專利名稱：自適應備用電源自動投入裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力輸配電裝置的控制裝置技術領域，涉及一種多功能 自適應備用電源自動投入裝置。
背景技術：
備用電源自動投入裝置作為電力系統(tǒng)中常用的一種安全自動裝置，其發(fā) 展與繼電保護裝置一樣經(jīng)過了電磁(整流)型——晶體型——集成電路型一 一微機型等四個主要階段。究其本質(zhì)，各階段的主要技術區(qū)別在于對采集量 (電流量、電壓量、開關量)的運算方式和邏輯功能的實現(xiàn)方式上。電磁型 備自投裝置目前在電網(wǎng)運行中仍發(fā)揮著很大的作用。但由于其邏輯條件都由
繼電器構成，致使開關切換品質(zhì)差；工作模式僵化，不能適應系統(tǒng)運行方式 的變化；實現(xiàn)控制過程的繼電元件較多，動作可靠性低，占用空向大，維護 復雜，成本高；不能實現(xiàn)遠程控制。相對而言，微機控制型備自投裝置則摒 除了上述諸多缺點。但目前已投入使用的微機備用電源自動投入裝置仍采用 傳統(tǒng)判據(jù)，不具有廣泛適應性，且備用電源投入成功率低，可靠性難以保證。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種可靠性高，具有廣泛適應性的一種多功能 自適應備用電源自動投入裝置。
本實用新型所采用的技術方案是， 一種多功能自適應備用電源自動投入 裝置，包括調(diào)理電路板，PT、 CT二次側依次與調(diào)理電路板、A/D轉換模塊、數(shù)字信號處理器DSP相接，斷路器位置開關依次與核心控制板的I/0口、數(shù) 字信號處理器DSP相接，數(shù)字信號處理器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界面相接。PT、 CT 二次側的PT 輸出為0 100V， CT輸出為0 5A。外部接口為RS-232接口。 本實用新型區(qū)別于其它類型備自投裝置的特點.-
1、 裝置切換品質(zhì)高。采用軟件流程對備自投邏輯進行控制，并帶有軟 件故障檢測功能。從各開關量、模擬量采集到備用電源成功投入過程時間短， 效率高，保證了特殊場合下對供電可靠性的要求。
2、 裝置適應性強。多個獨立的工作方式可以反映出多種不同的備自投 方式，通過自行整定，無論是變電站的各種主接線形式，還是城市配網(wǎng)開閉 所要求的各種供電方案，或是大用戶用電的高、低壓配合，對備自投功能的 要求都能得到滿足。
3、 裝置可靠性高。裝置設有快速切換、同期捕捉切換和低壓切換多個 備用電源自動切換方式。在備用電源進線斷路器合閘時刻，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 式和遠后備切換方式，確保備用電源的成功切換。
4、 裝置人機界面友好，通信方式靈活。任何場合下都可利用人機界面 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，便于設備的調(diào)試和運行維護。
圖1是本實用新型系統(tǒng)的總體結構框圖2是本實用新型實施例的不同工作模式工作流程圖，a為正常手動切 換工作流程，b為不正?；蚴鹿誓Ｊ较虑袚Q工作流程；圖3是本實用新型工作流程圖。圖中，l.核心控制板，2.調(diào)理電路板，3.人機界面，4.PT、 CT二次側， 5.A/D轉換模塊，6.數(shù)字信號處理器DSP， 7.斷路器位置開關，8.核心控制板 的I/0口， 9.通信接口， IO.外部接口。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。
如圖1所示，本實用新型的自適應備用電源自動投入裝置，PT、 CT二 次側4依次與調(diào)理電路板2、 A/D轉換模塊5、數(shù)字信號處理器DSP6相接， 斷路器位置開關7依次與核心控制板的I/O 口 8、數(shù)字信號處理器DSP6相 接，數(shù)字信號處理器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的輸出端與人機界面3相接。
其中，電壓、電流交流信號取自PT、CT 二次側4，PT的輸出為0 100V， CT的輸出為0 5A，交流信號接入調(diào)理電路板2，經(jīng)過限幅濾波后，輸入數(shù) 字信號處理器DSP6的交流信號限定在-1.5V +1.5V之間，然后通過A/D轉 換模塊5變?yōu)閿?shù)字信號處理器DSP6可以識別的二進制數(shù)，系統(tǒng)軟件再將其 轉換為十進制數(shù)并進行數(shù)據(jù)處理。斷路器位置開關7通過繼電器直接輸入到 核心控制板的I/O 口 8采集斷路器位置開關信號，系統(tǒng)軟件通過采集的開關 量來自動跟蹤系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并通過通信接口9顯示在人機界面3上。外 部接口 10為RS-232接口，用于連接外部PC機，便于設備的調(diào)試和運行維 護，在任何情況下，只要使用攜帶的PC機與相適應的操作軟件，就可通過 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投入裝置大都采用傳統(tǒng)的合閘判據(jù)，即當失壓母線 殘壓降至額定電壓的20% 40%時合閘出口動作。這種方法雖在投入時沖擊電壓較小，安全可靠，但母線電壓過低，對于廠用電而言，會使連結在母線 上的電動機因電壓過低而停轉，造成廠用動力消失，嚴重時會使發(fā)電機停機。 另外就是采用快速切換方式，即備用電源投入時的相角差越小越好， 一般在 3(T這種方法雖在較大殘壓時投入，沖擊電壓較小，對電動機自啟動極為有 利，但對切換速度要求很高，實施時成功率低。
對于上述技術問題，本實用新型裝置采用三種切換方式相結合的新型判 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 切換方式與遠后備切換方式，具體過程如下
