CN103023029A - 单母线分段供电的解并列自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单母线分段供电的解并列自动控制装置以及基于该自动控制装置的单母线分段供电解并列自动控制方法，它应用于输电线路检测及控制领域。所述自动控制装置装置包括电压检测单元、开关状态监测单元、单片机控制单元、驱动单元、直流电源单元和电网电压告警单元。本发明能够实时监测单母线分段线路中的电压幅值以及开关状态，并根据监测信息实现单母线分段线路解并列运行的自动控制。

Description

单母线分段供电的解并列自动控制装置

技术领域

本发明涉及一种输电线路检测及控制装置，具体的说是用于单母线分段供电的解并列自动控制装置。

背景技术

随着计算机技术发展和电力设备二次系统测量、保护装置的数字化程度的发展，电力系统对测量、保护、控制、监控、传输等具有组合功能的电力设备提出了更高的要求，以确保电网安全、可靠和高质量运行。

电力系统的单母线配电站中，一般采用单母线分段运行方式，即单母线通过母联开关分段设置，每段母线分别为各自所带的小母线进行供电，每段母线与相应的小母线之间依次设置隔离开关、熔断器、电压互感器、PT二次保险以及小母线开关，两个小母线开关的下口侧串接有小母线并列开关。正常工作时两台电压互感器分别运行，互不干涉；但当其中一段母线的电压互感器故障或需要检修停用时，考虑到此段母线上带低压闭锁保护功能，如果失去电压会发生误动作，因此需要保证其小母线上的电压不间断，以确保保护、测控装置的正常运行，这就需要采用两段母线并列运行的方式，即通过将两段小母线之间的小母线并列开关合上，使正常运行的母线带两段小母线同时运行。在大多数情况下电压互感器的并列运行是临时的，当故障段母线恢复供电时，需要进行母线的解列。目前在变电站中母线的解并列需要工作人员进行操作，自动化程度较低，容易发生母线解列并列操作失败，导致电压互感器二次电压反充电的现象。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种用于对供电电网进行综合监控并实现电网电压解并列自动执行的单母线分段供电的解并列自动控制装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

单母线分段供电的解并列自动控制装置，包括电压检测单元、开关状态监测单元、单片机控制单元、驱动单元、直流电源单元和电网电压告警单元，单片机控制单元的输入端分别与电压检测单元、开关状态监测单元的输出端连接，单片机控制单元的输出端分别与驱动单元和电网电压告警单元连接，所述直流电源单元分别与开关状态监测单元、单片机控制单元和驱动单元连接。

电压检测单元连接在两段小母线之间，电压检测单元与小母线的连接点均位于每段小母线的PT二次保险与小母线开关之间，电压检测单元包括用于检测小母线线电压、相电压以及两段小母线相应相压差的数字式电压互感器PT1~PT18；数字式电压互感器PT1~PT18的输出端连接单片机控制单元的输入端。

开关状态监测单元，用于监测小母线进线端的隔离开关状态以及两段母线间的母联开关状态，并将监测信号实时传输给单片机控制单元。

单片机控制单元，用于根据电压检测单元检测的电压信号以及开关状态监测单元监测的开关状态进行母线工作状态的判断，并同时发出控制小母线上的小母线开关、小母线并列开关工作状态的指令以及电压告警信息。

驱动单元，用于根据单片机控制单元输出的指令，经过相应的电压变换驱动小母线开关和小母线并列开关的分断或闭合。

电网电压告警单元，用于接收单片机控制单元输出的电压告警信息，发出告警提示。

直流电源单元，用于为开关状态监测单元、单片机控制单元和驱动单元提供工作电压。

本发明的进一步改进在于：电压检测单元的数字式电压互感器PT1~PT3、PT10~PT12分别通过整流模块连接在两段小母线相应相之间，用于检测两段小母线相应相的压差，所述数字式电压互感器PT1~PT3与数字式电压互感器PT10~PT12极性相反。

数字式电压互感器PT4~PT6分别连接在第一小母线的各相与地之间，用于检测第一小母线的相电压；数字式电压互感器PT7~PT9分别连接在第一小母线相间，用于检测第一小母线的线电压。

