本发明实施例涉及电源快切技术领域，具体涉及一种四电源快切装置。
背景技术
石化、冶金等大中型工业企业，由于外部电网或内部供电网络故障或异常的原因，造成非正常停电、电压大幅波动或短时断电(俗称“晃电”)的情况屡见不鲜。由于冶金、石化企业工艺流程的特殊性，供电的中断或异常往往会造成设备停运或空转、工艺流程中断或废品产生，有时甚至造成生产设备的报废等严重后果。
目前，工业企业解决供电可靠性的主要办法是一次系统采用双路或多路供电，再辅以二次系统采用备自投装置。对一般工业企业而言，备自投装置已经可以满足要求，而在石化、冶金等要求连续供电的企业，备自投的使用效果并不理想。原因是这些企业有大量的电动机负荷，由于电动机反馈电压的存在，从失电到失压进而无压，备自投完成动作的过程持续时间长达1-2秒，甚至更长，此时电动机已经被分批切除(高压电机的脱扣时间一般为500ms)。即使是延迟时间较长的高压重要电动机没被切除，由于母线已经无压(一般无压定值为额定电压的20％-35％)，转速已经严重下降，直接影响生产过程的连续性，并对产品质量造成不良影响。而且此时恢复供电将造成较大的电动机自起动电流，对供电网络产生冲击。
因此，目前很多工业企业已装设电源快速切换装置(快切)。快切的基本原理是迅速断开故障线路，并根据电动机母线残压的变化，使母联迅速合闸，并使电动机和系统所受冲击在可承受范围内。由于快切的判断是基于电动机反馈电压这一暂态量，因此判断故障及重合闸的时间非常快，一般在几十ms至几百ms，不会引起生产设备的损伤和生产流程的中断，能满足企业电网电源故障时的快速切换和安全供电。
但在实现本发明实施例的过程中，发明人发现随着工业企业规模的扩大及对供电可靠性要求的提高，某些新建大规模工业企业电网已采用四电源结构，即由四路电源为工业企业电网供电。目前的快切装置，已无法适应四电源电网灵活多变的结构需求。
技术实现要素：
本发明实施例的一个目的是解决现有技术无法适应四电源供电电网的需求。
本发明实施例提出了一种四电源快切装置，包括：电压电流检测模块、开关量输入输出模块和微处理器；
所述电压电流检测模块，用于检测第一母线上连接的两个电源的电源线路、第二母线上连接的两个电源的电源线路以及所述第一母线和所述第二母线上的电压，和/或，四个电源的电源线路以及连接所述第一母线和所述第二母线的第五电源线路上的电流；
所述开关量输入输出模块，用于将四个电源线路上的断路器和连接第一、第二母线的第五电源线路上第五断路器的开关量信号发送至微处理器；根据所述微处理器发送的分合闸信号控制故障电源对应的断路器分闸，并同步控制对应备用电源的断路器合闸；
所述微处理器，用于根据五条电源线路上的电压和/或电流以及各断路器的开关量信号确认发生故障的电源的位置；根据故障电源的位置生成分合闸信号，并将所述分合闸信号发送至所述开关量输入输出模块。
可选的，所述装置还包括：人机接口模块；
所述人机接口模块，用于接收人为输入的配置信息，并将所述配置信息发送至所述微处理器。
可选的，所述配置信息包括：故障判断方式；
相应地，所述微处理器，用于在当前故障判断方式为保护启动时，若检测到线路纵差距离i段或零序i段保护动作，则判定电源线路发生故障；
或者，
在当前故障判断方式为失压起动时，若检测到电源线路上的电压小于设定电压值，则判定电源发生故障；
或者，
在当前故障判断方式为无流起动时，若检测到电源线路上的电压小于设定电流值，则判定电源发生故障；
或者，
在当前故障判断方式为逆功率起动时，根据电源线路上的电压和电流获取电源线路的功率信号，并判断功率方向是否指向电源线路且电压信号是否小于设定电压值，若是，则判定电源发生故障。
可选的，所述配置信息还包括：合闸方式；
