通信电源智能切换装置有关问题的探讨Word文件下载.docx
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LTP系列通信电源智能型切换装置实现了双路直流电源输入,系统由触摸屏和PLC控制器共同控制实现自动切换。
正常工作时,两路负载分别由各自电源供给,独立运行;
当输入电源低于设定的下限值时,通过程序控制接触器,实现0s自动切换,低电源电压输入负载由正常输入负载供给;
当输入电源恢复至设定的上限值时,再次实现0s自动切换,系统恢复至双电源独立运行模式。
3)LTP系列通信电源智能型切换装置主要组成部分
监控器、PLC控制器、DC/DC变换器、直流接触器、直流刀闸、软件程序(监控屏显示程序和PLC控制器程序)
4)LTP系列通信电源智能型切换装置主要参数
工作方式:
自动或手动方式
输入:
两路-48V正极接地,具有空气开关分断断开
输出:
二组直流输出,每组10路直流配电。
单路容量为15A
工作电压:
-59V至-43V可调,正极接地
启动电压:
大于等于-43.5V小于等于-58.5V可调
电子开关动作时间:
≤20ms
电源倒换等效时间:
0s(正常工作状态)
环境温度:
0-50℃
相对湿度:
20%-90%
监控单元:
5.7寸彩色大屏幕汉显、监测直流输入电压、输出电流、电子开关、输出开关状态,可进行启动电压设置,带黑屏保护功能。
报警方式:
声光报警,带25s延时后自动复位
PLC工控机:
主机模块EC10-1006BRD扩展模块EC10-4DA,其中EC10-1006BRD模块带10点DC输入、6点继电器输出,EC10-4DA带4点模拟量输入,模块间通过MODBUS协议进行通讯。
5)LTP系列通信电源智能型切换装置界面
1>
首页界面,包含首页、监控、显示、设定、报警、菜单6项功能。
图1-1
上电后直接进入首页界面,在首页的右下角有“菜单”键,点击此键会弹出菜单,再点击所需查看的菜单进入相应的功能界面。
如图1-1所示。
2>
监控界面
图1-2
点击“监控”键进入电压监控界面。
此界面主要起监视作用,用于对两路电压起监视的目的。
点击“菜单”键即可进入菜单栏,选择其它界面。
如图1-2所示。
3>
显示界面
图1-3
点击菜单中“显示”键,就可以进入模拟界面。
此界面对两路电源的直流接触实际运行起现场模拟的作用。
当1路电压正常时,当2路电压正常时,KM1、KM2闭合、KM3断开,界面的开关都动态动作。
当两路熔断器都处于导通状态时,FU1、FU2闭合,如熔断器烧断对应的FU1、FU2就会断开。
如图1-3所示。
4>
设定界面
图1-4图1-5
进入设定界面之前,首先要输入密码。
当按密码数字区域时会弹出数字键盘界面,输入密码后,点击“进入”即可。
如图1-4所示。
对上限和下限的数字进行调整,以满足现场设备的要求,当按上限或下限的数字窗口时,在弹出键盘界面,用上面的数字键进行保护值进设定,设定完后按ENT键,使输入值生效。
如图1-5所示。
5>
报警界面
图1-6
显示当前和历史的报警记录,当报警记录太多以后,可选择向上和向下键进行查询。
考虑到现场无人值守,发生故障时报警锋鸣器响25s后自动复位。
如图1-6所示。
6>
菜单项则用于显示或隐藏前五项菜单界面。
6)自动切换操作过程
当开关处于自动状态时,PLC对双路电源进行自动切换。
当I、II路电源都正常时,KM1、KM2闭合,KM3处于断开状态;
当I路或II路电源电压低于设定电压下限,II路或I路电源电压正常时,KM3先闭合,延时后KM1或KM2再断开。
