專利名稱：一種能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)電廠站繼電保護和自動化控制領(lǐng)域，特別是涉及一種能實現(xiàn)電 廠核電站用電快切的綜合保護裝置。
背景技術(shù)：
大型火電廠和核電站中的中壓廠用電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著保障主要發(fā)電設(shè)備正常運行所 設(shè)置的輔助機械電氣設(shè)備工作以及照明、檢修、試驗工作所需的電源供給，廠、站用電系統(tǒng) 的可靠性直接關(guān)系到發(fā)變組、電廠、乃至整個電力系統(tǒng)的可靠運行。廠、站用電都是最重要 的負(fù)荷，用電系統(tǒng)必須能滿足發(fā)電廠、站的正常運行、事故處理和檢修試驗等需求，并盡量 縮小廠、站用電系統(tǒng)發(fā)生故障時的影響范圍。即便如第三代核電站具有非能動的安全性措 施，穩(wěn)定可靠的站用電對核電設(shè)施的安全運行也是至關(guān)重要的。大型發(fā)電廠一般采用中壓系統(tǒng)(10KV或6KV)作為廠用電，為保證可靠性，都采用 兩路電源，一路工作電源，一路備用電源。當(dāng)工作電源進線開關(guān)跳閘，母線失壓時，備用電源 進線開關(guān)自動投入，切換到備用電源上供電。在運行時，有些時候如設(shè)備檢修，需要將工作 電源供電方式轉(zhuǎn)換為由備用電源供電(或者由備用電源轉(zhuǎn)為工作電源)。廠用系統(tǒng)是否可 靠，直接影響發(fā)變電機組連續(xù)安全穩(wěn)定運行，因而工作電源與備用電源之間的切換就顯得 極為重要，所以國內(nèi)大型發(fā)電廠的廠用電一般都配置獨立的廠用電切換裝置來實現(xiàn)這些操 作。因此，提供一種可靠的電廠核電站用電快切的綜合保護裝置是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型是一種在綜合保護裝置中對工作電源進線、備用電源進線進行保護的 同時，實現(xiàn)工作電源與備用電源之間的快速切換的裝置，其能同時實現(xiàn)保護和快切功能。本 實用新型對常規(guī)綜合保護裝置的硬件配置作了優(yōu)化調(diào)整，使裝置具有的極強的保護、測量 功能和可編程邏輯能力，可作為一個開發(fā)的平臺，在這個平臺上再進行二次開發(fā)，保護工程 師可以根據(jù)實際系統(tǒng)和運行情況，編制特定的保護和快切控制方案，從而在綜合保護裝置 中實現(xiàn)保護加快切功能。本實用新型的技術(shù)方案如下一種能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置，至少包含中央處理單元、檢測 單元、數(shù)碼轉(zhuǎn)換單元、快切控制單元以及故障警報單元，所述中央處理單元內(nèi)部集成中央處 理器、雙精度浮點處理器以及乘法累加處理器，所述中央處理單元還包括二個10/100快速 以太網(wǎng)控制器接口、四個通用可編程同步/異步收發(fā)器接口、一個USB2. 0接口、一個直接存 儲訪問控制器接口、一個I2C總線接口和兩個CAN總線接口，所述中央處理器的最高工作頻 率為200MHZ，所述中央處理單元采用外部晶振，其頻率為50MHZ。其中，所述快切控制單元包含手動切換模塊和事故切換模塊，所述快切控制單元 根據(jù)所述檢測單元的信號選擇啟動手動切換模塊或事故切換模塊。所述快切控制單元還包含切換后加速保護邏輯模塊，一旦在合閘后檢測到過流，
