專利名稱：自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力輸配電裝置的控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多功能 自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投入裝置。
背景技術(shù)：
備用電源自動(dòng)投入裝置作為電力系統(tǒng)中常用的一種安全自動(dòng)裝置，其發(fā) 展與繼電保護(hù)裝置一樣經(jīng)過(guò)了電磁(整流)型——晶體型——集成電路型一 一微機(jī)型等四個(gè)主要階段。究其本質(zhì)，各階段的主要技術(shù)區(qū)別在于對(duì)采集量 (電流量、電壓量、開(kāi)關(guān)量)的運(yùn)算方式和邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式上。電磁型 備自投裝置目前在電網(wǎng)運(yùn)行中仍發(fā)揮著很大的作用。但由于其邏輯條件都由
繼電器構(gòu)成，致使開(kāi)關(guān)切換品質(zhì)差；工作模式僵化，不能適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式 的變化；實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程的繼電元件較多，動(dòng)作可靠性低，占用空向大，維護(hù) 復(fù)雜，成本高；不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。相對(duì)而言，微機(jī)控制型備自投裝置則摒 除了上述諸多缺點(diǎn)。但目前已投入使用的微機(jī)備用電源自動(dòng)投入裝置仍采用 傳統(tǒng)判據(jù)，不具有廣泛適應(yīng)性，且備用電源投入成功率低，可靠性難以保證。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可靠性高，具有廣泛適應(yīng)性的一種多功能 自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投入裝置。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是， 一種多功能自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投入 裝置，包括調(diào)理電路板，PT、 CT二次側(cè)依次與調(diào)理電路板、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號(hào)處理器DSP相接，斷路器位置開(kāi)關(guān)依次與核心控制板的I/0口、數(shù) 字信號(hào)處理器DSP相接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸出端分別與通信接口、 外部接口相接，通信接口的輸出端與人機(jī)界面相接。PT、 CT 二次側(cè)的PT 輸出為0 100V， CT輸出為0 5A。外部接口為RS-232接口。 本實(shí)用新型區(qū)別于其它類型備自投裝置的特點(diǎn).-
1、 裝置切換品質(zhì)高。采用軟件流程對(duì)備自投邏輯進(jìn)行控制，并帶有軟 件故障檢測(cè)功能。從各開(kāi)關(guān)量、模擬量采集到備用電源成功投入過(guò)程時(shí)間短， 效率高，保證了特殊場(chǎng)合下對(duì)供電可靠性的要求。
2、 裝置適應(yīng)性強(qiáng)。多個(gè)獨(dú)立的工作方式可以反映出多種不同的備自投 方式，通過(guò)自行整定，無(wú)論是變電站的各種主接線形式，還是城市配網(wǎng)開(kāi)閉 所要求的各種供電方案，或是大用戶用電的高、低壓配合，對(duì)備自投功能的 要求都能得到滿足。
3、 裝置可靠性高。裝置設(shè)有快速切換、同期捕捉切換和低壓切換多個(gè) 備用電源自動(dòng)切換方式。在備用電源進(jìn)線斷路器合閘時(shí)刻，依次采用快速切 換、同期捕捉切換和低壓切換作為備用電源切換的主切換方式、后備切換方 式和遠(yuǎn)后備切換方式，確保備用電源的成功切換。
4、 裝置人機(jī)界面友好，通信方式靈活。任何場(chǎng)合下都可利用人機(jī)界面 插件組織站內(nèi)局部通信網(wǎng)與外界通信。面板上除了有液晶顯示控制屏外，還 帶有RS-232接口，用于連接外部PC機(jī)，便于設(shè)備的調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)。
圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的不同工作模式工作流程圖，a為正常手動(dòng)切 換工作流程，b為不正常或事故模式下切換工作流程；圖3是本實(shí)用新型工作流程圖。圖中，l.核心控制板，2.調(diào)理電路板，3.人機(jī)界面，4.PT、 CT二次側(cè)， 5.A/D轉(zhuǎn)換模塊，6.數(shù)字信號(hào)處理器DSP， 7.斷路器位置開(kāi)關(guān)，8.核心控制板 的I/0口， 9.通信接口， IO.外部接口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型的自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投入裝置，PT、 CT二 次側(cè)4依次與調(diào)理電路板2、 A/D轉(zhuǎn)換模塊5、數(shù)字信號(hào)處理器DSP6相接， 斷路器位置開(kāi)關(guān)7依次與核心控制板的I/O 口 8、數(shù)字信號(hào)處理器DSP6相 接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP6的輸出端分別與通信接口9、外部接口10相接， 通信接口 9的輸出端與人機(jī)界面3相接。
其中，電壓、電流交流信號(hào)取自PT、CT 二次側(cè)4，PT的輸出為0 100V， CT的輸出為0 5A，交流信號(hào)接入調(diào)理電路板2，經(jīng)過(guò)限幅濾波后，輸入數(shù) 字信號(hào)處理器DSP6的交流信號(hào)限定在-1.5V +1.5V之間，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn) 換模塊5變?yōu)閿?shù)字信號(hào)處理器DSP6可以識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)，系統(tǒng)軟件再將其 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。斷路器位置開(kāi)關(guān)7通過(guò)繼電器直接輸入到 核心控制板的I/O 口 8采集斷路器位置開(kāi)關(guān)信號(hào)，系統(tǒng)軟件通過(guò)采集的開(kāi)關(guān) 量來(lái)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)通信接口9顯示在人機(jī)界面3上。外 部接口 10為RS-232接口，用于連接外部PC機(jī)，便于設(shè)備的調(diào)試和運(yùn)行維 護(hù)，在任何情況下，只要使用攜帶的PC機(jī)與相適應(yīng)的操作軟件，就可通過(guò) 接口調(diào)用數(shù)據(jù)或修改裝置整定參數(shù)。
目前的備用電源自動(dòng)投入裝置大都采用傳統(tǒng)的合閘判據(jù)，即當(dāng)失壓母線 殘壓降至額定電壓的20% 40%時(shí)合閘出口動(dòng)作。這種方法雖在投入時(shí)沖擊電壓較小，安全可靠，但母線電壓過(guò)低，對(duì)于廠用電而言，會(huì)使連結(jié)在母線 上的電動(dòng)機(jī)因電壓過(guò)低而停轉(zhuǎn)，造成廠用動(dòng)力消失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使發(fā)電機(jī)停機(jī)。 另外就是采用快速切換方式，即備用電源投入時(shí)的相角差越小越好， 一般在 3(T這種方法雖在較大殘壓時(shí)投入，沖擊電壓較小，對(duì)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)極為有 利，但對(duì)切換速度要求很高，實(shí)施時(shí)成功率低。
對(duì)于上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型裝置采用三種切換方式相結(jié)合的新型判 據(jù)，即將快速切換、同期捕捉切換與低壓切換，分別作為主切換方式、后備 切換方式與遠(yuǎn)后備切換方式，具體過(guò)程如下
