两进线一联络方案
-有什么用/如何用
在供配电系统中,为保证供电的安全性和连续性,一般采取2路电源供电互为备用的方式。
由于是2路独立的电源,为了避免同时作用于负载,就需要使用联络开关将两路电源隔开。避免两路电源直接“碰面”。
规范条文
《住宅建筑电气设计规范 JGJ 242—2011
条文说明》
4.3.3 住宅建筑的变压器考虑其供电可靠、季节性负荷率变化大、维修方便等因素,宜推荐采用两台变压器同时工作的方案。比如一个别墅区,如果计算出需要选用一台1250kVA的变压器,可改成选用两台630kVA的变压器。
《20KV及以下变电所设计规范 GB 50053-2013
条文说明》
3.2.17 对于一般的变电所在来自不同电源的进线断路器和母线分段联络断路器之间设电气联锁,是为了防止不同电源并列运行。
双路供电好处
稳定/利用率高/减小停电范围
1.1 提高供电的稳定性
基础功能,互为备用的电源系统,当其中一路失去电源,由另一路电源顶上。
1.2 提高变压器的使用率
变压器的最佳利用率是额定功率的40~60%。
变压器容量会按照全部负荷进行设计,以满足单路供电时的用电需求。
使用联络开关,将负载分开在I段母线和II段母线,使2台变压器运行在最佳利用率范围内。
1.3 减小停电范围
我们不希望停电!
无意的停电,一种意外的故障情况,可以至少保证一半的负荷继续供电。
有意的停电,每年,配电室需要1-2次的停电检查维护,2路供电,可以单路停电,单路检修,在一定程度上保证负载的正常运行。
对于一级负荷和重要负荷,在末端配电会使用双电源系统,电源分别取自两段母线。故障停电或检修停电的影响就更小了。
上图为示意图:黑色表示停电的线路,末端使用了双电源,任何一路在供电,负载仍然可以正常运行。
在一些要求连续供电严苛的场合,可能还会需要3个独立电源,构成3进线2联络,或者2进线1联络1应急的结线方案。
还有些更重要的场合需要2电源需要并列运行,如冶金和煤矿,属于“绝对不要停电场合”
冶金等特殊行业对电源的连续性要求较高,但又有两路电源在切换时短时并联运行的可能,因此允许两个电源在自动转换开关动作过程中的短时并联运行。这种短时并联方式依然是通过电气联锁来实现的,TSE标准中称之为闭合转换型。
基本要求
三取二/手动自动
2.1 联锁,三取二
一般地,如果3台开关同时合闸,会导致两路变压器并列运行。我们认为这是一种错误的操作,可能导致跳闸等意外事件。
因为,变压器并列运行有严苛的参数要求:容量一致,阻抗一致,电压频率组别等都要一致,还要考虑短路电流增大、环流等一系列问题。
所以:三台断路器不能同时合闸,最多合2台。
2.2 手动/自动
在需要时,可以人工投入和恢复备用系统。也可以自动地投入/恢复。
一般地,我们使用一个转换开关用来切换“手动/自动(自投)”操作方式。
其中自动(自投/自复)功能在实际工程当中一般只是作为一个“应具备”的功能,很少自动,大多仍然是值班人员手动投切。
联锁方式
机械联锁/电气联锁
3.1机械联锁
机械联锁:不依赖电源,直接在机械结构上去避免误操作,安全性高,误操作的可能性很小,除非蛮力破坏机械结构。
缺点是它不能根据电气状态进行一些自动的投切(分合闸)动作。
对于两进线一联络的机械联锁,一般有钥匙联锁和绳索联锁。
1)钥匙联锁
钥匙锁
三锁两钥匙:用3把相同的锁,挂在3台开关上,但是只给值班人员提供2把钥匙,插入钥匙才能合闸,从而实现三取二。
钥匙联锁是一种简单实用的机械联锁,但钥匙联锁不适合需要自动投切的场合,因为实在没法自动插拔钥匙。
选型举例:by 天工直通车
德力西 CDW3 钥匙联锁附件
其中一台买一套即可
ABB Emax 钥匙联锁附件
每台都要买,然后藏起来一把钥匙
2)缆绳联锁
缆绳联锁
缆绳联锁:在2个断路器或者3个断路器之间,通过钢缆连接进行的联锁。
这种机构一般安装在断路器左侧或者右侧,机构随开关分合闸动作传递机械信号联锁(有点像自行车的闸线传递刹车信号),将另一台断路器锁定在分闸状态。
由于通过缆绳是可以得知其他断路器的分合状态的,因此这种缆绳的联锁就可以与电气联锁配合使用。(电气联锁也是根据分合闸状态进行的联锁)