3所述切換后加速保護邏輯模塊即采取瞬時跳閘保護。本實用新型的有益效果在于□(1)本實用新型能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置減少了設(shè)備數(shù)量，簡 化了回路，提高了廠用電系統(tǒng)的可靠性；(2)保護裝置內(nèi)部實現(xiàn)了保護閉鎖快切和快切后加速，減少了外部連接，提高了系 統(tǒng)的安全性；(3)對于大型核電、核島廠用電都配置柴油發(fā)電機作為應(yīng)急備用電源，常規(guī)的快切 裝置一般只能針對兩路電源，而本方法采用可編程功能及分散式布置，完全能應(yīng)對三電源 工作方式。

圖1為本實用新型一種能實現(xiàn)核電站用電快切的綜合保護裝置的簡要框圖。圖2為本實用新型的保護快切邏輯圖。圖3為本實用新型的工作母線失電后母線反饋電壓與備用電源壓差A(yù)U的變化軌 跡圖。圖4(a) 圖4(c)為本實用新型的同期元件原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例并參照附圖對本實用新型作進一步描述。圖1為本實用新型一種能實現(xiàn)核電站用電快切的綜合保護裝置的簡要框圖。一種 能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置，至少包含中央處理單元300、檢測單元100、 數(shù)碼轉(zhuǎn)換單元200、快切控制單元400以及故障警報單元500，所述中央處理單元300內(nèi)部 集成中央處理器、雙精度浮點處理器以及乘法累加處理器，所述中央處理單元還包括二個 10/100快速以太網(wǎng)控制器接口、四個通用可編程同步/異步收發(fā)器接口、一個USB2. 0接口、 一個直接存儲訪問控制器接口、一個I2C總線接口和兩個CAN總線接口，所述中央處理器的 最高工作頻率為200MHZ，所述中央處理單元采用外部晶振，其頻率為50MHZ。其中，所述快切控制單元400包含手動切換模塊和事故切換模塊，所述快切控制 單元根據(jù)所述檢測單元的信號選擇啟動手動切換模塊或事故切換模塊。所述快切控制單元400還包含切換后加速保護邏輯模塊，一旦在合閘后檢測到過 流，所述切換后加速保護邏輯模塊即采取瞬時跳閘保護。為了確保了保護和快切元件的處理和響應(yīng)速度，中央處理單元300選用飛思卡爾 的ColdFireTMMC5485，這是一塊具有ColdFire V4內(nèi)核引擎的綜合處理器，內(nèi)部集成了 V4中 央處理器CPU、雙精度浮點處理器FPU和類DSP功能的增強的乘法累加處理器EMAC。MC5485 還具有豐富的外設(shè)接口，包括二個10/100快速以太網(wǎng)控制器、四個通用可編程USRT/USART 串行控制器、一個USB 2. 0、一個DMA、一個I2C和二個CAN。CPU的最高工作頻率可達200MHz。 中央處理單元300采用外部晶振，頻率50MHz，通過芯片內(nèi)部的PLL回路倍頻到芯片工作 頻率。MC5485支持DDR(Double Data Rate) SDRAM，最大尋址范圍達1GB，片內(nèi)提供32K指 令Cache和32K數(shù)據(jù)Cache，同時還提供32K系統(tǒng)存儲空間。裝置配置兩塊MICRON公司的 MT48LC16M32B2 SDRAM芯片，總?cè)萘窟_到64M ；另外，配置ATMEL的AT24C08B EEPRM芯片，存放定值和參數(shù)，該芯片采用兩線I2C總線，可以直接和MC5485接口。常規(guī)的綜合保護裝置一般都采用兩塊CPU，其中一塊采用DSP處理數(shù)據(jù)采樣、濾波 處理、保護判據(jù)和出口邏輯，而另一塊CPU負(fù)責(zé)通信和人機界面。