在工作電源出現(xiàn)事故情況與不正常情況而跳開斷路器后，備用電源自動 投入裝置立即啟動進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。因為合閘斷路器兩側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機上的 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成的矢量三角形中，利用余弦定理可求解出可進行合閘 操作時的備用電源電壓與母線殘壓之間相角差的取值范圍。在進行合閘判據(jù) 計算時，直接將實時計算出的備用電源電壓與母線殘壓的相位差和設定值作 比較，只要相位差小于設定值，即可發(fā)出合閘命令。
當由于一些客觀原因，比如備用電源電壓和母線電壓原本就存在一個較 大的初相角，或者開關設備自身條件所限等，使得快速切換不能滿足條件時， 同期捕捉切換就作為快速切換的后備切換，這時裝置自動轉入同期判別，使 得廠用電源切換能安全進行。同期捕捉切換以相位差為(T時作為合閘目標， 同樣考慮斷路器合閘時間，應用合閘提前時間來進行整定，提前量的大小取 決于合閘回路時間和相位差的變化速度。當母線殘壓低于最大允許殘壓時，只需預先設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，即當由于某些原因快速切換和同期捕捉 切換不能正常進行時，由低壓切換完成任務，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投入，其電壓等級
范圍為400V 110kVAC。該裝置具有正常手動切換、事故自動切換與不正 常情況自動切換三種工作模式。
正常手動切換時，由運行人員手動操作起動，快速切換裝置按事先設定 的手動切換方式(并聯(lián))進行分合閘操作。如圖2中a所示，工作人員通過 正常手動切換按鈕啟動備用電源自動投入裝置后，備自投裝置對備用電源進 行并聯(lián)切換，即首先對待合閘斷路器兩側進行自同期合閘，如果合閘成功， 就斷開工作電源進線斷路器，完成正常手動切換操作并向人機界面發(fā)信顯 示；如果第一次合閘失敗，則等待下一次合閘時機的到來再進行合閘操作。
事故自動切換，由保護接點起動，發(fā)變組、廠變和其它保護出口跳工作 電源開關的同時，起動快切裝置進行切換，快切裝置按事先設定的自動切換 方式(串聯(lián))進行分合閘操作。
不正常情況自動切換，有兩種不正常情況。 一是母線失壓，母線電壓低 于整定電壓達整定延時后，裝置起動，并按自動方式進行切換。二是工作電 源開關誤跳，由工作開關輔助接點起動裝置，在切換條件滿足時合上備用電 源。
如圖2中b所示，在事故自動切換與不正常情況自動切換兩種模式下， 備自投裝置由保護接點信號或不正常情況信號啟動，并進行串聯(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，通過開關量I/0 口輸出合閘信號，合閘信號 經(jīng)過中間繼電器將信號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)信號使合閘輸出命令復歸并顯示在人機交互界面。如果快切方式 合閘不成功，則轉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。裝置上電或復位后，對系統(tǒng)進行一系列初 始化，即對核心控制器DSP芯片、A/D模塊等硬件及標志位、計數(shù)器等進 行初始化，然后根據(jù)捕獲到的開關量判斷系統(tǒng)當前運行方式。運行方式確定 后，由通信檢測HMI板是否有下達指令，有則對HMI板下達的指令進行處 理并返回處理結果；沒有則對采入的模擬量進行計算，并由計算結果判斷是 否有異?；蚬收锨闆r發(fā)生，如果有則根據(jù)各工作模式進行備用電源的自動投 入；沒有則將計算結果返回給人機界面顯示。處理完畢后系統(tǒng)繼續(xù)判斷當前 運行方式，按照流程往下進行。
本裝置采用RS-232通信協(xié)議，在綜合自動化變電站中，人機界面插件 內(nèi)的接口可以與站內(nèi)的自動化網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)；如果是在非綜合自動化站中，可以 把站內(nèi)所有具備人機界面功能的設備聯(lián)接成獨立通信網(wǎng)，進行集中管理和共 享外設(打印設備和工程師站)，在站內(nèi)的局部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自動化。 一旦變電站 進行綜合自動化改造，將獨立通信網(wǎng)納入全站綜合自動化網(wǎng)絡進行協(xié)議"握 手"，就可充分利用現(xiàn)有的設備達到更高的要求。
權利要求1、 一種自適應備用電源自動投入裝置，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)、人機界面(3)相接，其特征在于，PT、 CT二次側(4)依次與調(diào)理電路板(2)、 A/D轉換模塊(5)、數(shù)字邏輯處理 器DSP (6)相接，斷路器位置開關(7)依次與核心控制板的1/0 (8)、數(shù) 字信號處理器DSP (6)相接，數(shù)字信號處理器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)的輸出端與人機界面(3) 相接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述PT、 CT二次側(4) 的PT輸出為0 100V， CT輸出為0 5A。
3、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外部接口 (10)為 RS-232接口。
專利摘要本實用新型公開的一種自適應備用電源自動投入裝置，包括調(diào)理電路板，PT、CT二次側依次與調(diào)理電路板、A/D轉換模塊、數(shù)字邏輯處理器DSP相接，斷路器位置開關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界面相接。本實用新型具有切換品質(zhì)高、適應性強、可靠性高、人機界面友好的特點。
文檔編號H02J9/06GK201156680SQ20082002808
公開日2008年11月26日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權日2008年1月11日
發(fā)明者崗 劉, 楊國清, 王德意, 波 肖 申請人:西安理工大學