微機的自動(dòng)裝置分析論文

　　微機的自動(dòng)裝置分析論文

　　1、引言

　　在電力系統中，有些被稱(chēng)為同期點(diǎn)的斷路器在進(jìn)行合閘操作時(shí)，斷路器的兩端都有可能因由不同的電系統供電而帶電。此時(shí)，就必進(jìn)行一系列的操作，最終才能將斷路器合閘。這一系列的操作加上斷路器合閘操作統稱(chēng)為并列操作。

　　同期點(diǎn)的并列操作時(shí)電力系統中一項主要的操作內容。因為斷路器的兩端均有電源，若同期點(diǎn)斷路器的合閘時(shí)機不適當，兩端的電參數相差較大，就將會(huì )引起斷路器爆炸甚至整個(gè)電力系統穩定破壞而導致崩潰，發(fā)生大面積停電的重大惡性事故。

　　我廠(chǎng)以前采用的手動(dòng)準同期裝置基本上也能將同期點(diǎn)斷路器的合閘時(shí)間控制在一定的范圍之內。但在一下方面存在一定缺陷：

　　a、沒(méi)有自動(dòng)選擇時(shí)機的功能，合閘時(shí)機很難把握，所以對操作人員的要求較高，經(jīng)常出現操作人員多次合閘不成功的事件。

　　b、合閘時(shí)機隨意性大。只要操作人員合閘瞬間在同期裝置的允許范圍之內，斷路器就能合閘。但斷路器由于有機械和電氣傳動(dòng)延時(shí)和斷路器的固有合閘時(shí)間，很可能斷路器的合閘時(shí)實(shí)際上已經(jīng)不在并列操作的允許范圍之內，從而造成非同期合閘，對斷路器、發(fā)電機以及電系統造成沖擊。

　　c、不能自動(dòng)調節。對于發(fā)電機的各項電參數，必須由操作人員進(jìn)行手工調節。特別是頻率（轉速），必須由主控室運行人員與汽輪機操作室相互聯(lián)系協(xié)調好，才能進(jìn)行調節。這使得一個(gè)發(fā)電機的并網(wǎng)操作往往需要半個(gè)多小時(shí)才能成功。

　　d、原有的手動(dòng)準同期裝置至投運至今已經(jīng)近30年，繼電器已嚴重老化，可靠性已大大降低。

　　基于以上的原因，我們采用一種能自動(dòng)調節各種電參數，在條件滿(mǎn)足的情況下，自動(dòng)發(fā)出合閘脈沖指令的微機智能型準同期裝置已勢在必行。

　　2、自動(dòng)準同期裝置的原理

　　眾所周知，電力系統中任一點(diǎn)的電壓瞬時(shí)值可以表示為u=Umsin(t+φ)�？梢钥闯�，同期點(diǎn)斷路器并列的理想條件就是斷路器兩側電壓的三個(gè)狀態(tài)量全部相等，即待并系統電壓UG和大系統電壓UX兩個(gè)相量完全重合并且同步旋轉。用公式表示則為：

　�。�1）ωG＝ωX或fG＝fX（即頻率相等）

　�。�2）UG＝UX（即電壓幅值相等）

　�。�3）δe＝0（即相角差為0）

　　此時(shí)，并列合閘的沖擊電流等于零，并且并列后兩個(gè)系統立即進(jìn)入同步運行，不會(huì )產(chǎn)生任何擾動(dòng)現象。

　　為了使并列操作滿(mǎn)足條件，盡量使合閘時(shí)達到理想條件。自動(dòng)準同期裝置必須設置三個(gè)控制單元。（如圖1）

　�。�1）頻差控制單元。它的任務(wù)是檢測待并系統（發(fā)電機）電壓UG與大系統電壓UX之間的滑差角頻率ωS，且調節發(fā)電機轉速，使發(fā)電機電壓的.頻率接近系統頻率。

　�。�2）電壓差控制單元。它的功能是檢測UG和UX之間的電壓差，且調節發(fā)電機電壓UG，使之與UX之間的的差值小于規定允許值，促使并列條件的形成。

　�。�3）合閘信號控制單元。檢查并列條件，當待并機組的頻率、電壓都滿(mǎn)足并聯(lián)條件時(shí)，合閘控制單元就選擇合適的時(shí)間發(fā)出合閘信號，使并列斷路器的主觸頭接通時(shí)，相角差δ接近0或控制在允許范圍之內。

　　3、MAS-2微機自動(dòng)準同期裝置的主要特點(diǎn)