兩片CPU的數(shù)據(jù)交換一般 采用雙口 RAM，本裝置與常規(guī)保護裝置最大的不同之處是充分利用MC5485內(nèi)部DSP單元增 強的乘法累計處理單元強大的處理能力，MC5484的EMAC采用四階段的處理管道，對32 X 32 位的乘法進行了優(yōu)化，支持整數(shù)和小數(shù)操作，在一塊CPU上實現(xiàn)所有采樣、濾波、保護、邏輯 和通信界面功能，極大地降低的了硬件的和軟件的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。數(shù)碼轉(zhuǎn)換單元200的數(shù)碼轉(zhuǎn)換芯片采用Cirrus Logic的CS5581 DS ADC,由于采 用了微分累加(Delta-Sigma)技術(shù)，所以該芯片具有很高的A/D轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度，最大 轉(zhuǎn)換速率可達200K Sps，通過多路切換器，可對多個通道的模擬量進行A/D轉(zhuǎn)換。以綜保快 切裝置8個交流模擬輸入量來計算，每一個模擬量每周波采樣點數(shù)可達256次，比普通綜保 每周波32點的采樣速度高8倍。正是有了如此高的采樣速率和處理速度做后盾，裝置才有 能力對快速變化的模擬量及時地測量、分析、計算，并作出正確的反應(yīng)。在軟件設(shè)計上，充分利用了 CPU和AD轉(zhuǎn)換器的強大能力，例如，對于模擬量，除采 用常規(guī)的快速傅立葉(FFT)濾波算法，用于模擬量測量值外，對于保護元件，更引入半個和 一個周波的余弦(COSINE)濾波算法，能更有效地去除基波頻率以外地各種諧波；對于同期 元件，不僅計算電壓幅值差、頻率差、相角差，還計算頻率滑差的變化率，在差頻同期方式， 對合閘時間精確地補償。參見圖2為本實用新型的保護快切邏輯圖，如圖2所示，邏輯圖中包含手動合閘 10，合閘條件20，快切合閘30，保護40以及裝置故障警告50，其中，合閘條件20包含線路有 壓母線無壓21，線路有壓母線有壓22，快切合閘30包含快切31，殘壓切32，保護40包含故 障41，去耦合42，后加速43。其中，實現(xiàn)快切的最核心問題是同期元件，同期元件的測量精 度和響應(yīng)速度，在很大程度上決定了快切裝置的最佳同期點捕捉能力和快切的成功率。參見圖4(a) 圖4(c)所示，為本發(fā)明同期元件的原理圖，其中，圖4(b)為電壓VP 與VS無頻差、差額< 0. 005HZ或整定TCLOSD = 0時，同期元件的工作狀況；圖4 (c)為電壓 VP與VS有頻差，0. 005HZ <差額<定值25SF，并且整定TCLOSD不等于0時，同期元件的工 作狀況。由此，本實用新型在對常規(guī)的綜合保護裝置的硬件進行了細(xì)致的分析的基礎(chǔ)上， 結(jié)合快切裝置的特點，針對系統(tǒng)處理能力薄弱環(huán)節(jié)，提出了全新的硬件結(jié)構(gòu)，確保了保護和 快切元件的處理和響應(yīng)速度?？烨锌刂茊卧?00包含手動切換模塊和事故切換模塊，為了防止事故切換中由于 工作進線開關(guān)因電氣、機械原因機構(gòu)拒動導(dǎo)致兩電源并列運行，又一次向故障點提供故障 電流，引起故障擴大，還專門設(shè)置了切換后加速保護邏輯，一旦在合閘后檢測到過流，以及 瞬時跳閘。切換條件支持快速切換、同期切換和母線殘壓切換。具體而言手動切換模塊當(dāng)接收到DCS合閘命令，而外部又沒有閉鎖合閘信號，如備變保護 跳閘、母線保護跳閘等閉鎖信號時，保護裝置啟動手動切換，等待合閘條件滿足，此時合閘 條件分為檢無壓合閘和檢同期合閘，檢無壓合閘相當(dāng)于串聯(lián)切換，確認(rèn)進線開關(guān)跳開后母 線無壓，合上備用開關(guān)；檢同期合閘相當(dāng)于并聯(lián)切換，先合上備用電源開關(guān)，由于兩個電源 為同一個系統(tǒng)，為同頻合環(huán)操作，裝置的同期元件能檢測到這種狀況，自動切換到同頻同期