相应地，所述微处理器在将分合闸信号发送至所述开关量输入输出模块之前，还用于判断是否满足合闸方式对应的合闸条件。
在当前的合闸方式为快速切换时，根据所述第一母线和所述第二母线上的电压获取所述第一母线和所述第二母线的频差和相差，并在对比获知所述频差小于设定频差值且所述相差小于预定相差值时，确定满足合闸条件；
或者，
在当前的合闸方式为残压切换时，若判断获知所述第一母线和所述第二母线的电压差小于设定压差值，则确认满足合闸条件；
或者，
在当前的合闸方式为同期切换时，根据所述第一母线和所述第二母线的电压信号获取所述第一母线和所述第二母线的相角差，并在相角差满足预设规则时，确认满足合闸条件。
可选的，所述配置信息还包括：各电源运行模式的优先级；
相应地，所述微处理器在判定有电源发生故障时，根据所述各电源运行模型的优先级生成对应的分合闸信息，并通过所述开关量输入输出模块根据所述分合闸信息控制相应断路器的分合闸状态。
可选的，所述配置信息还包括：连接第一、第二母线的第五电源线路上的第五断路器的工作状态；
相应地，所述微处理器根据所述配置信息向所述开关量输入输出模块发送分合闸信号，由所述开关量输入输出模块控制所述第五断路器合闸或者分闸。
可选的，所述开关量输入输出模块，还用于在控制故障电源的断路器分闸时，对所述断路器进行闭锁处理；当检测到所述四个电源线路的电压恢复正常时，解除断路器的闭锁信号。
可选的，所述人机接口模块，还用于接收人为输入的查询请求，并将所述查询请求发送至所述微处理器，由所述微处理器将与所述查询请求对应的数据显示在装置的显示器上。
由上述技术方案可知，本发明实施例提出的一种四电源快切装置能实现负荷在四路电源发生故障时的电源快速自动切换，与现有技术相比，能进一步地提高供电可靠性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明一实施例提供的四电源快切装置的结构示意图；
图2示出了本发明一实施例提供的四电源快速切换装置的总控制逻辑示意图；
图3示出了本发明一实施例提供的四电源快速切换装置判断电源故障的控制示意图；
图4示出了本发明一实施例提供的四电源快速切换装置合闸第五断路器的控制示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的四电源快切装置的结构示意图，首先，参见图1对本发明的应用场景进行说明：
本发明适用于四电源的供电电网，其中，第一母线上连接有两个电源(第一电源和第三电源)，第二母线上连接有两个电源(第二电源和第四电源)，第一母线和第二母线通过电源线路连接。第一母线为第一负载供电，第二母线为第二负载供电。
其中，每个电源线路上均有至少一个断路器。第一断路器，为连接第一电源与第一母线的断路器；第二断路器，为连接第二电源与第二母线的断路器；第三断路器，为连接第一母线与第三电源的断路器；第四断路器，为连接第二母线与第四电源的断路器；第五断路器，为连接第一母线与第二母线的断路器。
然后，对本装置进行详细说明：
参见图1，该装置包括：电压电流检测模块110、开关量输入输出模块120和微处理器130，其中：
所述电压电流检测模块110，用于检测第一母线上连接的两个电源的电源线路、第二母线上连接的两个电源的电源线路以及所述第一母线和所述第二母线上的电压，和/或，四个电源的电源线路以及连接所述第一母线和所述第二母线的第五电源线路上的电流；
需要说明的是，参见图1，电压电流检测模块110包括：六路电压模拟量通道(pt1-pt6)和五路电流模拟量通道(ct1-ct5)；
