海外常用雙繼電器直流電源切換回路可靠性分析

2021-11-23 11:51:26孫得賢隋永寶

通信電源技術 2021年11期

孫得賢，隋永寶

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京 211102）

0 引言

由于直流系統的可靠性較好，因此變電站二次設備大多采用直流供電電源。為保證重要二次設備工作的可靠性，一般采用兩路來自不同蓄電池組的直流電源，經切換后給設備供電。常見的雙電源切換回路有二極管切換回路和變壓器隔離切換回路，二極管切換回路如圖1所示。雖然二極管切換回路具有接線簡單、切換速度快、成本低且維護工作量少等優點，但由于未進行電氣隔離，僅通過二極管將雙路直流電源連在了一起，因此發生直流接地時，兩段母線均報警，無法及時查找到接地點。當兩段母線異極接地或兩段母線異極短路時，切換回路輸出端將產生高電壓，對供電設備造成致命損壞，而且當同一段兩個二極管損壞時，容易損壞蓄電池。因此，二極管切換回路目前已很少使用。變壓器隔離切換回路如圖2所示，既實現了雙路直流電源的無縫切換，又確保了雙路電源的完全獨立。但該切換回路復雜，成本較高，切換設備本身體積較大，占用較多的屏柜空間，故海外用戶接受度普遍較低。而雙繼電器切換回路具有接線簡單、安全可靠以及低成本的特點，在海外項目中得到了廣泛應用[1-5]。

圖1 二極管切換回路

圖2 變壓器隔離切換回路

1 雙繼電器直流切換原理

雙繼電器直流切換回路如圖3所示。

圖3 雙繼電器切換回路

該切換回路采用兩只型號一致的單位置中間繼電器，其線圈動作電壓為0.8 UN，返回電壓為0.2 UN，觸點額定電流為16 A，開斷電流為0.6/0.4 A（110/220 V），動作和返回時間為10 ms。兩路直流電源先帶電一路的切換繼電器動作，投入該路直流電源，同時閉鎖另一路直流電源。當該路直流電源故障后，該路切換繼電器返回，另一路切換繼電器動作，切換到第二路直流電源，同時閉鎖第一路直流電源，從而實現雙路電源自動切換[6,7]。

2 雙繼電器切換回路存在的主要問題

在某海外項目試驗中，當通過斷開電源進線空開QD1模擬第一路直流電源失電測試切換回路功能時，出現所帶二次裝置重啟現象，且裝置數量不同引起的現象也有所不同。單臺裝置切換時不重啟，兩臺裝置切換有時重啟、有時不重啟或有時僅一臺重啟，3臺裝置切換時全部重啟。試驗裝置電源插件等效電路如圖4所示。由于儲能電容C2的作用，裝置在直流電源消失后50 ms內不重啟，而雙繼電器切換時間約為20 ms左右，電源切換回路時間小于裝置失電重啟時間，裝置理應不重啟。基于此，猜測重啟的原因是裝置電源插件上的安規電容C1在裝置失電后短時間內存在殘壓，該殘壓加到切換繼電器線圈上導致第一路電源失電后繼電器線圈電壓不是立即降到0，而是維持動作電壓一段時間，當殘壓降至繼電器返回電壓以下時繼電器才返回，第二路切換繼電器動作，直流電源切換到第二路，導致整個切換過程時間延長。

圖4 二次裝置電源插件等效電路

3 試驗過程

為驗證上述猜測，對雙繼電器切換回路進行試驗，用示波器測試電源切換過程中電源輸出端的電源波形，即圖3中端子-XD:9和-XD:10之間的電壓。直流切換回路分別帶1臺、2臺以及3臺二次裝置時的電壓波形如圖5、圖6以及圖7所示。

圖5 1臺二次裝置負載切換電壓波形

圖6 2臺二次裝置負載切換電壓波形

圖7 3臺二次裝置負載切換電壓波形

從試驗結果來看，當外部直流電源斷開后，測試點處的電壓維持在切換繼電器保持電壓之上18～36 ms后才降為0，此即為受裝置電源板上安規電容C1上殘壓影響導致的結果。帶載二次裝置數量越多，切換回路輸出端并聯的電容量就越大，失去直流電源后切換繼電器由殘壓維持動作的時間也就越長，整個切換時間也越長，具體對比如表1所示。