缆绳的缺点是距离不能太远,一般也就2米的距离,所以,只适合相邻的开关使用。而大多数的配电室框架开关间距离远超过2米,用不上。
选型举例:by 天工直通车
施耐德 MT框架开关缆绳联锁
3台只需买一套
3.2 电气联锁
依赖电气信号才能正常动作的联锁,没电,联锁就失效。
根据电气状态,包括电源状态,分合状态,故障状态等,通过接线原理可以实现一系列自动化的操作。
缺点是因为过于依赖电信号,在防误动作误操作上不如机械联锁,需要考虑屏蔽开关本体的分合闸机械按钮。
电信号比机械信号不稳定,电线比钢缆更容易遭到破坏,电线容易老化,所以,使用电器联锁需要的元件,需要更好的质量保证。
电气联锁,不需要额外的电气附件,最多增加几个辅助触头。
辅助触头也可以用继电器来扩展实现。原则上,用框架本体的机械触点来联锁,用扩展继电器的触点来实现指示是外传信号,目的是防止即使扩展继电器出问题,也不影响开关的正常联锁。
如果条件允许,机械联锁和电气联锁,都加上。
分隔一下
如何在原理上实现电气联锁原理呢?
用到了机械联锁和电气联锁。
在大多数情况下,我们只使用电气进行联锁。
该如何实现呢?
这可能需要一点点的电气知识,不过不打紧,我们知道以下几点就可以了,
需要三台开关只能合两台(3取2)
需要监视电源并自动动作
需要避免合闸于故障回路。
看起来比较复杂?是的!
所以,一些厂家有提供有配套的控制器附件,例如:
联锁配件/套件的选型
by 天工直通车
CW3可以选择 2进线1联络的控制器附件,
ABB的Emax可以配ATS022控制器,
施耐德有完整的ATMT可以选择。
这些附件或者套件,由于是厂家标准方案,按照端子图接线即可,安全可靠,且省去了不少设计调试成本。
但是价格成本,可真不一般。
我们还是说说如何自己接线来实现功能吧!
联锁
先来看一下可能运行的工况。
1=断路器合闸
0=断路器分闸
3个开关不能同时合闸,换个说法也就是说:其他2个开关合闸,“我”就不能合了。
现在,我们根据这句话,对合闸回路,构建一个简单的互锁电气图。
每个开关的合闸线圈,受另2台开关的限制。
这里也可以优化为两台进线(1QF,2QF)之间不做联锁,都只受联络开关的联锁。即联络开关在合闸位置,进线开关就不能合闸。
到这一步,其实已经满足大部分的实际要求了。
进一步的需求,自动功能的实现
自投/自复/电源监视
自投,当比较重要的负载需要持续供电时,我们希望电源在意外停电时,另外一路电源能够及时顶上。
自复,如果刚刚断电的电源恢复供电了,为了不让一台变压器太累,我们可以选择是否自动恢复两路供电。
不自复,恢复两路供电的切换过程,会发生短暂的断电再供电,有时我们不希望这样,而是等待合适的时间人工恢复。
电源监视,可以看出,自投自复/不自复,都是基于供电电源的状态来动作的,所以,就需要有电源的监视。
以图举例
2.1.电源监视
KV为电压继电器(有些图纸会优化为普通的中间继电器)
KV监视系统电源,为控制回路提供了电压状态信号的输出。
2.2. 自投
有2步
第1步-跳(分闸)主开关过程简述
(1)电源失电11KV,12KV释放→(2)时间继电器1KT释放→(3)时间继电器1KT点动分闸回路→(4)1QF断路器分闸线圈动作。进线跳闸成功
第2步-投入联络开关简述
(5)1QF跳闸成功辅助接点闭合→(6)1KT释放接点闭合 同步骤2→(7)联络合闸线圈得电,联络合闸成功。
自复过程:检测到电源恢复→分联络开关→合进线开关
图(略······)
其他辅助回路
3.1. 故障闭锁(安全回路)
我们要避免在使用自投功能时,由于故障跳闸引起的跳闸,另一个未检测到故障的断路器,将系统合闸于故障回路。
(1)联络开关故障信号闭合→(2)扩展继电器3KA闭锁打开触点,断开1QF合闸回路→(3)1QF的合闸回路被断开,复位前无法合闸。
3.2. 其他回路,用于指示,功能切换等
状态指示,自投/自复/手动功能切换
以上,将这些功能组合,基本上就构成了一个完整的,具备联锁,自投自复的两进线一联络方案。
分隔一下
那么,面对存在的停电可能,控制回路的电源,又取自何方呢?