当I路电压恢复到设定电压上限时,KM1或KM2先闭合,延时后KM3再断开。
3、设计、运行中存在的问题及分析
⑴关于选用NDZ1-400K型接触器不带自保持功能
智能型切换装置在主回路中,共有3个接触器,即KM1、KM2、KM3,通电正常工作时受PLC控制,实现两路自动切换功能。
但在运行中发现,一旦PLC失电,即控制功能失去时,3路接触器接点同时断开,系统自动断电。
原因分析:
NDZ1-400K属于带常开接点的直流接触器,不带辅助接点。
当系统通电时,PLC控制器发出指令,常开接点闭合,回路导通,而失电时或PLC控制器故障时,常开接点打开,导致系统断电。
从表1、表2、表3可以看到NDZ1-400系列三种不同类型接触器的技术参数及示意图,其中表1为带常开接点型、表2为带常闭接点型、表3为常开接点带一对辅助常开、常闭接点型。
接线图
主回路额定
工作电流
控制电压
额定负载下触点
最大接触压降
50A
48V
30mV
额定电压下
线圈电流
触头形式
产品型号
0.07
1P
NDZ1-400K/48
表1NDZ1-400K/48
400A
0.13
NDZ1-400B/48
表2NDZ1-400B/48
1P+NC+NO
NDZ1-400KF/48
表3NDZ1-400KF/48
虽然48V直流电源系统,采用了双路交流电源供电,系统控制电压分别取自各自直流电源回路,很大程度上保证了直流电源不间断供电,但在设备选型上没有考虑到,一个仅是用于保护PLC控制器的保护电器熔断,而造成直流接触器动作,导致所供通信设备电源全部消失的可能。
在电力系统中,直流系统运行规定明确了熔断器有固定的维护周期或更换周期,这样势必要引起所供通信设备中断。
⑵PLC控制器故障时无声光报警
PLC控制器本体故障时,在其装置本身有故障灯显示,但装置装在屏内部,巡视时容易忽视。
监控器本体故障时,导致不能进行操作设置。
在装置设计时并未充分考虑PLC及监控装置本身故障时对系统的影响,PLC故障情况有很多,但导致问题最直接的是故障造成接触器断开,造成直流失电。
如:
某站220V直流电源系统采用监控器显示和PLC控制程序共同工作,在巡视中发现,监控器主要数据显示正常,无故障报警,但通过监控器进行例行操作维护,均不能实现其功能。
起初怀疑为用户权限不满足,经询问厂家后排除,在对PLC控制器检查中发现,RUN绿灯熄灭,STOP红灯亮,经断电重启后,系统正常恢复运行,所有功能完好。
PLC控制器受运行时间长短和环境温度等情况影响下,有可能发生死机、损坏等情况,在PLC控制器“死机”情况下,监控器所显示重要数据均不是由工控机发出,而是由屏内部的监控单元完成并上传,而充电模块的运行也是靠自身出厂程序进行工作,稍不留意便可能忽视。
220V直流电源系统PLC控制器主要用于充电模块控制,蓄电池的均浮充转换等一般功能,不进行重要的切换、操作等控制功能,因而影响要远远小于48V直流电源系统中使用的智能切换装置。
⑶蜂鸣器不带手动复位功能
蜂鸣器设计考虑故障情况下的报警提示,特别是无人值守站,虽有25s自动复位功能,但在实际运行中也出现过报警后,报警在25s后无法复位的情况。
⑷输入回路熔断器信号保险安装位置选择不当
输入回路熔断器信号保险安装位于熔断器两端,因选用的熔断器较大(300A),当进行熔断器操作,一般值班人员不能轻易拉出,一旦用力过猛,则会将接于信号保险常开接点的连接线拉断。
⑸主接线设计中的考虑
主接线的设计采用单母线分段方式,KM3即分段开关,正常时供电方式由单路供单母线上负载。
这种供电方式优点在于在负荷平等的情况下,两组直流电源平衡运行,不影响蓄电池寿命。