　　經(jīng)考察，我們最后采用了南瑞系統控制公司的MAS-2型微機自動(dòng)準同期裝置。該裝置以INTEL公司的80C196單片機為核心，配以高精度交流變流器，準確快速的交流采樣以及嚴格的計算技術(shù)，準確計算開(kāi)關(guān)兩側的電壓、頻率和相角差；輸入/輸出光電隔離，采用進(jìn)口密封快速中間繼電器作為合閘輸出和電壓切換，裝置的抗干擾能力強，技術(shù)先進(jìn)。

　�。�1）通過(guò)控制待并系統機組調速、調壓實(shí)現頻率和電壓的自動(dòng)跟蹤，使頻差、壓差盡快進(jìn)入準同期允許的范圍，平均每半個(gè)工頻周期測量出相角差Δδn，在Δδn＝Δδdq＝Δω·Tdq+Δaω·Tdq·Tdq/2時(shí)，即T＝Tdq時(shí)發(fā)出合閘脈沖，實(shí)現快速并網(wǎng)。在同頻不同相時(shí)，也可以發(fā)出合適的調速脈沖以縮短并列過(guò)程。由于計及角速度（ω）和角加速度，確保了斷路器合閘時(shí)相角差Δδn接近零。

　�。�2）該裝置檢同期合閘具有頻差閉鎖（Δf）、壓差閉鎖（ΔU）和加速度閉鎖（dΔf/dt）功能。

　�。�3）除具有檢同期合閘功能外，還具備無(wú)壓（一側無(wú)壓或兩側均無(wú)壓）、電網(wǎng)環(huán)并（開(kāi)關(guān)兩側為同一電源）等自動(dòng)快速合閘功能。

　�。�4）對輸入的各側電壓和頻差都進(jìn)行雙回路測量，雙回路測量結果應一致，保證測量和計算的正確性。

　�。�5）裝置具有液晶顯示屏菜單顯示，便于監視和參數的設定和修改。裝置掉電后，參數不會(huì )丟失。

　�。�6）具有自試和自檢功能。

　�。�7）裝置可以單獨使用，也可與監控系統配合使用，實(shí)現遠方遙控同期裝置。多個(gè)同期點(diǎn)只需一臺準同期裝置。采用各同期點(diǎn)輸入電壓、合閘出口和調節出口選點(diǎn)開(kāi)關(guān)切換，切換選點(diǎn)切換和裝置上人工操作選點(diǎn)開(kāi)關(guān)切換。

　　4、MAS-2微機自動(dòng)準同期裝置的硬件組成

　　MAS-2型微機自動(dòng)準同期裝置的硬件框圖如圖2，其核心是16為的單片機，裝置軟件存儲在EPROM內，EEPROM中存放定值，RAM是數據存儲器，存放運行數據、事故記錄等�，F場(chǎng)PT送來(lái)的交流電壓信號經(jīng)過(guò)隔離變換后送采樣保持回路，再由單片機內部的A/D變換器變?yōu)閿底中盘�，CPU進(jìn)行采樣、有效值的計算。

　　另外，交流信號波形變?yōu)榉讲ê�，進(jìn)行頻率和相位角的測量，再由單片機計算出頻率的變化率。晶振分頻產(chǎn)生600Hz的信號，作為采樣保持信號和CPU的中斷源。并行I/O擴展芯片8255的C口用于開(kāi)關(guān)量輸入，A口、B口經(jīng)過(guò)出口邏輯電路同時(shí)控制輸出信號繼電器和合閘繼電器。同期信號插件與同期切換插件控制信號輸出、電壓切換和合閘電流的保持。調速調壓插件在發(fā)電機并網(wǎng)時(shí)經(jīng)自動(dòng)調節發(fā)電機有功同步馬達和勵磁電流，縮短同期并列的過(guò)程。

　　5、MAS-2微機自動(dòng)準同期裝置的軟件結構與功能

　　MAS-2微機自動(dòng)準同期裝置的軟件流程如圖3所示：

　　該裝置的軟件結構分為主循環(huán)程序和中斷處理程序兩大部分。定時(shí)中斷由晶振電路分頻產(chǎn)生，每隔1.666ms進(jìn)入一次中斷。中斷程序主要完成電壓瞬時(shí)值采樣；電壓有效值計算、頻率值計算、相位角計算與dΔf/dt的計算；啟動(dòng)判斷、檢同期判斷、檢無(wú)壓開(kāi)入判斷等；合閘輸出及中央信號控制等。主循環(huán)程序主要完成面板顯示、定值修改、回路自檢、信號復歸以及仿真試驗、打印輸出等功能。

