CN110729711A - 选相分合闸控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种选相分合闸控制装置，包括CPU模块、交流模拟量输入插件、开关量变送器信号输入插件、电源模块和开关量输出插件。本发明可主动消除分合过程所产生的涌流和过电压等电磁暂态效应，有利于系统电压的稳定，延长断路器及电力设备的维护周期和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种断路器选相分合闸控制装置，适用于交流站及直流换流站中的电力设备的选相分合控制。
背景技术
在国网公司推动研究特高压交直流输电技术的大背景下，特高压电网中过电压问题凸显。传统的抑制涌流和过电压的方法无论是安装合闸电阻或是设置避雷器都存在如下缺点：安装及结构复杂、可靠性差、造价昂贵，对绝缘结构水平要求苛刻；使断路器的内部结构复杂化，增加了中间环节且降低了可靠性；某些状况下单一措施控制效果并不理想，仍需辅助以其他措施且参数计算复杂；避雷器存在盲区，体积大，易老化，比如持续的运行电压会损坏氧化锌阀片等。检查周期短，维修作业量大，维护费用高。不容易实现智能化控制，不利于变电站的数字化改造。
选相分合闸技术(Controlled Switching，简称CS)作为减小断路器动作瞬变电压、涌流最直接有效的解决途径，具有明显的经济效益和直观的控制效果。目前，此领域同类产品如ABB (CAT系列、Switchsync系列)、Siemens(PSD系列)、Areva(RPH2)、深圳智能（SID-3YL）等。其产品存在以下缺点： 1. 一般只采用单相电压基准，无三相电压基准功能。2. 适应性差，不具备自学习、自修正能力：仅针对某类型号的开关，或外部参数补偿量须为已知条件，不能实时自动获取和修正。3. 不具备补偿模式和自适应模式自动判定和智能切换的功能。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种选相分合闸控制装置，考虑断路器的电气特性、机械特性及相关影响因素，精确控制各相最佳分合相位，以减小操作过电压和涌流。
本发明的技术方案是：本发明的选相分合闸控制装置，包括CPU模块、交流模拟量输入插件、开关量变送器信号输入插件、电源模块和开关量输出插件，交流模拟量输入插件接入的模拟量为：接入断路器母线侧的三相或单相电压信号、接入断路器线路或设备侧三相电流信号；开关量输入插件接入的开入量为：电力系统分合闸命令开入、断路器三相合闸位置辅助接点和断路器三相分闸位置辅助接点、4路变送器输入；开关量输入插件和交流模拟量输入插件的输出端分别接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端接开关量输出插件的输入端，开关量输出插件的输出端分别接分相合闸接点和分相分闸接点；电源模块（PWR）为所述控制装置提供直流电源。
本发明具有积极的效果：本发明的选相分合闸控制装置，可主动消除断路器分合过程所产生的涌流和过电压等电磁暂态效应，能够降低断路器触头的电气磨损，延长断路器设备的维护周期和使用寿命；对于特高压电网交流系统，能够显著降低线路等特高压电力设备的绝缘要求，从而可实现简化网架结构和紧凑型线路的设计。
附图说明
图1为本发明硬件模块构成图；
图2为本发明功能配置示意图；
图3为本发明选相合闸录波控制流程图；
图4为单相电压和三相电压诊断逻辑图；
其中，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相电压当前采样值，Ua´、 Ub´、 Uc´分别为A、B、C三相当前采样点的前一周波采样值，Uk1为有压阈值，Uk2为各相差异阈值，Uk3为本相差异阈值，Uk4为无压阈值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
（实施例1）
如图1所示：电源模块（PWR模块）提供装置的直流电源。模拟量输入模块（即AC模块）提供3路电压及3路电流采样通道，实时采集系统电压、电流信号，在电压采集正常时开放选相控制程序，否则闭锁该功能；利用电流采集可精确判定电气分合瞬间。CPU模块除了执行受控分合闸主程序和协调各板卡外，兼有监测控制系统分合命令开入，位置接点开入可接三相断路器常开辅接点和三相断路器常闭辅助接点，可利用位置信号结合继电器动作延时来确定分合时刻。开关量输入插件（即BI模块）可以接入8路备用开入，4路变送器输入接口可以实时采集机构环境温度、控制回路电压等信息。开关量输出插件（即BO模块）包括三相合闸及三相分闸输出干接点，分别连接分合闸操作回路。此外，HMI人机接口模块用于人机对话。内部可通过定值整定静置时间曲线，利用插值算法把时间变量变换为等待时间补偿变量，通过定值整定预击穿延时，补偿断路器电气合闸与机械合闸时间差异，实施精确相位控制。