第一路电压模拟量通道pt1，检测第一电源线路的三相电压；第二路电压模拟量通道pt2，检测第二电源线路的三相电压；第三路电压模拟量通道pt3，检测第三电源线路的三相电压；第四路电压模拟量通道pt4，检测第四电源线路的三相电压；第五路电压模拟量通道pt5，检测第一母线的三相电压；第六路电压模拟量通道pt6，检测第二母线的三相电压。
第一路电流模拟量通道ct1，检测第一电源线路的三相电流；第二路电流模拟量通道ct2，检测第二电源线路的三相电流；第三电流模拟量通道ct3，监测第三电源线路的三相电流；第四电流模拟量通道ct4，监测第四电源线路的三相电流；第五电流模拟量通道ct5，监测第一母线与第二母线联络线路的三相电流。
所述开关量输入输出模块120，用于检测四个电源的电源线路上的断路器和连接第一母线与第二母线的第五断路器的开关量信号，并将检测到的数据发送至微处理器130；根据所述微处理器发送的分合闸信号控制故障电源对应的断路器分闸，并同步控制对应备用电源的断路器合闸；
所述微处理器130，用于根据五条电源线路上的电压和/或电流以及各断路器的开关量信号确认发生故障的电源的位置；根据故障电源的位置生成分合闸信号，并将所述分合闸信号发送至所述开关量输入输出模块。
可见，本实施例通过对供电电网中母线和电源线以及断路器的工作状态进行监测，在确定出发生故障的电源后，断开故障单元，并按照预设优先级控制对应电源的断路器合闸。
本实施例中，所述装置还包括：人机接口模块；
所述人机接口模块，用于接收人为输入的配置信息，并将所述配置信息发送至所述微处理器130。具体如下：
配置信息包括故障判断方式、合闸方式、各电源运行模式的优先级以及第五电源线路上的第五断路器的工作状态等；所述各电源运行模式，即第一断路器至第五断路器的分合闸运行状态，包括双电源并列运行方式、双电源分列运行方式、单电源并列运行方式。相应地，所述微处理器130用于根据配置信息配置的内容执行相应动作。
例如：根据所述各电源运行模型的优先级生成对应的分合闸信息，并通过所述开关量输入输出模块根据所述分合闸信息控制相应断路器的分合闸状态。其中，各电源运行模式的优先级可具体举例为：正常状态下第一电源的第一断路器处于合闸状态，第三电源的第三断路器处于分闸状态。当第一电源发生故障时，首先，控制第一断路器分闸，然后，基于优先级优先控制第三断路器合闸。
所述人机接口模块，还用于接收人为输入的查询请求，并将所述查询请求发送至所述微处理器，由所述微处理器将与所述查询请求对应的数据显示在装置的显示器上。例如：历史数据查询
为了进一步地提高供电的稳定性，在本实施例中，开关量输入输出模块120，还用于在控制故障电源的断路器分闸时，对所述断路器进行闭锁处理。当检测到所述四个电源线路的电压恢复正常时，解除断路器的闭锁信号。
本实施例中，本装置还包括：通讯模块140和电压模块150，其中：
通讯系统140，进行装置之间或装置与上位机之间的通讯。通讯系统接收来自其它装置或主站的发送信号，将其传递到微处理器系统。通讯系统将微处理器的发送信号发送至其它装置或主站。
具体举例为：微处理器130与电压电流检测模块110、微处理器130与开关量输入输出模块120，微处理器130与人机接口模块之间的交互，或者是微处理器130与外部终端之间的交互。
电源模块150，用于为装置提供工作电源。
另外，需要说明的是，电源模块150与四电源供电电网优选为相互独立，以避免当四电源供电电网中出现故障时，影响本装置的供电以及快切功能。
图2示出了本发明一实施例提供的四电源快速切换装置的总控制逻辑示意图，下面参见图2对本装置的控制过程进行说明：
第一步，根据五路开关量输入信号及选择合闸开关信号确定运行方式和切换方式。
第二步，根据六路电压、五路电流模拟量信号，以及断路器位置、保护动作开关量信号，判断运行电源是否发生故障。可以根据人机接口模块选择判断方式的一种或几种，这几种选择包括：保护启动，失压起动，无流起动以及逆功率起动。