数字式电压互感器PT13~PT15分别连接在第二小母线的各相与地之间，用于检测第二小母线的相电压；数字式电压互感器PT16~PT18分别连接在第二小母线相间，用于检测第二小母线的线电压。

本发明的进一步改进在于：单片机控制单元包括信号接收模块、比较判断模块和输出模块，所述信号接收模块输入端与开关状态监测单元和电压检测单元连接，信号接收模块的输出端与比较判断模块连接，比较判断模块的输出端与输出模块连接；

本发明的进一步改进在于：电网电压告警单元包括显示模块和信号告警器件。

一种单母线分段供电解并列自动控制方法，具体包括以下步骤：

A.电压检测单元的各数字电压互感器将检测的电压信号实时传递给单片机控制单元，开关状态监测单元将监测到的小母线进线端隔离开关的状态以及两段母线间母联开关的状态实时传递给单片机控制单元。

B.单片机控制单元根据电压信号以及开关状态判断各段母线工作状态，并根据各段母线工作状态控制小母线开关以及小母线并列开关的工作状态。

步骤B所述单片机控制单元的自动控制逻辑为：

首先，单片机控制单元根据第一隔离开关、第二隔离开关以及母联开关的开合状态控制第一小母线开关、第二小母线开关以及小母线并列开关的工作状态。

当第一隔离开关、第二隔离开关在合位，且母联开关在分位时，单片机控制单元控制第一小母线开关、第二小母线开关闭合，小母线并列开关打开，使两段小母线处于分列运行状态。

当第一隔离开关在分位，且第二隔离开关以及母联开关在合位时，单片机控制单元控制第一小母线开关打开，第二小母线开关和小母线并列开关闭合，使第一小母线并列在第二小母线上运行。

当第二隔离开关在分位，且第一隔离开关以及母联开关在合位时，单片机控制单元控制第二小母线开关打开，第一小母线开关和小母线并列开关闭合，使第二小母线并列在第一小母线上运行。

其次，单片机控制单元根据电压检测单元各数字式电压互感器检测的电压值控制第一小母线开关、第二小母线开关以及小母线并列开关的工作状态。

当数字式电压互感器PT1~PT9检测的电压值至少有一项出现异常，数字式电压互感器PT10~PT18检测的电压值均处于正常值误差范围内，且母联开关在合位时，单片机控制单元控制第一小母线开关打开，第二小母线开关和小母线并列开关闭合，使第一小母线并列在第二小母线上运行；

当数字式电压互感器PT10~PT18检测的电压值至少有一项出现异常，数字式电压互感器PT1~PT9检测的电压值均处于正常值误差范围内，且母联开关在合位时，单片机控制单元控制第二小母线开关打开，第一小母线开关和小母线并列开关闭合，使第二小母线并列在第一小母线上运行。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

     本发明能够实时监测单母线分段供电线路中电压的幅值以及开关的状态，发出电压告警信号，并根据监测信息实现进行电压解并列操作的全自动执行。提高了解并列操作的可靠性。

电压检测单元直接接在每段小母线的电压互感器PT二次保险与小母线开关之间电压检测单元内部无需自带保险，不会因为内部保险烧断而影响检测信号采集，使输入到单片机控制单元的信号更可靠准确。

电压检测单元包括十八个数字式电压互感器，分别连接在两段小母线相应的三相相线之间和每段小母线的相线或相线与地线之间，检测两段小母线之间的电压压差和每段小母线各自的相电压和线电压，全面采集母线电压的信息，数字式电压互感器采集电气量信息，二次输出为小电压信号，无需进行二次转换，就可以方便的与单片机控制单元连接。

单片机控制单元的信号接收模块接收电压检测单元和开关状态监测单元采集的信号，传送到比较判断模块进行信号判断后将电压互感器并列的自动控制信号传输到驱动模块驱动第一小母线开关、第二小母线开关和小母线并列开关的分断和闭合，实现了电压解并列的自动执行。

电网电压告警单元包括显示模块和信号告警器件，通过直观的显示和声光告警监控电网的安全可靠运行，及时发现故障，排除故障。

单母线分段供电电网二次电压互感器解并列判断方法，单片机控制单元根据采集的单母线分段线路中的电压幅值以及开关状态信号进行比较判断，根据结果驱动第一小母线开关、第二小母线开关和小母线并列开关，实现了自动化控制，减少了人为操作失误。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是电压检测单元的安装示意图；

