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用電源自動投入和系統自動恢復裝置的研究和實現
摘要：介紹了采用高性能16位單片機實現的新型備用電源自動投入和系統自動恢復方案，該方案軟件自動跟蹤和判斷系統的運行方式，具有自適應功能。不僅可實現常規備用電源自動投入的功能，還可實現系統的自動恢復。2種通訊口（RS232和RS485）既可與PC機連接又可方便聯網實現遙測、遙信、遙控等三遙功能，另外，采用新型帶電顯示裝置接點判斷工作電源和備用電源有壓或無壓，為變電站向小型化、無油化和實現綜合自動化及真正實現無人值班創造了條件。 以該方案構成的裝置已于1997年通過原電力部質檢中心檢測和電力部部級鑒定，主要性能和技術指標達到當前同類產品的國際先進水平，填補了國內空白。裝置由珠海電力局華聯公司生產，現已在多家單位投入工業運行。 關鍵詞：自動投入 自動恢復 自適應 三遙 帶電顯示裝置 1、常規備用電源自動投入裝置 隨著技術和經濟的發展，對供電的質量、連續性和可靠性的要求越來越高。備用電源自動投入裝置在保證供電連續性方面取得了較好的成效，在電力系統中被廣泛采用。國內外對它的研究也比較深入。但目前廣泛運行的備用電源自動投入裝置，無論采用電磁式、整流型、晶體管、集成電路甚至微機等任何手段來實現，都只能實現當工作電源消失時將備用電源自動投入并只能動作1次。工作電源恢復正常供電后必須人為換向操作，以調整到原始運行方式，在此之后備用自投裝置才能重新復位，并且也必須人為進行，即裝置本身不具備自適應功能，無法真正滿足綜合自動化的要求，并使無人值班在一定程度上失去了意義。 另外，常規的備用電源自動投入裝置對工作電源和備用電源有壓或無壓的判斷取自PT，對一次設備的小型化和無油化不利。國內各廠家研制生產的備用電源自動投入裝置均是如此。國外同類產品也多是僅能實現單一備用電源自動投入的功能。部分裝置雖具有逆向使系統自動恢復的功能，但所見文獻及實際裝置仍都是以傳統的電壓判據為基礎實現的，不僅工作電源（如工作母線）上需要PT柜，各進線或備用電源上也需要PT柜，即在進線斷路器電源側兩端需各裝設1個PT柜，并且仍由電磁元件實現，接線繁瑣，體積龐大，實現困難，不能滿足綜合自動化及無人值班的要求，技術和經濟上也不適宜于我國國情。 2、本方案的構成 本方案除包括常規備用電源自動投入裝置的全部功能外，還具有自動轉入逆向運行使電力系統在條件滿足時自動恢復到原有運行方式下運行的功能。裝置投入運行后，能夠自動識別和判斷所處電力系統的運行方式，自適應地進行裝置本身運行方式的自動轉換： 正向方式——以常規備用電源自動投入裝置方式運行； 逆向方式——以系統自動恢復裝置方式運行； 退出方式——系統既不滿足裝置正向運行條件也不滿足裝置逆向運行條件。 上述過程自動實現，無需人為干預。即當需要它起備用自投作用時，以備用電源自動投入裝置出現和工作，可完全取代傳統的備用電源自動投入裝置。而當備用電源自動投入裝置動作后或電力系統的運行方式發生變化后滿足裝置的逆向運行條件時，則能自動識別其變化并自動進入逆向運行方式，以系統自動恢復裝置出現，并在所處的電力系統符合條件時將電力系統自動恢復到原有運行方式（一般為原設計的運行方式）下運行。當裝置所處的電力系統不具備2種正常工作條件時，裝置將自動退出運行并發出相應信號。由于裝置可自適應地進行本身運行方式的自動轉換，并具有可互聯成系統的通訊網絡接口，可方便實現三遙，無需任何人為干預，因此滿足變電站綜合自動化的需要，也使無人值班真正具有了意義。 本方案對有壓無壓的判斷既適用于傳統的PT采集電壓的方式，也可采用改進后的帶電顯示器實現，無需為該裝置專門設置PT間隔，可減少設備總數量和總投資。特別是應用于非計費的城市中心配電所或開關站，每段母線還可省去1個PT柜，不但可使中心配電所或開關站無油化和減少設備的總投資，還可減少中心配電所或開關站的占地面積，具有很大的現實意義。 3、本方案考慮的幾個問題 為使本方案構成的裝置可靠、靈敏、快速并具有廣泛的通用性，我們對如下幾個問題進行了著重研究并采取了相應的措施： a）電力系統常見的幾種備用方式下方案的適應性和通用性； b）已有PT及不增加PT反而要減少PT的可能性及可行性； c）怎樣簡單而有效地實現傳統備用電源自動投入裝置具有的功能； d）在不增加PT反而要減少PT的情況下，如何有效實現裝置的逆向自動恢復功能； e）減少PT后可能給系統帶來的問題及相應的措施； f）裝置抗干擾性能； g）裝置本身與其它裝置可能的擴充、互聯和升級； h）裝置與整個變電站綜合（配網）自動化系統的有效銜接。 