAP50-02的正偏电流与电阻值的关系。正偏电流与电阻值的这种对应关系表明：偏置电流对FSS的影响可通过对FSS进行电抗加载来等效。

图3 BAP50-02的正偏电流与电阻值的关系

2 有源电路模拟吸波材料的数值分析

在对有源电路模拟吸波材料的数值分析中，本文使用CST电磁仿真软件，采用电抗加载的方法进行，计算结果可为电路模拟吸波材料的研究提供依据。

2.1 算例对比（具有蝶型结构的有源电路模拟吸波材料的分析）

A.Tennant和B.Chambers对有源电路模拟吸波材料进行了研究［2,5］。其实验模型是基于Salisbury屏的平板结构，只是使用有源FSS代替Salisbury屏中传统的电阻层。有源FSS单元采用如图4所示的蝶型贴片型偶极子，在FSS单元中加入PIN管，通过调节PIN管的偏置电流来控制FSS中的R分量。实验结果表明，这款吸波结构的反射系数在9~13 GHz的频带内可调，反射系数曲线如图5所示。

图4 蝶型贴片型有源FSS结构

本文使用CST电磁仿真软件，采用电抗加载的方法对这款吸波材料进行分析，反射系数曲线如图6所示。由图可见，当R＝130 Ω时（对应于正偏电流＝0.1 mA），吸波材料的反射系数最小。随着R增加时（对应于电流减小），反射系数逐渐增大，直至R＝1 000 Ω时的全反射；当R减小时（对应于电流增加），其反射系数呈现双吸波峰特性并逐渐增大，直至R＝20 Ω时的全反射。经与图5对比可见：计算结果与实测数据一致，表明这种分析方法的可行性。

图5 具有蝶型偶极子结构的有源电路模拟吸波材料的反射系数（文献记载）

2.2 具有双方环结构的有源电路模拟吸波材料的分析

本文设计了一款有源电路模拟吸波材料，它是基于Salisbury屏拓朴的平板结构，如图7所示。金属背板和FSS由介质1构成的隔离层隔开，介质板1的厚度t1＝4.5 mm，εr1＝1.05，损耗角正切tan δ＝0.001 7。FSS被印刷在介质板2上，介质2的介电常数εr2＝2.25，t2＝0.1 mm，它被“倒扣”在介质1上。外侧介质的作用一是固定、保护FSS，二是方便内方环有源器件的馈电。

图6 具有蝶型偶极子结构的有源电路模拟吸波材料的反射系数（本文计算）

图7 基于Salisbury屏拓扑的单层电路模拟吸波材料的结构

FSS单元采用双方环贴片型单元，如图8所示，其中l1＝9 mm，l2＝4 mm，贴片宽度为1 mm，Dx＝Dy＝10 mm，使用平面波激励，电场沿Y方向。在FSS单元中加入PIN管，加载方式如图8中所示。双方环FSS是一种典型的双谐振结构，具有一高一低2个谐振频率，因此，由双方环FSS构成的吸波结构将有2个吸波频率。本文使用CST电磁仿真软件，采用阻抗加载的方法对这款吸波结构进行分析。结果表明：当使用不同电阻加载（即改变PIN管的偏置电流）时，该结构的吸波频率随之改变，从而实现吸波频率可控的目的。

图8 圆环贴片型有源FSS的结构

在对两个方环使用相同的电阻加载时，小方环的吸波频率（反射系数在-20 dB以下）可在5.5~8 GHz变化。大方环的吸波频率可在17.6~20.9 GHz变化。偏置电流过大（R=20 Ω）或过小（R=1 500 Ω）时，该结构不再具有吸波特性。反射系数曲线如图9所示。

小方环的加载电阻不变（R=200 Ω），大方环的加载电阻改变，则对应于小方环的吸波频率在20 GHz处基本不变，对应于大方环的吸波频率可在5.56~9.04 GHz频段改变。反射系数曲线如图10所示。

图9 具有双方环结构的有源电路模拟吸波材料的反射系数

图10具有双方环结构的有源电路模拟吸波材料的反射系数（大环电阻改变）

大方环的加载电阻不变（R=150 Ω），小方环的加载电阻改变。则对应于大方环的吸波频率在6.07 GHz处基本不变，对应于小方环的吸波频率可在16.17~20.17 GHz频段变化。反射系数曲线如图11所示。

图11 具有双方环结构的有源电路模拟吸波材料的反射系数（小环电阻改变）

从以上分析可看出，适当改变两个方环的加载电阻（即改变PIN管的偏置电流），可改变吸波材料的吸波特性。

3 结 语

本文首先简单分析电路模拟吸波材料的吸波原理，然后，提出使用电磁仿真软件，通过电抗加载的方式对有源电路模拟吸波材料进行分析的方法。算例对比表明这种分析方法是可行的，其结果可为电路模拟吸波材料的研究提供依据。最后，设计了一款有源电路模拟吸波材料并对其进行分析，仿真结果表明这种吸波材料具有良好的多频吸波特性，并且适当改变两个方环的加载电阻（即改变PIN管的偏置电流）时，可改变吸波材料的吸波频率。

参考文献

［1］黄爱萍，冯则坤，聂建华，等.干涉型多层吸波材料研究［J］.材料导报，2003,17(4):21-24.

［2］Tennant A,Chambers B.Adaptive Radar Absorbing Structure with PIN Diode Controlled Active Frequency Selective surface ［J］.Smart Mater.Struct.,2004,(13):122-125.

［3］刘海韬,程海峰.频率选择表面(FSS)在雷达吸波材料中的应用及最新进展［J］.材料导报,2005,19(9):30-32.

［4］Munk B A.Frequency Selective Surfaces,Theory and Design［M］.New York:Wiley,2000.

［5］Tennant A,Chambers B.A Single-layer Tuneable Microwave Absorber Using an Active FSS［J］.IEEE Microwave and Wireless Components Lett.,2004,14(1):46-47.

［6］Dittrich K W,Wulbrand W.Radar Absorbing Structure with Integrated PIN Diode Network［C］.Proc.10th Eur.Electromagnetic Structures Conf.,2001:101-110.

［7］徐坤,尹文禄,隋立山,等.基于新型矩形同轴馈电网络的微带天线阵研究\.现代电子技术,2007，30(23):20-22,24.