图3是电压检测单元的内部结构示意图；

图4是单片机控制单元的内部结构框图；

其中，1、隔离刀闸A，2、隔离刀闸B，3、母联开关，4、第一隔离开关，5、第二隔离开关，6、第一电压互感器，7、第二电压互感器，8、第一PT二次保险，9、第二PT二次保险，10、第一小母线开关，11、第二小母线开关，12、小母线并列开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

电力系统单母线分段供电线路图如图2所示，分段母线上分别有隔离刀闸A1和隔离刀闸B2，两段分段母线之间由母联开关3连接，第一分段母线和第一小母线之间依次连接第一隔离开关4、第一电压互感器6、第一PT二次保险8以及第一小母线开关10，第二分段母线和第二小母线之间依次连接第二隔离开关5、第二电压互感器7、第二PT二次保险9以及第二小母线开关11，第一小母线和第二小母线之间通过小母线并列开关12连接。

一种用于单母线分段供电的解并列自动控制装置，包括电压检测单元、开关状态监测单元、单片机控制单元、驱动单元、直流电源单元和电网电压告警单元；各单元间的连接关系如图1所示，单片机控制单元的输入端分别与电压检测单元、开关状态监测单元的输出端连接，单片机控制单元的输出端分别与驱动单元和电网电压告警单元连接，所述直流电源单元分别与开关状态监测单元、单片机控制单元和驱动单元连接。

电压检测单元连接在两段小母线之间，电压检测单元与小母线的连接点均位于每段小母线的电压互感器PT二次保险8和9与小母线开关10和11之间，如图2所示。

电压检测单元包括用于检测小母线线电压、相电压以及两段小母线相应相压差的数字式电压互感器PT1~PT18，如图3所示。

数字式电压互感器PT1~PT3、PT10~PT12分别通过整流模块连接在两段小母线相应相之间，用于检测两段小母线相应相的压差，所述数字式电压互感器PT1~PT3与数字式电压互感器PT10~PT12极性相反。

数字式电压互感器PT4~PT6分别连接在第一小母线的各相与地之间，用于检测第一小母线的相电压；数字式电压互感器PT7~PT9分别连接在第一小母线相间，用于检测第一小母线的线电压。

数字式电压互感器PT13~PT15分别连接在第二小母线的各相与地之间，用于检测第二小母线的相电压；数字式电压互感器PT16~PT18分别连接在第二小母线相间，用于检测第二小母线的线电压。

数字式电压互感器PT1~PT18的输出端连接单片机控制单元的输入端。

开关状态监测单元，用于监测小母线进线端的第一隔离开关4、第二隔离开关5以及两段母线间的母联开关3的状态，并将监测信号实时传输给单片机控制单元。

单片机控制单元，接收电压检测单元检测的电压信号以及开关状态监测单元送来的开关状态信号进行母线工作状态的判断，并同时发出控制小母线上的小母线开关10和11以及小母线并列开关12工作状态的指令以及电压告警信息。单片机控制单元的结构如图4所示，包括信号接收模块、比较判断模块和输出模块，信号接收模块输入端与开关状态监测单元和电压检测单元连接，信号接收模块的输出端与比较判断模块连接，比较判断模块的输出端与输出模块连接。

驱动单元，根据单片机控制单元输出的指令，经过相应的电压变换后驱动小母线开关10和11以及小母线并列开关12的分断或闭合。直流电源单元，用于为开关状态监测单元、单片机控制单元和驱动单元提供工作电压。电网电压告警单元包括显示模块和信号告警器件，显示模块用来直观显示所发生故障的类型，信号告警器件发出声或光信号。

一种基于上述单母线分段供电解并列自动控制装置的自动控制方法，具体包括以下步骤：

A.电压检测单元的各数字电压互感器将检测的电压信号实时传递给单片机控制单元，开关状态监测单元将监测到的小母线进线端隔离开关的状态以及两段母线间母联开关的状态实时传递给单片机控制单元。