在工作電源出現(xiàn)事故情況與不正常情況而跳開(kāi)斷路器后，備用電源自動(dòng) 投入裝置立即啟動(dòng)進(jìn)行備用電源的合閘操作。裝置按照軟件流程首先采用快 速切換方式。因?yàn)楹祥l斷路器兩側(cè)為備用電源電壓與母線殘壓，可看作與原 工作電源電壓同步，且相角差在0 2(T主要考慮施加在廠用異步電動(dòng)機(jī)上的 差拍電壓的大小，需要限制在1.1倍額定電壓范圍內(nèi)。在備用電源電壓、母 線殘壓與差拍電壓構(gòu)成的矢量三角形中，利用余弦定理可求解出可進(jìn)行合閘 操作時(shí)的備用電源電壓與母線殘壓之間相角差的取值范圍。在進(jìn)行合閘判據(jù) 計(jì)算時(shí)，直接將實(shí)時(shí)計(jì)算出的備用電源電壓與母線殘壓的相位差和設(shè)定值作 比較，只要相位差小于設(shè)定值，即可發(fā)出合閘命令。
當(dāng)由于一些客觀原因，比如備用電源電壓和母線電壓原本就存在一個(gè)較 大的初相角，或者開(kāi)關(guān)設(shè)備自身?xiàng)l件所限等，使得快速切換不能滿足條件時(shí)， 同期捕捉切換就作為快速切換的后備切換，這時(shí)裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)入同期判別，使 得廠用電源切換能安全進(jìn)行。同期捕捉切換以相位差為(T時(shí)作為合閘目標(biāo)， 同樣考慮斷路器合閘時(shí)間，應(yīng)用合閘提前時(shí)間來(lái)進(jìn)行整定，提前量的大小取 決于合閘回路時(shí)間和相位差的變化速度。當(dāng)母線殘壓低于最大允許殘壓時(shí)，只需預(yù)先設(shè)定好最大允許殘壓定值， .即可依據(jù)低壓切換判據(jù)，允許發(fā)出合備用電源斷路器命令。低壓切換作為快 速切換與同期捕捉切換的后備切換，即當(dāng)由于某些原因快速切換和同期捕捉 切換不能正常進(jìn)行時(shí)，由低壓切換完成任務(wù)，保證備用電源的可靠投入。
本裝置適用于發(fā)電廠廠用電與變電站的備用電源自動(dòng)投入，其電壓等級(jí)
范圍為400V 110kVAC。該裝置具有正常手動(dòng)切換、事故自動(dòng)切換與不正 常情況自動(dòng)切換三種工作模式。
正常手動(dòng)切換時(shí)，由運(yùn)行人員手動(dòng)操作起動(dòng)，快速切換裝置按事先設(shè)定 的手動(dòng)切換方式(并聯(lián))進(jìn)行分合閘操作。如圖2中a所示，工作人員通過(guò) 正常手動(dòng)切換按鈕啟動(dòng)備用電源自動(dòng)投入裝置后，備自投裝置對(duì)備用電源進(jìn) 行并聯(lián)切換，即首先對(duì)待合閘斷路器兩側(cè)進(jìn)行自同期合閘，如果合閘成功， 就斷開(kāi)工作電源進(jìn)線斷路器，完成正常手動(dòng)切換操作并向人機(jī)界面發(fā)信顯 示；如果第一次合閘失敗，則等待下一次合閘時(shí)機(jī)的到來(lái)再進(jìn)行合閘操作。
事故自動(dòng)切換，由保護(hù)接點(diǎn)起動(dòng)，發(fā)變組、廠變和其它保護(hù)出口跳工作 電源開(kāi)關(guān)的同時(shí)，起動(dòng)快切裝置進(jìn)行切換，快切裝置按事先設(shè)定的自動(dòng)切換 方式(串聯(lián))進(jìn)行分合閘操作。
不正常情況自動(dòng)切換，有兩種不正常情況。 一是母線失壓，母線電壓低 于整定電壓達(dá)整定延時(shí)后，裝置起動(dòng)，并按自動(dòng)方式進(jìn)行切換。二是工作電 源開(kāi)關(guān)誤跳，由工作開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)起動(dòng)裝置，在切換條件滿足時(shí)合上備用電 源。
如圖2中b所示，在事故自動(dòng)切換與不正常情況自動(dòng)切換兩種模式下， 備自投裝置由保護(hù)接點(diǎn)信號(hào)或不正常情況信號(hào)啟動(dòng)，并進(jìn)行串聯(lián)方式切換。 跳閘后裝置根據(jù)模擬量處理得到的結(jié)果依次根據(jù)主、備合閘判據(jù)判斷是否發(fā)出合閘命令。合閘條件滿足后，通過(guò)開(kāi)關(guān)量I/0 口輸出合閘信號(hào)，合閘信號(hào) 經(jīng)過(guò)中間繼電器將信號(hào)放大后輸出到斷路器的合閘回路，斷路器合閘成功則 返回其狀態(tài)信號(hào)使合閘輸出命令復(fù)歸并顯示在人機(jī)交互界面。如果快切方式 合閘不成功，則轉(zhuǎn)用同期捕捉切換方式，同期捕捉切換方式仍不成功就采用 低壓切換方式，確保備用電源的成功投入。
