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用电源自动投入和系统自动恢复装置的研究和实现
摘要：介绍了采用高性能16位单片机实现的新型备用电源自动投入和系统自动恢复方案，该方案软件自动跟踪和判断系统的运行方式，具有自适应功能。不仅可实现常规备用电源自动投入的功能，还可实现系统的自动恢复。2种通讯口（RS232和RS485）既可与PC机连接又可方便联网实现遥测、遥信、遥控等三遥功能，另外，采用新型带电显示装置接点判断工作电源和备用电源有压或无压，为变电站向小型化、无油化和实现综合自动化及真正实现无人值班创造了条件。 以该方案构成的装置已于1997年通过原电力部质检中心检测和电力部部级鉴定，主要性能和技术指标达到当前同类产品的国际先进水平，填补了国内空白。装置由珠海电力局华联公司生产，现已在多家单位投入工业运行。 关键词：自动投入 自动恢复 自适应 三遥 带电显示装置 1、常规备用电源自动投入装置 随着技术和经济的发展，对供电的质量、连续性和可靠性的要求越来越高。备用电源自动投入装置在保证供电连续性方面取得了较好的成效，在电力系统中被广泛采用。国内外对它的研究也比较深入。但目前广泛运行的备用电源自动投入装置，无论采用电磁式、整流型、晶体管、集成电路甚至微机等任何手段来实现，都只能实现当工作电源消失时将备用电源自动投入并只能动作1次。工作电源恢复正常供电后必须人为换向操作，以调整到原始运行方式，在此之后备用自投装置才能重新复位，并且也必须人为进行，即装置本身不具备自适应功能，无法真正满足综合自动化的要求，并使无人值班在一定程度上失去了意义。 另外，常规的备用电源自动投入装置对工作电源和备用电源有压或无压的判断取自PT，对一次设备的小型化和无油化不利。国内各厂家研制生产的备用电源自动投入装置均是如此。国外同类产品也多是仅能实现单一备用电源自动投入的功能。部分装置虽具有逆向使系统自动恢复的功能，但所见文献及实际装置仍都是以传统的电压判据为基础实现的，不仅工作电源（如工作母线）上需要PT柜，各进线或备用电源上也需要PT柜，即在进线断路器电源侧两端需各装设1个PT柜，并且仍由电磁元件实现，接线繁琐，体积庞大，实现困难，不能满足综合自动化及无人值班的要求，技术和经济上也不适宜于我国国情。 2、本方案的构成 本方案除包括常规备用电源自动投入装置的全部功能外，还具有自动转入逆向运行使电力系统在条件满足时自动恢复到原有运行方式下运行的功能。装置投入运行后，能够自动识别和判断所处电力系统的运行方式，自适应地进行装置本身运行方式的自动转换： 正向方式——以常规备用电源自动投入装置方式运行； 逆向方式——以系统自动恢复装置方式运行； 退出方式——系统既不满足装置正向运行条件也不满足装置逆向运行条件。 上述过程自动实现，无需人为干预。即当需要它起备用自投作用时，以备用电源自动投入装置出现和工作，可完全取代传统的备用电源自动投入装置。而当备用电源自动投入装置动作后或电力系统的运行方式发生变化后满足装置的逆向运行条件时，则能自动识别其变化并自动进入逆向运行方式，以系统自动恢复装置出现，并在所处的电力系统符合条件时将电力系统自动恢复到原有运行方式（一般为原设计的运行方式）下运行。当装置所处的电力系统不具备2种正常工作条件时，装置将自动退出运行并发出相应信号。由于装置可自适应地进行本身运行方式的自动转换，并具有可互联成系统的通讯网络接口，可方便实现三遥，无需任何人为干预，因此满足变电站综合自动化的需要，也使无人值班真正具有了意义。 本方案对有压无压的判断既适用于传统的PT采集电压的方式，也可采用改进后的带电显示器实现，无需为该装置专门设置PT间隔，可减少设备总数量和总投资。特别是应用于非计费的城市中心配电所或开关站，每段母线还可省去1个PT柜，不但可使中心配电所或开关站无油化和减少设备的总投资，还可减少中心配电所或开关站的占地面积，具有很大的现实意义。 3、本方案考虑的几个问题 为使本方案构成的装置可靠、灵敏、快速并具有广泛的通用性，我们对如下几个问题进行了着重研究并采取了相应的措施： a）电力系统常见的几种备用方式下方案的适应性和通用性； b）已有PT及不增加PT反而要减少PT的可能性及可行性； c）怎样简单而有效地实现传统备用电源自动投入装置具有的功能； d）在不增加PT反而要减少PT的情况下，如何有效实现装置的逆向自动恢复功能； e）减少PT后可能给系统带来的问题及相应的措施； f）装置抗干扰性能； g）装置本身与其它装置可能的扩充、互联和升级； h）装置与整个变电站综合（配网）自动化系统的有效衔接。 