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用電源自動(dòng)投入和系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)裝置的研究和實(shí)現(xiàn)
摘要：介紹了采用高性能16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的新型備用電源自動(dòng)投入和系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)方案，該方案軟件自動(dòng)跟蹤和判斷系統(tǒng)的運(yùn)行方式，具有自適應(yīng)功能。不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)備用電源自動(dòng)投入的功能，還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)恢復(fù)。2種通訊口（RS232和RS485）既可與PC機(jī)連接又可方便聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控等三遙功能，另外，采用新型帶電顯示裝置接點(diǎn)判斷工作電源和備用電源有壓或無(wú)壓，為變電站向小型化、無(wú)油化和實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化及真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班創(chuàng)造了條件。 以該方案構(gòu)成的裝置已于1997年通過(guò)原電力部質(zhì)檢中心檢測(cè)和電力部部級(jí)鑒定，主要性能和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到當(dāng)前同類產(chǎn)品的國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。裝置由珠海電力局華聯(lián)公司生產(chǎn)，現(xiàn)已在多家單位投入工業(yè)運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)投入 自動(dòng)恢復(fù) 自適應(yīng) 三遙 帶電顯示裝置 1、常規(guī)備用電源自動(dòng)投入裝置 隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)供電的質(zhì)量、連續(xù)性和可靠性的要求越來(lái)越高。備用電源自動(dòng)投入裝置在保證供電連續(xù)性方面取得了較好的成效，在電力系統(tǒng)中被廣泛采用。國(guó)內(nèi)外對(duì)它的研究也比較深入。但目前廣泛運(yùn)行的備用電源自動(dòng)投入裝置，無(wú)論采用電磁式、整流型、晶體管、集成電路甚至微機(jī)等任何手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，都只能實(shí)現(xiàn)當(dāng)工作電源消失時(shí)將備用電源自動(dòng)投入并只能動(dòng)作1次。工作電源恢復(fù)正常供電后必須人為換向操作，以調(diào)整到原始運(yùn)行方式，在此之后備用自投裝置才能重新復(fù)位，并且也必須人為進(jìn)行，即裝置本身不具備自適應(yīng)功能，無(wú)法真正滿足綜合自動(dòng)化的要求，并使無(wú)人值班在一定程度上失去了意義。 另外，常規(guī)的備用電源自動(dòng)投入裝置對(duì)工作電源和備用電源有壓或無(wú)壓的判斷取自PT，對(duì)一次設(shè)備的小型化和無(wú)油化不利。國(guó)內(nèi)各廠家研制生產(chǎn)的備用電源自動(dòng)投入裝置均是如此。國(guó)外同類產(chǎn)品也多是僅能實(shí)現(xiàn)單一備用電源自動(dòng)投入的功能。部分裝置雖具有逆向使系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)的功能，但所見文獻(xiàn)及實(shí)際裝置仍都是以傳統(tǒng)的電壓判據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的，不僅工作電源（如工作母線）上需要PT柜，各進(jìn)線或備用電源上也需要PT柜，即在進(jìn)線斷路器電源側(cè)兩端需各裝設(shè)1個(gè)PT柜，并且仍由電磁元件實(shí)現(xiàn)，接線繁瑣，體積龐大，實(shí)現(xiàn)困難，不能滿足綜合自動(dòng)化及無(wú)人值班的要求，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上也不適宜于我國(guó)國(guó)情。 2、本方案的構(gòu)成 本方案除包括常規(guī)備用電源自動(dòng)投入裝置的全部功能外，還具有自動(dòng)轉(zhuǎn)入逆向運(yùn)行使電力系統(tǒng)在條件滿足時(shí)自動(dòng)恢復(fù)到原有運(yùn)行方式下運(yùn)行的功能。裝置投入運(yùn)行后，能夠自動(dòng)識(shí)別和判斷所處電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，自適應(yīng)地進(jìn)行裝置本身運(yùn)行方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換： 正向方式——以常規(guī)備用電源自動(dòng)投入裝置方式運(yùn)行； 逆向方式——以系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)裝置方式運(yùn)行； 退出方式——系統(tǒng)既不滿足裝置正向運(yùn)行條件也不滿足裝置逆向運(yùn)行條件。 