其缺点是当全站交流电源失去时,两组蓄电池释放容量较快,且不能得到恢复。
特别是在今年一些地区发生特大灾情情况下,变电站内通信直流电源所能保证的时间有限,给上级决策部门提供信息时间缩短。
⑹控制电源输出至负载是否应接保险
在对智能直流切换屏进行试验过程中,发现PLC控制器电源前端熔断器一经断开,便会导致所有接于直流切换装置上的直流负荷掉电。
智能型切换装置内部主要元器件供电采用DC/DC变换后得到,主要供电范围为风扇电源、接触器电源、控制电源和信号电源,其中最为重要的为接触器电源、控制电源,PLC控制器掉电,引起接触器不受控制,且没有自保持功能,接触器恢复常态,导致整个48V直流电源输出系统掉电。
4、针对存在的问题提出的建议
⑴选用NDZ1-400K型接触器不带自保持功能
针对这一问题,提出选用一对常闭、常开接点配合的直流接触器组成切换单元。
下图为选用不同设备的接线方式比较。
图3中共3个直流接触器控制所有直流回路运行,而在直流接触器旁并接有一直流刀闸开关,用于PLC控制器不能控制直流接触器动作时,人工进行手动操作,恢复送电。
此种运行方式的优点在于经济,接线简单,缺点时PLC控制失效进行人工恢复时,在闭合刀闸瞬间,因设备未关闭,启动时电流过大容易产生弧光,产生不安全因素。
图4中直流输入回路采用一对带常开、常闭接点的直流接触器进行切换,而支路上保留原来带常开接点的直流接触器。
其设计思路是KMI-1、KMI-2接入输入回路I段,KMII-1、KMII-2接入输入回路II段,KMIII接于KMI、KMII输出之间。
正常运行方式下,KMI-1、KMII-1接点动作闭合,KMI-2、KMII-2接点动作打开,KMIII不动作输入电压经带常开接点的直流接触器供给负载。
故障情况下分几种主要故障点进行分析:
①PLC控制器断电时,KMI-1、KMII-1动作接点打开,KMI-2、KMII-2动作接点闭合,KMIII不动作,电压经KMI-2、KMII-2流过,保证系统电压的稳定运行。
此时情况的不足之处在于,所选型直流接触器动作时间小于50ms,但因制造工艺等原因不可能绝对的一致,在PLC控制实效的同一时间内,有可能出现常开接点先打开、常闭接点再闭合的可能性,也有常闭接点先闭合,常开接点后打开的可能性,对于前者来说,系统会有一个非常短的停电过程,对于后者来说做到了真正的不停电工作。
就实际运行经验来看,毫秒级的电压切换过程有可能造成的设备运行中断远比起人工恢复要来得更快,特别紧急情况下,保证通信畅通显得犹为重要。
②若I路故障失电或低电压时,PLC控制器首先需判别本路是否有输入电压或低于设定值,为确保系统不失电,KMIII接点闭合,KMI-1接点动作打开,回路上所有负载由II路供给。
待系统电压恢复达到设定值时,KMI-1接点动作闭合,KMIII接点打开,系统恢复正常运行模式。
③若I路直流接触器故障时,正常运行方式下,带常闭接点直流接触器故障,对系统没有影响。
带常开接点直流接触器故障时,需要PLC进行判别,原来系统中电压采样只采输入点,但保证可靠运行,需要系统采样两点进行判别,采样点分别选在接触器两端,若接触器断开,PLC控制KMIII接点闭合,回路上所有负载由II路供给;
再判断输入回路故障还是接触器本身故障,若输入回路故障按②执行;
若接触器本身故障则采样点一端有电、一端无电,PLC判别输入回路并无故障,此时接触器KMI-2接点闭合,KMIII接点打开。
采取上述设计思路,既是为了保证通信电源的正常运行,同时又保证两组蓄电池在运行中合理承担负载,延长使用寿命。
