配电网双交流电源自动切换装置开发设计.pdfVIP

配电网双交流电源自动切换装置开发设

计

摘要：环网柜作为配电网中重要的电力设备，其电源系统的稳定性和可

靠性非常重要，为了保障环网柜的正常运行，需要一种可靠的双交流电源自动切

换装置来监控供电电源，防止其他电力设备由于电源故障而停机或损坏。本文就

重点探讨了一种用于环网柜的双交流电源自动切换装置开发设计。

关键词：环网柜双交流电源切换

一．环网柜双电源切换方案现状分析

在配电网的环网柜中，电源系统有2种外部供电方式：一是外部交流220VAC

电源供电；二是电压互感器（PT）供电220VAC，并且需要提供A、B两路独立的

外部供电电源。在环网柜中会配置一个外部电源输入切换装置，A、B两路独立外

部电源，经过切换装置切换后，变成一路220VAC电源，作为整个环网柜的主电

源，该切换装置一般布置在环网柜的DTU（站所终端）柜或者PT（电压互感器）

柜中。正常情况下，默认优先切换到A路外部电源，当A路外部电源出现故障时，

应自动切换到B路外部电源输出。当A路外部电源恢复供电时，应自动切换回A

路外部电源输出。A、B两路外部电源切换期间，切换模块输出电压波动时间不大

于20ms。目前一个通用简单的做法，是直接用一个两组转换触点的220VAC交流

继电器封装成一个模块，以实现这个功能。还有一些厂家是将这个功能集成到电

源模块中，但是核心部件还是220VAC交流继电器。

二、环网柜双电源切换装置存在的风险

以220VAC交流继电器为核心器件的双电源切换装置，虽然可以实现功能，

但在实际工程应用中，暴露出了很多问题，继电器烧毁就是一个常见的装置故障

现象。首先，电网中的一次电压并不是一个稳定值，该一次电压经过取电电压互

感器（PT）变成额定220VAC给环网柜内的设备供电，这个220VAC也会在一定范

围内变化，最高到1.2倍UR（UR=220VAC）都是合理的。但是交流继电器的线圈

承受最大电压为1.1倍UR，0.8倍UR是可靠动作电压门槛。所以当取电PT的输

出电压大于1.1倍UR时，长期工作交流继电器就会因为线圈烧毁而失效。当取

电PT的输出电压在0.8倍UR附近时，正好卡在交流继电器动作的门槛值附近，

此时继电器会在带载情况下频繁动作和复位，这样的抖动会导致继电器的触点烧

毁。其次，这种交流切换装置在A路和B路外部电源进行切换时，触点从常闭到

常开带电切换，没有中间过程，也容易出现拉弧的现象，造成潜在的损伤。所以，

本文汲取工程实践中的问题，将A路、B路外部电源与切换继电器解耦，实现精

确切换、稳定切换，有效避免了继电器烧毁的情况。

三、一种双交流电源自动切换装置的开发设计

1、装置结构

如图1所示。本装置输入为A路、B路外部电源输入，输出为切换后交流电

源、输入交流电源异常告警信号和RS232通讯口。装置内部由4个部分构成：电

源电路、外部交流输入采集电路、MCU控制电路和交流电源输出切换电路。A路、

B路外部电源输入接入装置后，会同时接入电源电路和外部交流输入采集电路。

电源电路产生给整个装置供电的5V直流电源和3.3V直流电源，保证装置启动工

作。外部交流输入采集电路将两路外部输入交流电压变换成可以供MCU采集的2

路模拟电压，接入MCU。MCU对模拟电压进行ADC转换，计算出A路和B路外部

电源的原始输入值，跟额定电源220VAC进行比较和逻辑判断，输出控制信号，

控制交流电源输出切换电路进行动作或复位，实现双交流输入自动切换的功能。

如果A路或者B路电源输入出现电压异常或者频率异常等，装置还会输出告警信

号空接点给到上级设备。RS232通讯用来连接上位机，实时显示外部电源的电压、

频率，设置装置参数。下面详细说明各部分电路的功能和优点。

图1双交流自动切换装置框图

2、电源电路

如图2所示。U2、U3是2个220VAC转5VDC的隔离电源模块，参数完全一致。

输入电压范围85VAC—264VAC，可以长期工作于1.2UR。UL_A、UN_A是A路外部

电源输入，UL_B、UN_B是B路外部电源输VCC5_1和VCC5_2经过肖特基二极管选

择后，接入电源芯片U5，产生3.3V直流电源。这样只要A路、B路任意一路外

部电源有电，就可以通过电源电路输出5V和3.3V直流电源，给整个装置供电。

并且