上述過(guò)程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需人為干預(yù)。即當(dāng)需要它起備用自投作用時(shí)，以備用電源自動(dòng)投入裝置出現(xiàn)和工作，可完全取代傳統(tǒng)的備用電源自動(dòng)投入裝置。而當(dāng)備用電源自動(dòng)投入裝置動(dòng)作后或電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式發(fā)生變化后滿足裝置的逆向運(yùn)行條件時(shí)，則能自動(dòng)識(shí)別其變化并自動(dòng)進(jìn)入逆向運(yùn)行方式，以系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)裝置出現(xiàn)，并在所處的電力系統(tǒng)符合條件時(shí)將電力系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到原有運(yùn)行方式（一般為原設(shè)計(jì)的運(yùn)行方式）下運(yùn)行。當(dāng)裝置所處的電力系統(tǒng)不具備2種正常工作條件時(shí)，裝置將自動(dòng)退出運(yùn)行并發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。由于裝置可自適應(yīng)地進(jìn)行本身運(yùn)行方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并具有可互聯(lián)成系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)接口，可方便實(shí)現(xiàn)三遙，無(wú)需任何人為干預(yù)，因此滿足變電站綜合自動(dòng)化的需要，也使無(wú)人值班真正具有了意義。 本方案對(duì)有壓無(wú)壓的判斷既適用于傳統(tǒng)的PT采集電壓的方式，也可采用改進(jìn)后的帶電顯示器實(shí)現(xiàn)，無(wú)需為該裝置專門設(shè)置PT間隔，可減少設(shè)備總數(shù)量和總投資。特別是應(yīng)用于非計(jì)費(fèi)的城市中心配電所或開關(guān)站，每段母線還可省去1個(gè)PT柜，不但可使中心配電所或開關(guān)站無(wú)油化和減少設(shè)備的總投資，還可減少中心配電所或開關(guān)站的占地面積，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。 3、本方案考慮的幾個(gè)問題 為使本方案構(gòu)成的裝置可靠、靈敏、快速并具有廣泛的通用性，我們對(duì)如下幾個(gè)問題進(jìn)行了著重研究并采取了相應(yīng)的措施： a）電力系統(tǒng)常見的幾種備用方式下方案的適應(yīng)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(jiǎn)單而有效地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)備用電源自動(dòng)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(shí)現(xiàn)裝置的逆向自動(dòng)恢復(fù)功能； e）減少PT后可能給系統(tǒng)帶來(lái)的問題及相應(yīng)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(kuò)充、互聯(lián)和升級(jí)； h）裝置與整個(gè)變電站綜合（配網(wǎng)）自動(dòng)化系統(tǒng)的有效銜接。 4、本方案的運(yùn)行方式分析 4.1 備自投的基本方式和動(dòng)作判據(jù) 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(gè)工作電源互為備用，稱為暗備用，也叫母聯(lián)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(jiǎn)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(diǎn)進(jìn)行討論。 備自投通常采用失壓或失壓加欠流判據(jù)。本方案構(gòu)成的系列裝置除具備常規(guī)備自投功能外，還具有系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)功能。仍采用失壓或失壓加欠流判據(jù)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)，本方案構(gòu)成的系列裝置在有無(wú)電壓判斷上除有傳統(tǒng)的PT采集電壓外，還引入了帶電顯示器接點(diǎn)模式。通過(guò)帶電顯示器接點(diǎn)的狀態(tài)可判斷出相關(guān)設(shè)備（進(jìn)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(fù)裝置工作原理 a）正向運(yùn)行，即傳統(tǒng)的備自投運(yùn)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(wú)故障； 3）母線斷路器QFB處于斷開位置，即2段母線獨(dú)立運(yùn)行； 4）兩進(jìn)線斷路器QF1和QF2均處于合閘位置，即2條進(jìn)線分別獨(dú)立地向2段母線供電。 