在两进线一联络的低压系统中,控制电源如何获取呢?
常见的方案
带自投自复功能的 控制电源获取如下图:
从两路电源进线侧取一个公共电源(L1),利用一个中间继电器,组成了一个微型的双电源系统,提供一个公共的电源(KMa)
* 在一些更高要求的设备地点,还有可能要求使用交流屏,直流屏等第三电源作为控制回路的电源
实际制造的优化
在2进线1联络的方案中,绝大部分用户并没有使用自投/自复这个功能。
因为,“断电肯定是有情况,在排除问题前,不希望自动投入”。
值班人员检查情况后决定是否投入备用回路
所以,那些略微复杂的电源监视、自投自复回路,用户明确不需要时,可以不增加,还避免了维护成本。毕竟功能越多,可能的故障点就越多。
需要注意的是:何种控制方案,务必,务必,务必由用户确认清才能施工。否则。
于是,优化后的控制电源,两台进线开关可以从自己的进线侧(变压器的出线侧)获得。
关于联络开关的控制电源(小邹谈)
关于联络柜在电气行业经常遇到,控制电源获取的接线方式也有很多种,我们就重点讨论下面为三种接线方式,说说每种接线方式的优缺点,欢迎各位电气大神大咖指正。
3.1 第一种接线方式
(实现了互锁,未实现单段供电)
图一
采用的是进线断路器1QF,2QF的常闭点作为互锁来实现电气闭锁的方式,1QF,2QF同时合闸状态联络柜QF无法电气合闸。
优点就是可以不用三锁两钥匙机械闭锁,节约一定成本!下面就是缺点:进线柜仅1台合闸,联络柜断路器分闸状态,那么就会导致,1-L11的电串到2-L11上面,导致联络柜另一侧一相母排带电,如果有负载,轻则保险烧毁,重则烧毁负载侧设备及整个二次回路引发火灾事故。
采用图一接线方式的话,最好加一个手动双电源转换器(市场有微断式2P手动双电源,具体型号忘记了)。这样的话就需要人打开柜门操作下,也需要分清楚哪边带电,哪边不带电。
3.2 第二种接线方式
(可单段供电,但需要机械互锁)
图二
采用的是中继切换来实现获得某回路电源,这里联络柜就无需采用电气常闭点来电气互锁(但是必须采用三锁两钥匙机械闭锁),利用中继来制作一个类似双电源切换的选择电源模式,这种接线方式相比于第一种接线方式(图一)就不会出线上述串电的情况,也能很好的区分各路电源!
缺点一:必须用三锁两钥匙机械闭锁来互锁,增加附件成本。(现在很多公司为了节约成本都取消机械闭锁,用电气来闭锁)!
缺点二:只用任意一个进线电源,就会导致二次电源选择用的中继一直带电,长时间带电可能导致中继的烧毁(小型中继质量有些令人堪忧)。
3.3 第三种接线方式
(中继选择电源,辅助触点互锁3取2)
图三
其中1-L11为联络柜主回路的上口电源,2-L11为联络柜主回路的下口电源。
采用的是中继加进线柜辅助触点来实现切换控制回路电源,这里采用断路器电气互锁的方式来实现同时只能合闸2台断路器,利用中继来制作一个类似双电源切换的选择电源模式。这种接线方式相比于第一种接线方式(图一)就不会出线上述会串电的情况,也能很好的区分各路电源!中继加上联络柜的辅助触点来切掉中继长时间带电隐患,避免长时间带电导致的中继烧毁现象!也可优化为将联锁触点前置到熔断器后面,这样两进线分段供电时,中继可以断电休息。
缺点一: 电气互锁不是很可靠,虽然理论上讲完全可行,可以取消机械闭锁,但是机械闭锁比电气可靠很多!
3.4 总结
集合三种接线方式的不同,个人观点是倾向于第三种接线方式,同时也不能为了节约取消掉机械闭锁!
做电气成套,首先应该考虑安全,可靠!其次是经济,实用!在保证用电安全可靠的前提下进行经济比较。
·完·
关于联络柜的问题,就讨论这么多吧!有不足之处希望各位同仁不吝赐教!
同时也欢迎更多的电气成套人员加入我们一起交流,一起学习,一起进步!