4、本方案的運行方式分析 4.1 備自投的基本方式和動作判據 通常情況下有2種最基本而常用的備自投方式：一種方式是2個工作電源互為備用，稱為暗備用，也叫母聯備自投，如圖1a所示；另一種方式是正常情況下備用電源不工作，稱為明備用，也叫線路備自投，如圖1b所示。為簡單起見，我們僅就這2種備用方式，并且以暗備用方式為重點進行討論。 備自投通常采用失壓或失壓加欠流判據。本方案構成的系列裝置除具備常規備自投功能外，還具有系統自動恢復功能。仍采用失壓或失壓加欠流判據。為了能夠實現系統自動恢復，本方案構成的系列裝置在有無電壓判斷上除有傳統的PT采集電壓外，還引入了帶電顯示器接點模式。通過帶電顯示器接點的狀態可判斷出相關設備（進線或母線等）的帶電狀況。裝置中如不用電流，電流端可以懸空。 4.2 備用電源自投自復裝置工作原理 a）正向運行，即傳統的備自投運行條件： 1）UB1＞U1Y，UB2＞U2Y，即2段母線電壓正常； 2）IL1＜I1G,IL2＜I2G，即2段母線及出線上均無故障； 3）母線斷路器QFB處于斷開位置，即2段母線獨立運行； 4）兩進線斷路器QF1和QF2均處于合閘位置，即2條進線分別獨立地向2段母線供電。 b）正向動作，即傳統的備自投動作條件： 1）裝置處于正向運行狀態； 2）UB1＜U1D或UB2＜U2D，即Ⅰ段母線或Ⅱ段母線中的一段失電； 3）IL1＜I1W或IL2＜I2W，即失電母線進線側欠流； 4）UB2＞U2Y或UB1＞U1Y，即另一段母線電壓正常； 5）無手動（或遙控）跳閘和外部閉鎖。 c）逆向運行，即原工作電源自動恢復，系統恢復到原有運行方式的條件： 1）UB1＞U1Y，UB2＞U2Y，即2段母線電壓正常； 2）分段斷路器QFS處于合閘位置； 3）進線斷路器QF1（或QF2）處于斷開位置，而QF2或（QF1）處于合閘位置。 d）逆向動作，即原工作電源自動恢復，系統恢復到原有運行方式的條件： 1）裝置處于逆向運行狀態； 2）失電進線電壓恢復正常； 3）IL1＜IL2，IL2＜I2G，即2段母線及出線上均無故障。 綜上所述，裝置在上電或復位后的運行全程內，對系統的實際運行狀況進行判斷，若系統滿足自投（正向）運行條件，經15 s延時，裝置自動進入正向運行方式。這種情況下，如工作電源消失，裝置將按傳統的備用自投工作模式，跳開失電母線進線斷路器，并在確認進線斷路器斷開后，合上分段斷路器，自動投入備用電源，繼續向失電母線供電。這一工作模式對互為備用的電源是雙向的。若系統滿足自復（逆向）運行條件，經15 s延時，裝置自動進入逆向運行方式。這種情況下，如失電的工作電源恢復，裝置將以傳統備自投工作方式的逆向方式動作，先跳開分段斷路器，并在確認分段斷路器斷開后，投上原失電進線斷路器，自動恢復工作電源，使系統恢復到原始運行方式。這一工作模式對互為備用的電源也是雙向的。若系統既不滿足自投（正向）運行條件又不滿足自復（逆向）運行條件，經2 s延時，裝置將自動退出運行狀態。裝置的運行方式（退出、正向運行或逆向運行）及動作狀況等均在就地（裝置本身）顯示并可通過通訊網上傳。 裝置的正向運行、逆向運行均可投退。裝置既可用母聯自投自復又可用作線路自投自復，通過面板整定。 裝置也可用于圖1b所示的系統，只是沒有Ⅰ（或Ⅱ）段母線電壓和分段斷路器QFS輔助接點的開關量輸入。裝置運行條件中的QF1和QF2為一合一分，即一條工作，另一條備用，裝置的工作過程和原理同上。但由于哪條進線為工作電源，哪條進線為備用電源往往不明確，自復功能投入可能導致2條線路多次轉跳。這種情況下可將自復功能退出。如需要自復功能，需對工作電源和備用電源進行明確定義。 上已述及，裝置有壓無壓的判別既可采用傳統PT采集的方式，也可通過帶電顯示器接點的方式實現。以帶電顯示器接點方式判別有壓無壓，可省去PT，有利于實現開關柜的無油化和小型化。當然，這需要對傳統的帶電顯示器進行改造，提出如電壓繼電器的一些參數要求，如動作電壓、返回電壓、動作速度等。這種新型的帶電顯示裝置結構上與傳統的帶電顯示器完全相同，只是按要求給出開合接點而已，并已由華聯公司與有關廠家研制成功，價格低廉，適宜于廣泛推廣應用。 5、結論 依據本文方案采用80C196KC單片機構成的系列裝置已于1997年通過原電力部電力設備及儀表質量檢驗測試中心的檢測和電力部部級鑒定，并在珠海電力局多個城區開關站、珠海國際航空展覽館動力中心等投入運行，已多次正確動作，證明了本方案的正確性和可行性，也真正滿足了無人值班的綜合自動化的要求。應該說本方案在理論上和工程實際上都是有一定意義和價值的。論文出處(作者):信息設備的電磁輻射與消除
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