b）正向動(dòng)作，即傳統(tǒng)的備自投動(dòng)作條件： 1）裝置處于正向運(yùn)行狀態(tài)； 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(jìn)線側(cè)欠流； 4）UB2＞U2Y或UB1＞U1Y，即另一段母線電壓正常； 5）無(wú)手動(dòng)（或遙控）跳閘和外部閉鎖。 c）逆向運(yùn)行，即原工作電源自動(dòng)恢復(fù)，系統(tǒng)恢復(fù)到原有運(yùn)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(jìn)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(dòng)作，即原工作電源自動(dòng)恢復(fù)，系統(tǒng)恢復(fù)到原有運(yùn)行方式的條件： 1）裝置處于逆向運(yùn)行狀態(tài)； 2）失電進(jìn)線電壓恢復(fù)正常； 3）IL1＜IL2，IL2＜I2G，即2段母線及出線上均無(wú)故障。 綜上所述，裝置在上電或復(fù)位后的運(yùn)行全程內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷，若系統(tǒng)滿足自投（正向）運(yùn)行條件，經(jīng)15 s延時(shí)，裝置自動(dòng)進(jìn)入正向運(yùn)行方式。這種情況下，如工作電源消失，裝置將按傳統(tǒng)的備用自投工作模式，跳開失電母線進(jìn)線斷路器，并在確認(rèn)進(jìn)線斷路器斷開后，合上分段斷路器，自動(dòng)投入備用電源，繼續(xù)向失電母線供電。這一工作模式對(duì)互為備用的電源是雙向的。若系統(tǒng)滿足自復(fù)（逆向）運(yùn)行條件，經(jīng)15 s延時(shí)，裝置自動(dòng)進(jìn)入逆向運(yùn)行方式。這種情況下，如失電的工作電源恢復(fù)，裝置將以傳統(tǒng)備自投工作方式的逆向方式動(dòng)作，先跳開分段斷路器，并在確認(rèn)分段斷路器斷開后，投上原失電進(jìn)線斷路器，自動(dòng)恢復(fù)工作電源，使系統(tǒng)恢復(fù)到原始運(yùn)行方式。這一工作模式對(duì)互為備用的電源也是雙向的。若系統(tǒng)既不滿足自投（正向）運(yùn)行條件又不滿足自復(fù)（逆向）運(yùn)行條件，經(jīng)2 s延時(shí)，裝置將自動(dòng)退出運(yùn)行狀態(tài)。裝置的運(yùn)行方式（退出、正向運(yùn)行或逆向運(yùn)行）及動(dòng)作狀況等均在就地（裝置本身）顯示并可通過(guò)通訊網(wǎng)上傳。 裝置的正向運(yùn)行、逆向運(yùn)行均可投退。裝置既可用母聯(lián)自投自復(fù)又可用作線路自投自復(fù)，通過(guò)面板整定。 裝置也可用于圖1b所示的系統(tǒng)，只是沒有Ⅰ（或Ⅱ）段母線電壓和分段斷路器QFS輔助接點(diǎn)的開關(guān)量輸入。裝置運(yùn)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(guò)程和原理同上。但由于哪條進(jìn)線為工作電源，哪條進(jìn)線為備用電源往往不明確，自復(fù)功能投入可能導(dǎo)致2條線路多次轉(zhuǎn)跳。這種情況下可將自復(fù)功能退出。如需要自復(fù)功能，需對(duì)工作電源和備用電源進(jìn)行明確定義。 上已述及，裝置有壓無(wú)壓的判別既可采用傳統(tǒng)PT采集的方式，也可通過(guò)帶電顯示器接點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)。以帶電顯示器接點(diǎn)方式判別有壓無(wú)壓，可省去PT，有利于實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的無(wú)油化和小型化。當(dāng)然，這需要對(duì)傳統(tǒng)的帶電顯示器進(jìn)行改造，提出如電壓繼電器的一些參數(shù)要求，如動(dòng)作電壓、返回電壓、動(dòng)作速度等。這種新型的帶電顯示裝置結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的帶電顯示器完全相同，只是按要求給出開合接點(diǎn)而已，并已由華聯(lián)公司與有關(guān)廠家研制成功，價(jià)格低廉，適宜于廣泛推廣應(yīng)用。 5、結(jié)論 依據(jù)本文方案采用80C196KC單片機(jī)構(gòu)成的系列裝置已于1997年通過(guò)原電力部電力設(shè)備及儀表質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心的檢測(cè)和電力部部級(jí)鑒定，并在珠海電力局多個(gè)城區(qū)開關(guān)站、珠海國(guó)際航空展覽館動(dòng)力中心等投入運(yùn)行，已多次正確動(dòng)作，證明了本方案的正確性和可行性，也真正滿足了無(wú)人值班的綜合自動(dòng)化的要求。應(yīng)該說(shuō)本方案在理論上和工程實(shí)際上都是有一定意義和價(jià)值的。論文出處(作者):信息設(shè)備的電磁輻射與消除
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