保护启动，即监测保护动作状态参数，若正常运行时线路纵差、距离ⅰ段或零序ⅰ段保护动作，则确认电源线路发生故障。失压起动，即检测电压信号是否小于设定电压值，若是，则确认电源发生故障。无流起动，即检测电流信号是否小于设定电压值，若是，则确认电源发生故障。逆功率起动，根据检测的电流、电压信号获取功率信号，并判断功率方向是否指向线路且电压信号是否小于设定电压值，若是，则确认电源发生故障。
第三步，根据所述判断的电源故障、五路开关量输入信号、通讯系统接收到的接收信号，进行逻辑判断，根据预设电源运行模式的优先级，装置控制第一至第五断路器的分合闸状态。
检测到某一电源故障时以及某两个电源同时或相继故障时，立即将故障电源对应断路器分闸，在控制故障电源的断路器分闸时，对所述断路器进行闭锁处理。根据预设电源运行模式的优先级，装置控制各断路器的分合闸状态，同时装置立即进行故障的检测与断路器控制。
第四步，当装置发出合闸命令时，无延时进行合闸。装置需要根据预配置的合闸方式，在检测电压、电流信号满足合闸条件时进行合闸。预配置合闸方式可以根据人机接口模块选择一种或几种，这几种选择包括：快速切换、同期切换、残压切换。
快速切换，根据第一母线和第二母线的电压信号获取第一母线和第二母线的频差和相差，并在对比获知所述频差小于设定频差值且所述相差小于设定相差值时，确认满足合闸条件。残压切换，判断第一母线的电压信号是否小于设定电压值，若是，则确认满足合闸条件。同期切换，根据第一母线和第二母线的电压信号获取第一母线和第二母线的相角差，并在所述相角差满足预设规则时，确认满足合闸条件。
第五步，当检测到所述四个电源线路的电压恢复正常时，解除断路器的闭锁信号。
可见，本实施例实时监测四条电源进线及母线的电压、电流信号和断路器开关量信号，在四电源正常运行、某一电源故障时以及某两个电源同时或相继故障时，控制断路器自动开断，改变电网运行方式，使负荷均工作在双电源备用的运行状态。本发明实施例为四电源电网提供了一种快速、可靠、灵活的切换方法及设备，实现了负荷在四电源单电源故障和双电源故障时的电源快速自动切换，保证了事故状态下的供电可靠性。
图3示出了本发明一实施例提供的四电源快速切换装置判断电源故障的控制示意图，下面参照图3对本发明的判断电源故障条件进行详细说明：
第一电源、第二电源、第三电源、第四电源均有可能是故障侧电源，需要断开故障侧电源的断路器，以第一电源为故障侧电源，断开第一断路器为例进行说明，在其它电源为故障侧电源，需要断开其它断路器时，请参照第一电源为故障侧电源的说明；
图3中的ct为电流互感器，pt为电压互感器，为了方便理解，实际值和设定值由d作为区分，例如：实际值为i，对应的设定值为id；
人机接口模块选择判断故障的起动方式可以是保护启动，误跳启动，失压起动、无流起动以及逆功率起动中的一种或几种。当选择使用某种判断故障的起动方式时，对应控制逻辑开关s1、s2、s3、s4闭合；
保护启动或误跳启动，即监测开关状态参数，若正常运行时闭合的断路器发生跳闸，则确认电源发生故障。失压起动，即检测电压信号是否小于设定电压值，若是，则确认电源发生故障。无流起动，即检测电流信号是否小于设定电压值，若是，则确认电源发生故障。逆功率起动，根据检测的电流、电压信号获取功率信号，并判断功率是否小于设定功率值且电压信号是否小于设定电压值，若是，则确认电源发生故障。
在所述预选择判断故障方式为保护起动或者误跳起动时，根据所述开关状态参数判断所述第一电源进线断路器是否出现跳开情况，若是，则确认所述第一电源发生故障；
在所述预选择判断故障方式为失压起动时，判断所述第一母线的电压信号是否小于设定电压值，若是，则确认所述第一电源发生故障；