如圖3所示為工作主流程圖。裝置上電或復(fù)位后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一系列初 始化，即對(duì)核心控制器DSP芯片、A/D模塊等硬件及標(biāo)志位、計(jì)數(shù)器等進(jìn) 行初始化，然后根據(jù)捕獲到的開(kāi)關(guān)量判斷系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行方式。運(yùn)行方式確定 后，由通信檢測(cè)HMI板是否有下達(dá)指令，有則對(duì)HMI板下達(dá)的指令進(jìn)行處 理并返回處理結(jié)果；沒(méi)有則對(duì)采入的模擬量進(jìn)行計(jì)算，并由計(jì)算結(jié)果判斷是 否有異?；蚬收锨闆r發(fā)生，如果有則根據(jù)各工作模式進(jìn)行備用電源的自動(dòng)投 入；沒(méi)有則將計(jì)算結(jié)果返回給人機(jī)界面顯示。處理完畢后系統(tǒng)繼續(xù)判斷當(dāng)前 運(yùn)行方式，按照流程往下進(jìn)行。
本裝置采用RS-232通信協(xié)議，在綜合自動(dòng)化變電站中，人機(jī)界面插件 內(nèi)的接口可以與站內(nèi)的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)；如果是在非綜合自動(dòng)化站中，可以 把站內(nèi)所有具備人機(jī)界面功能的設(shè)備聯(lián)接成獨(dú)立通信網(wǎng)，進(jìn)行集中管理和共 享外設(shè)(打印設(shè)備和工程師站)，在站內(nèi)的局部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化。 一旦變電站 進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造，將獨(dú)立通信網(wǎng)納入全站綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)議"握 手"，就可充分利用現(xiàn)有的設(shè)備達(dá)到更高的要求。
權(quán)利要求1、 一種自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投入裝置，包括調(diào)理電路板(2)，調(diào)理電 路板(2)依次與核心控制板(1)、人機(jī)界面(3)相接，其特征在于，PT、 CT二次側(cè)(4)依次與調(diào)理電路板(2)、 A/D轉(zhuǎn)換模塊(5)、數(shù)字邏輯處理 器DSP (6)相接，斷路器位置開(kāi)關(guān)(7)依次與核心控制板的1/0 (8)、數(shù) 字信號(hào)處理器DSP (6)相接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP (6)的輸出端分別與通 信接口 (9)、外部接口 (10)相接，通信接口 (9)的輸出端與人機(jī)界面(3) 相接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述PT、 CT二次側(cè)(4) 的PT輸出為0 100V， CT輸出為0 5A。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外部接口 (10)為 RS-232接口。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)的一種自適應(yīng)備用電源自動(dòng)投入裝置，包括調(diào)理電路板，PT、CT二次側(cè)依次與調(diào)理電路板、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字邏輯處理器DSP相接，斷路器位置開(kāi)關(guān)依次與核心控制板的I/O口、數(shù)字邏輯處理器DSP相接，數(shù)字邏輯處理器DSP的輸出端分別與通信接口、外部接口相接，通信接口的輸出端與人機(jī)界面相接。本實(shí)用新型具有切換品質(zhì)高、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、人機(jī)界面友好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J9/06GK201156680SQ20082002808
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者崗 劉, 楊國(guó)清, 王德意, 波 肖 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)