5檢測方式，只要兩個電源的相角差小于整定值，就允許合閘。事故切換模塊當(dāng)保護廠變保護等啟動快切后，如果此時無外部閉鎖信號如備變 保護跳閘、母線保護跳閘等，并且投入快切功能時，啟動快切，此時裝置根據(jù)情況自動選擇 快切。由于進線開關(guān)跳閘，廠用母線上龐大的電動機群其中部分會轉(zhuǎn)為發(fā)電機運行方式，反 饋到母線上，另外部分電動機將惰行，使得母線電壓和頻率都呈衰減，母線與備用電源之間 存在頻差、壓差和相角差，參見圖3。同期元件工作模式切換到差頻同期方式，并對合閘時間 補償，當(dāng)計算出的合間角度小于整定的相角差時，即在圖3的AB段時，由于此時兩個電源之 間的角度正在變大，所以就不再尋求過零度合閘的時機，就立刻發(fā)出合閘命令。如果在不能 在AB段實現(xiàn)切換時，則因為相角差已經(jīng)超過定值，在BC段將不尋求快切合閘，而要到CA段 再進行同期切換，由于此時母線的電壓和頻率都已有顯著下降，且兩個電源之間的相角差 正在逐步接近，裝置能夠根據(jù)頻率差自動補償合閘時間，在相角差為0度時合閘，減少對電 動機和系統(tǒng)的沖擊。如果因某種原因不能在這段時間內(nèi)合閘，裝置將轉(zhuǎn)到殘壓切換模式，至 母線電壓降低，連接在母線上所有電動機跳閘后，進行殘壓切換，減少因冷負(fù)荷啟動產(chǎn)生的 過流對系統(tǒng)的沖擊。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置，至少包含中央處理單元、檢測單元、數(shù)碼轉(zhuǎn)換單元、快切控制單元以及故障警報單元，其特征在于，所述中央處理單元內(nèi)部集成中央處理器、雙精度浮點處理器以及乘法累加處理器，所述中央處理單元還包括二個10/100快速以太網(wǎng)控制器接口、四個通用可編程同步/異步收發(fā)器接口、一個USB2.0接口、一個直接存儲訪問控制器接口、一個I2C總線接口和兩個CAN總線接口，所述中央處理器的最高工作頻率為200MHZ，所述中央處理單元采用外部晶振，其頻率為50MHZ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置，其特征在于， 所述快切控制單元包含手動切換模塊和事故切換模塊，所述快切控制單元根據(jù)所述檢測單 元的信號選擇啟動手動切換模塊或事故切換模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置，其特征在 于，所述快切控制單元還包含切換后加速保護邏輯模塊，一旦在合閘后檢測到過流，所述切 換后加速保護邏輯模塊即采取瞬時跳閘保護。
專利摘要本實用新型提供了一種能實現(xiàn)電廠核電站用電快切的綜合保護裝置，至少包含中央處理單元、檢測單元、數(shù)碼轉(zhuǎn)換單元、快切控制單元以及故障警報單元，所述中央處理單元內(nèi)部集成中央處理器、雙精度浮點處理器以及乘法累加處理器，所述中央處理單元還包括二個10/100快速以太網(wǎng)控制器接口、四個通用可編程同步/異步收發(fā)器接口、一個USB2.0接口、一個直接存儲訪問控制器接口、一個I2C總線接口和兩個CAN總線接口，所述中央處理器的最高工作頻率為200MHz，所述中央處理單元采用外部晶振，其頻率為50MHz。本實用新型在對工作電源進線、備用電源進線進行保護的同時，能實現(xiàn)工作電源與備用電源之間的快速切換。
文檔編號H02H7/26GK201690267SQ201020216319
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者崔大勇, 張志成, 潘運平, 王治國, 邱錫為 申請人:上海致達智利達系統(tǒng)控制有限責(zé)任公司