B.单片机控制单元根据电压信号以及开关状态判断各段母线工作状态，并根据各段母线工作状态控制小母线开关以及小母线并列开关的工作状态。本步骤中单片机控制单元的自动控制逻辑为：

首先，单片机控制单元根据第一隔离开关4、第二隔离开关5以及母联开关3的开合状态控制第一小母线开关10、第二小母线开关11以及小母线并列开关12的工作状态。

在本实施例中，当第一隔离开关4、第二隔离开关5在合位，且母联开关3在分位时，单片机控制单元控制第一小母线开关10、第二小母线开关11闭合，小母线并列开关12打开，使两段母线处于分列运行状态。

当第一隔离开关4在分位，且第二隔离开关5以及母联开关3在合位时，单片机控制单元控制第一小母线开关10打开，第二小母线开关11和小母线并列开关12闭合，使第一小母线并列在第二小母线上运行。

当第二隔离开关5在分位，且第一隔离开关4以及母联开关3在合位时，单片机控制单元控制第二小母线开关11打开，第一小母线开关10和小母线并列开关12闭合，使第二小母线并列在第一小母线上运行。

其次，单片机控制单元根据电压检测单元各数字式电压互感器检测的电压值控制第一小母线开关10、第二小母线开关11以及小母线并列开关12的工作状态。

当数字式电压互感器PT1~PT9检测的电压值至少有一项出现异常，数字式电压互感器PT10~PT18检测的电压值均处于正常值误差范围内，且母联开关3在合位时，单片机控制单元控制第一小母线开关10打开，第二小母线开关11和小母线并列开关12闭合，使第一小母线并列在第二小母线上运行。

在本实施例中，正常分列运行时，两段小母线相应相之间的压差为零，每段小母线的线电压为380±10V，相电压为220±10V。当数字式电压互感器PT1~PT3至少有一个显示不为零或者数字式电压互感器PT4~PT6超出相电压正常值误差范围、再或者数字式电压互感器PT7~PT9超出线电压正常值误差范围，而数字式电压互感器PT10~PT18显示正常值时，单片机控制单元控制第一小母线开关10打开，第二小母线开关11和小母线并列开关12闭合，使第一小母线并列在第二小母线上运行。

当数字式电压互感器PT10~PT18检测的电压值有一项出现异常，数字式电压互感器PT1~PT9检测的电压值均处于正常值误差范围内，且母联开关3在合位时，单片机控制单元控制第二小母线开关11打开，第一小母线开关10和小母线并列开关12闭合，使第二小母线并列在第一小母线上运行。

在本实施例中，当数字式电压互感器PT10~PT12至少有一个显示不为零或者数字式电压互感器PT13~PT15超出相电压正常值误差范围、再或者数字式电压互感器PT16~PT18超出线电压正常值误差范围，而数字式电压互感器PT1~PT9显示正常值时，单片机控制单元控制第二小母线开关11打开，第一小母线开关10和小母线并列开关12闭合，使第二小母线并列在第一小母线上运行。

Claims (6)

1.单母线分段供电的解并列自动控制装置，其特征在于：包括电压检测单元、开关状态监测单元、单片机控制单元、驱动单元、直流电源单元和电网电压告警单元，所述单片机控制单元的输入端分别与电压检测单元、开关状态监测单元的输出端连接，单片机控制单元的输出端分别与驱动单元和电网电压告警单元连接，所述直流电源单元分别与开关状态监测单元、单片机控制单元和驱动单元连接；

所述电压检测单元连接在两段小母线之间，电压检测单元与小母线的连接点均位于每段小母线的PT二次保险（8、9）与小母线开关（10、11）之间，电压检测单元包括用于检测小母线线电压、相电压以及两段小母线相应相压差的数字式电压互感器PT1~PT18；数字式电压互感器PT1~PT18的输出端连接单片机控制单元的输入端；

所述开关状态监测单元，用于监测小母线进线端的隔离开关状态以及两段母线间的母联开关状态，并将监测信号实时传输给单片机控制单元；

所述单片机控制单元，用于根据电压检测单元检测的电压信号以及开关状态监测单元监测的开关状态进行母线工作状态的判断，并同时发出控制小母线上的小母线开关、小母线并列开关工作状态的指令以及电压告警信息；