针对PLC故障情况,提出两种方案。
加装一光字信号或蜂鸣器,通过PLC装置控制部分引出一副装置故障信号接点,直接接于切换装置加装的光字信号或蜂鸣器上,当发生故障时,可以及时发出报警。
通过PLC控制器的RS232端口,利用RS232转RS485转发器,将信号传至安装有监控程序的后台机界面,当PLC故障时,系统无法显示PLC控制器的数据,运行人员会告知检修人员故障情况,进行及时处理。
蜂鸣器设计考虑故障情况下的报警提示,特别是无人值守站,虽有25s自动复位功能,但在实际运行中也出现过报警后,报警无法复位的情况。
将输入回路熔断器信号保险安装位于熔断器两端的保险座上可解决此问题,同时不影响正常的操作,也易于柜内走线的美观。
另外可以在熔断器前端加装相同电流大小的隔离电器,如人民电器GMG225M-200A断路器,此断路器不与主回路熔断器做级差配合,不带保护功能,仅用于日常维护工作中需要断开此回路用。
⑸控制电源输出至负载是否应接保险
从运行经验来看,PLC故障或元件损坏导致上级保险熔断的可能性是很小,智能切换装置一般随通信电源安装在通信机房内或专用电源室内,受环境温度、湿度、灰尘等影响较小,而且控制器本身内部也有电源保护功能。
经DC/DC变换后的电压可以不经熔断器直接输出给PLC控制器,这样的工作方式很大程度上减少了人为因素,同时也能避免以小失大的设备隐患。
如图5
作为接触器和风扇回路用电源来说,两者属于易损件,导致上级熔断器熔断的可能远远高于PLC控制器,因而原设计中采用的熔断器保护方式可以保留。
⑹主接线设计中的考虑
在前面就选用直流接触器分析中,看到单母线分段接线方式,双路单独供电方式的优点。
从今年的雪灾中,引发了笔者一个新的观点,双路电源供给情况下,可否采用一路工作,一路备用的方式运行。
此运行方式,最大的优点在于,可以充分利用设备寿命,使其发挥效率,长期负载下的运行蓄电池组寿命远低于长期空载下的运行蓄电池组寿命,就其均浮充运行方式来看,长期空载下的运行蓄电池组可以延长均充电压周期,也可以适当延长核对性容量试验周期,达到延长蓄电池组寿命的目的。
若出现今年雪灾长时间交流停电情况下,此运行方式下的蓄电池组供电能力要高于双路单独供电的蓄电池组,因此设计时可根据使用地地域、环境等具体情况加以分析,安全稳定的运行和设备利用的最大化是选择的基本原则。
5、结论
⑴新型通信电源智能切换装置的使用,实现了双路电源不能相互自动切换的,保证通信设备正常供电的运行单一性。
⑵新型通信电源智能切换装置在设计上还趋于不完善阶段,没有固定的检验标准和试验数据,功能上也比较简化。
⑶本文观点的提出更多的是讲究如何保证通信电源智能切换装置使用的可靠性,它作为电源与负载的中转点,对其可靠性提出了更高要求。
若能从上述观点中加以完善,其可靠性也会得到很大提高。
本文就新型通信电源智能切换装置在运行中发现的问题和由此引发对设计的思考,更注重实际工作的需要,任何设备的好坏不一定在于它功能的多少,关键是看它对我们工作的帮助,是否有利于提高我们的效率。
随着电力系统快速发展,对通信供电的质量、种类、稳定性、可靠性等提出了更高的要求,通信电源系统运行质量的好坏直接关系到通信网的运行质量和通信安全,供电出现问题轻则影响通话和信息传递质量,重则中断通信,导致通信系统甚至是生产系统全阻,给社会带来不良影响,给企业造成巨大的经济损失。
总之,保证电力系统通信设备安全运行为电力生产服务,就需要我们更加深入地探索、分析、改进通信电源的实用性、可靠性。
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