4、本方案的运行方式分析 4.1 备自投的基本方式和动作判据 通常情况下有2种最基本而常用的备自投方式：一种方式是2个工作电源互为备用，称为暗备用，也叫母联备自投，如图1a所示；另一种方式是正常情况下备用电源不工作，称为明备用，也叫线路备自投，如图1b所示。为简单起见，我们仅就这2种备用方式，并且以暗备用方式为重点进行讨论。 备自投通常采用失压或失压加欠流判据。本方案构成的系列装置除具备常规备自投功能外，还具有系统自动恢复功能。仍采用失压或失压加欠流判据。为了能够实现系统自动恢复，本方案构成的系列装置在有无电压判断上除有传统的PT采集电压外，还引入了带电显示器接点模式。通过带电显示器接点的状态可判断出相关设备（进线或母线等）的带电状况。装置中如不用电流，电流端可以悬空。 4.2 备用电源自投自复装置工作原理 a）正向运行，即传统的备自投运行条件： 1）UB1＞U1Y，UB2＞U2Y，即2段母线电压正常； 2）IL1＜I1G,IL2＜I2G，即2段母线及出线上均无故障； 3）母线断路器QFB处于断开位置，即2段母线独立运行； 4）两进线断路器QF1和QF2均处于合闸位置，即2条进线分别独立地向2段母线供电。 b）正向动作，即传统的备自投动作条件： 1）装置处于正向运行状态； 2）UB1＜U1D或UB2＜U2D，即Ⅰ段母线或Ⅱ段母线中的一段失电； 3）IL1＜I1W或IL2＜I2W，即失电母线进线侧欠流； 4）UB2＞U2Y或UB1＞U1Y，即另一段母线电压正常； 5）无手动（或遥控）跳闸和外部闭锁。 c）逆向运行，即原工作电源自动恢复，系统恢复到原有运行方式的条件： 1）UB1＞U1Y，UB2＞U2Y，即2段母线电压正常； 2）分段断路器QFS处于合闸位置； 3）进线断路器QF1（或QF2）处于断开位置，而QF2或（QF1）处于合闸位置。 d）逆向动作，即原工作电源自动恢复，系统恢复到原有运行方式的条件： 1）装置处于逆向运行状态； 2）失电进线电压恢复正常； 3）IL1＜IL2，IL2＜I2G，即2段母线及出线上均无故障。 综上所述，装置在上电或复位后的运行全程内，对系统的实际运行状况进行判断，若系统满足自投（正向）运行条件，经15 s延时，装置自动进入正向运行方式。这种情况下，如工作电源消失，装置将按传统的备用自投工作模式，跳开失电母线进线断路器，并在确认进线断路器断开后，合上分段断路器，自动投入备用电源，继续向失电母线供电。这一工作模式对互为备用的电源是双向的。若系统满足自复（逆向）运行条件，经15 s延时，装置自动进入逆向运行方式。这种情况下，如失电的工作电源恢复，装置将以传统备自投工作方式的逆向方式动作，先跳开分段断路器，并在确认分段断路器断开后，投上原失电进线断路器，自动恢复工作电源，使系统恢复到原始运行方式。这一工作模式对互为备用的电源也是双向的。若系统既不满足自投（正向）运行条件又不满足自复（逆向）运行条件，经2 s延时，装置将自动退出运行状态。装置的运行方式（退出、正向运行或逆向运行）及动作状况等均在就地（装置本身）显示并可通过通讯网上传。 装置的正向运行、逆向运行均可投退。装置既可用母联自投自复又可用作线路自投自复，通过面板整定。 装置也可用于图1b所示的系统，只是没有Ⅰ（或Ⅱ）段母线电压和分段断路器QFS辅助接点的开关量输入。装置运行条件中的QF1和QF2为一合一分，即一条工作，另一条备用，装置的工作过程和原理同上。但由于哪条进线为工作电源，哪条进线为备用电源往往不明确，自复功能投入可能导致2条线路多次转跳。这种情况下可将自复功能退出。如需要自复功能，需对工作电源和备用电源进行明确定义。 上已述及，装置有压无压的判别既可采用传统PT采集的方式，也可通过带电显示器接点的方式实现。以带电显示器接点方式判别有压无压，可省去PT，有利于实现开关柜的无油化和小型化。当然，这需要对传统的带电显示器进行改造，提出如电压继电器的一些参数要求，如动作电压、返回电压、动作速度等。这种新型的带电显示装置结构上与传统的带电显示器完全相同，只是按要求给出开合接点而已，并已由华联公司与有关厂家研制成功，价格低廉，适宜于广泛推广应用。 5、结论 依据本文方案采用80C196KC单片机构成的系列装置已于1997年通过原电力部电力设备及仪表质量检验测试中心的检测和电力部部级鉴定，并在珠海电力局多个城区开关站、珠海国际航空展览馆动力中心等投入运行，已多次正确动作，证明了本方案的正确性和可行性，也真正满足了无人值班的综合自动化的要求。应该说本方案在理论上和工程实际上都是有一定意义和价值的。论文出处(作者):信息设备的电磁辐射与消除
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