所述驱动单元，用于根据单片机控制单元输出的指令，经过相应的电压变换驱动小母线开关和小母线并列开关的分断或闭合；

所述电网电压告警单元，用于接收单片机控制单元输出的电压告警信息，发出告警提示；

所述直流电源单元，用于为开关状态监测单元、单片机控制单元和驱动单元提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的单母线分段供电的解并列自动控制装置，其特征在于：所述电压检测单元的数字式电压互感器PT1~PT3、PT10~PT12分别通过整流模块连接在两段小母线相应相之间，用于检测两段小母线相应相的压差，所述数字式电压互感器PT1~PT3与数字式电压互感器PT10~PT12极性相反；

数字式电压互感器PT4~PT6分别连接在第一小母线的各相与地之间，用于检测第一小母线的相电压；数字式电压互感器PT7~PT9分别连接在第一小母线相间，用于检测第一小母线的线电压；

数字式电压互感器PT13~PT15分别连接在第二小母线的各相与地之间，用于检测第二小母线的相电压；数字式电压互感器PT16~PT18分别连接在第二小母线相间，用于检测第二小母线的线电压。

3.根据权利要求１所述的电压自动定向解并列综合测控装置，其特征在于:所述单片机控制单元包括信号接收模块、比较判断模块和输出模块，所述信号接收模块输入端与开关状态监测单元和电压检测单元连接，信号接收模块的输出端与比较判断模块连接，比较判断模块的输出端与输出模块连接。

4.根据权利要求１所述的电压自动定向解并列综合测控装置，其特征在于:所述电网电压告警单元包括显示模块和信号告警器件。

5.一种单母线分段供电解并列自动控制方法，其特征在于具体包括以下步骤：

A.电压检测单元的各数字电压互感器将检测的电压信号实时传递给单片机控制单元，开关状态监测单元将监测到的小母线进线端隔离开关的状态以及两段母线间母联开关的状态实时传递给单片机控制单元；

B. 单片机控制单元根据电压信号以及开关状态判断各段母线工作状态，并根据各段母线工作状态控制小母线开关以及小母线并列开关的工作状态。

6.根据权利要求5所述的一种单母线分段供电解并列自动控制方法，其特征在于所述步骤B所述单片机控制单元的自动控制逻辑为：

首先，单片机控制单元根据第一隔离开关（4）、第二隔离开关（5）以及母联开关（3）的开合状态控制第一小母线开关（10）、第二小母线开关（11）以及小母线并列开关（12）的工作状态；

当第一隔离开关（4）、第二隔离开关（5）在合位，且母联开关（3）在分位时，单片机控制单元控制第一小母线开关（10）、第二小母线开关（11）闭合，小母线并列开关（12）打开，使两段小母线处于分列运行状态；

当第一隔离开关（4）在分位，且第二隔离开关（5）以及母联开关（3）在合位时，单片机控制单元控制第一小母线开关（10）打开，第二小母线开关（11）和小母线并列开关（12）闭合，使第一小母线并列在第二小母线上运行；

当第二隔离开关（5）在分位，且第一隔离开关（4）以及母联开关（3）在合位时，单片机控制单元控制第二小母线开关（11）打开，第一小母线开关（10）和小母线并列开关（12）闭合，使第二小母线并列在第一小母线上运行；

其次，单片机控制单元根据电压检测单元各数字式电压互感器检测的电压值控制第一小母线开关（10）、第二小母线开关（11）以及小母线并列开关（12）的工作状态；

当数字式电压互感器PT1~PT9检测的电压值至少有一项出现异常，数字式电压互感器PT10~PT18检测的电压值均处于正常值误差范围内，且母联开关（3）在合位时，单片机控制单元控制第一小母线开关（10）打开，第二小母线开关（11）和小母线并列开关（12）闭合，使第一小母线并列在第二小母线上运行；

当数字式电压互感器PT10~PT18检测的电压值至少有一项出现异常，数字式电压互感器PT1~PT9检测的电压值均处于正常值误差范围内，且母联开关（3）在合位时，单片机控制单元控制第二小母线开关（11）打开，第一小母线开关（10）和小母线并列开关（12）闭合，使第二小母线并列在第一小母线上运行。

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