需要说明的是，第一母线上的电压为三相电压，此处应判断三相电压是否均小于设定电压值，即，ua<ud且ub<ud且uc<ud，ua、ub、uc为三相电压，ud为设定电压值；
在所述预选择判断故障方式为无流起动时，判断所述第一进线的电流信号是否小于设定电流值，若是，则确认所述第一电源发生故障；
需要说明的是，第一进线上的电流为三相电流，此处应判断三相电流是否均小于设定电流值，即，ia<id且ib<id且ic<id，ia、ib、ic为三相电流，id为设定电流值；
在所述预选择判断故障方式为逆功率起动时，根据所述第一进线的电流信号或所述第一母线的电压信号获取功率信号，并判断所述功率信号是否小于设定功率值且所述第一母线的电压信号是否小于设定电压值，若是，则确认所述第一电源发生故障。
需要说明的是，一般企业电网使用的为三相电，因此功率信号应该为三相的功率，即a相逆功率、b相逆功率、c相逆功率，在三者均小于设定功率值时，且三相电压ua、ub、uc为三相电压均小于设定电压值ud时，确认所述第一电源发生故障。
需要说明的是，在一个系统存在多种判别故障方式时，其模型可设置为：任意一种或几种起动方式的条件被满足时，即判断故障发生。
图4示出了本发明一实施例提供的四电源快速切换装置合闸第五断路器的控制示意图，下面参照图4对本发明的合闸第五断路器的控制逻辑进行详细说明：
由图4可知，人机接口模块选择预配置的合闸方式包括快速切换、同期切换、残压切换中的一种或几种。当选择使用某种合闸方式时，对应控制逻辑开关s5、s6、s7闭合；
在预配置合闸方式为快速切换时，根据第一母线和第二母线的电压信号获取第一母线和第二母线的频差和相差，并在对比获知所述频差小于设定频差值且所述相差小于设定相差值时，确认满足合闸条件；
在预配置合闸方式为同期切换时，根据第一母线和第二母线的电压信号获取第一母线和第二母线的相角差，并在所述相角差满足预设规则时，确认满足合闸条件；
在预配置合闸方式为残压切换时，判断第一母线的电压信号uf是否小于设定电压值ud3，若是，则确认满足合闸条件。
下面参照图4对在预配置合闸方式为同期切换时，判断是否满足合闸条件的步骤进行详细说明：
根据第一母线和第二母线的电压信号获取第一母线和第二母线的相角差；
根据公式一，结合第一母线的电压信号获取合闸的导前角θ；
θ＝v*t+c*a*t2公式一
其中，v为采样时刻电压相角的变化速度，a为采样时刻电压相角的加速度，t为预配置的母联断路器的合闸时间，c为常数；
根据公式二，结合所述导前角θ判断相角差是否满足预设规则；
其中，b为预配置的合闸相角裕度，
可见，本实施例实时监测四条电源进线及母线的电压、电流信号和断路器开关量信号，在四电源正常运行、某一电源故障时以及某两个电源同时或相继故障时，控制断路器自动开断，改变电网运行方式，使负荷均工作在双电源备用的运行状态。本发明实施例为四电源电网提供了一种快速、可靠、灵活的切换方法及设备，实现了负荷在四电源单电源故障和双电源故障时的电源快速自动切换，保证了事故状态下的供电可靠性。
应当注意的是，在本发明的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合。
本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本装置中，pc通过实现因特网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告和cpk报告等，能对功放进行批量测试并统计。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。