　　MAS-2微機自動(dòng)準同期裝置還具有比較獨特的功能：

　�。�1）裝置的異常閉鎖功能

　　a、裝置微機能對內部存儲器和一些芯片進(jìn)行自檢，一旦發(fā)現異常，立即閉鎖同期出口，并輸出裝置異常接點(diǎn)信號；

　　b、對每個(gè)電壓回路都有雙回路進(jìn)行測量，如發(fā)現兩個(gè)回路測得的同一個(gè)電壓和頻率相差很大，則立即閉鎖同期出口，并發(fā)出裝置異常接點(diǎn)信號；

　　c、對于變電站多線(xiàn)路、多同期點(diǎn)，為了避免誤合閘以及不同線(xiàn)路的PT二次側短路，一次只能允許執行一個(gè)同期點(diǎn)的并列操作。如果檢測到選點(diǎn)命令（啟動(dòng)）多于兩點(diǎn)時(shí)，則立即自動(dòng)解除同期切換板電源，閉鎖同期出口，并發(fā)出異常接點(diǎn)信號。

　�。�2）裝置的復歸功能：

　　復歸是指切除裝置所有TQH（同期切換模件）、TQX（同期信號模件）、TJC（調速調壓模件）中所有繼電器的24V控制電源。復歸的方式有三種：

　　a、通過(guò)按同期信號模件（TQX）上的復歸按鈕（FA）人為復歸；

　　b、合閘脈沖發(fā)出后延時(shí)2秒由軟件控制TQX模件中的繼電器復歸；

　　c、同期點(diǎn)啟動(dòng)后，超過(guò)選點(diǎn)啟動(dòng)自復歸時(shí)間定值Trs后仍未合閘，由軟件控制TQX模件中的繼電器自動(dòng)復歸。

　�。�3）裝置與監控系統分通訊功能

　　MAS-2微機自動(dòng)準同期裝置的通訊接口為RS-232方式，能與監控系統進(jìn)行通訊，后臺監控機能在遠方控制同期點(diǎn)的并列操作，并能取得準同期裝置所有的定值和同期操作時(shí)的所有實(shí)時(shí)數據

　　6、應用情況及其效果

　　MAS-2型微機自動(dòng)準同期裝置在我廠(chǎng)投用一年多，運行情況一直良好。由于其具有一定的智能性，能夠根據采集到的電參數，通過(guò)計算，自動(dòng)發(fā)出指令，對發(fā)電機的電壓、頻率進(jìn)行調節，一旦準同期條件滿(mǎn)足，則能自動(dòng)在適當的時(shí)間發(fā)出合閘脈沖，使同期點(diǎn)斷路器能在最佳時(shí)機合閘。

　　其應用效果主要體現在以下幾個(gè)方面：

　�。�1）操作方便簡(jiǎn)單。操作人員在選擇了不檢、檢無(wú)壓和檢同期任一方式后，只需按一下同期切換插件上的按鈕，便無(wú)需其它任何操作。以后部分由微機裝置自動(dòng)完成采樣、計算、分析以及執行。

　�。�2）能自動(dòng)選擇適當的時(shí)機發(fā)出合閘脈沖。不象手動(dòng)準同期裝置那樣，操作人員合操作把手的瞬間必須和同期檢定繼電器的角度配合得非常好才能合閘成功。以前半個(gè)小時(shí)的并列操作現在只需1分鐘不到就能更好的完成，大大降低了操作人員的技術(shù)要求和勞動(dòng)強度，也大大降低了能源的損耗和設備的損傷。

　�。�3）能針對不同的同期點(diǎn)斷路器而不同對待，通過(guò)整定各個(gè)同期點(diǎn)斷路器的合閘導前時(shí)間Tdq（約等于斷路器的機械和電氣傳動(dòng)時(shí)間和斷路器固有合閘時(shí)間之和），使哥哥不同的斷路器均能在最佳時(shí)機合閘成功。

　�。�4）由于計算機的快速性和可靠性，使得斷路器合閘時(shí)兩側的電參數基本接近一致，減小了因兩側電壓、頻率和相位存在較大差異而引起的合閘瞬間的沖擊，有力的保障了電力設備特別是發(fā)電機和斷路器的安全，大大加強了電力系統安全運行的可靠性。

　　實(shí)踐證明，微機自動(dòng)準同期裝置在我廠(chǎng)的應用是成功的。

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