如图2所示，自动探测所接入的PT信号，自动选择三相或单相PT模式并获取合闸相位基准，当外部分合闸指令开入到CPU板卡，本发明综合考虑机构环境温度、控制回路电压、静置时间等外部参数对分合时间的影响，自动计算所需延时，并分相发出控制命令。命令执行完毕后，通过CT电流信号的及时回采来探测合闸和分闸瞬间，另外也可通过接入三相断路器常开辅接点和三相断路器常闭辅助接点来探测断路器位置变化，在自适应模式下可自动记录本次的实际动作数据以用于下次的分合控制。
下面结合附图3详细说明本发明选相合闸控制的具体实施方法。以容性负载场合补偿模式下合闸相位控制为例，暂不考虑预击穿，拟合闸于系统电压过零点：
本发明正常运行时处于非动作状态，自检程序保证硬件无损坏。实时采集电压和电流信号，合闸前电压频率稳定，电流为零。“合闸命令输入”为收到控制系统的指令时刻，此指令发出的相位具有随机性。接收到该指令后即进入启动程序。
启动后，会自动探测并记录就近的电压过零点，对应图3中“过零点检测”，并以此作为等待时间变量的计时起始时刻。
断路器合闸时间参数Tclose(三相参数各异，此符号仅代表某一特定相的参数，下同)已以定值形式存入EEPROM。装置中间继电器的动作延时不可忽略，称为二次回路延时Tcdly，定义为软件发出分相命令时刻至输出接点闭合完毕时刻。为考虑断口绝缘下降率RDDS曲线来矫正机械合闸时间与电气合闸时间偏差，定义预击穿时间参数Tpres。本例中暂不考虑即Tpres=0。
如此，合闸等待时间变量Tdelay即为：
Tdelay=N*20ms-Tclose-Tcdly+Tpres
N为周波的整数倍值，选取原则为刚好使得Tdelay为正值且具有控制回路电压、机构环境温度、静置时间等因素对合闸时间补偿的裕度。
装置通过采集传感信号和程序内静置计时器获取外部影响因素及静置时间变量，并采用差值算法获得各因素的补偿量：温度补偿时延参数△Twd、控制回路电压补偿时延参数△Tyl、SF6气体压力补偿时延参数△Tqy、油压补偿时延参数△Tyy和静置时间补偿时延参数△Tjz。为提高控制精度，对合闸等待时间变量进行进一步补偿：
Tdelay=N*20ms-Tclose-Tcdly+Tpres+△Twd+△Tyl+△Tqy+△Tyy+△Tjz
过零点延时Tdelay分相发出控制命令。断路器合闸瞬间，装置实时回采电流信号，通过设定合理的阈值判定有流。如图3电气关合瞬间恰在电压过零点，受控合闸全过程完毕。
本发明在正常运行时实时采集电压量，自动探测各路电压接入，当满足如下判据分别判定为电压采集正常时三相PT模式或者电压采集正常时单相PT模式：
当三相电压中任一相满足：当前电压采样大于有压阈值，当前采样与一周波前采样差异小于本相差异阈值，且其余两相电压采样小于无压阈值。判定为单相PT模式。
当三相电压都满足：各相电压采样大于有压阈值，任何两相之间采样差值小于各相差异阈值，且任何一相电压采样与一周波前本相电压采样差值小于本相差异阈值。判定为三相PT模式。
如图4所示，其中，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相电压当前采样值，Ua´、 Ub´、 Uc´分别为A、B、C三相当前采样点的前一周波采样值，Uk1为有压阈值取为90%的电压额定值，Uk2为各相差异阈值取为5%的电压额定，Uk3为本相差异阈值取为5%的电压额定，Uk4为无压阈值取为10%的电压额定。若不满足如图4所述判据，则判定为采样值异常，报警“电压采样异常”并闭锁控制功能。在满足电压采样正常和三相PT模式情况下，继续判定A、B、C三相电压波形相位差是否依次超前120°，否则报警“接入相序有误”并闭锁控制功能。如此实现了三相电压和单相电压接入自诊断功能，自动探测接入的电压相数并获取选相控制相位基准，并在在电压采样异常和相序有误情况下报警并闭锁。
通常同类产品具有普通模式、补偿模式、自适应模式，可根据现场需求通过投退控制字自由整定。普通模式旨在仅掌握断路器分合闸时间信息时进行简单相位控制，因其逻辑简单，没有考虑外部因素影响故工程应用极少；补偿模式考虑外部参数对常态动作时间的影响，控制逻辑更合理，效果更理想；自适应模式旨在智能化记录上次开关控制实际动作信息，并在将要实施的合闸操作中修正等待时间变量，在操作频繁的场合特别适用。
本发明在具备各种运行模式前提下，考虑到自适应模式和补偿模式各自的特点和优点，提出两种模式智能切换的运行方式。实现方法如下：
设置静置时间计时器
，通过位置回采信息确定操作频度。
在
时（
为操作频度阈值），满足自适应模式自动投入的前提条件。
通过采集当前机构环境温度
，继判定是否满足
。其中，
为上一次操作时环境温度，
为温差阈值。
通过采集当前控制回路电压
，继续判定是否满足。其中，
为上一次操作时的控制电压，
为压差阈值。
若其他所有外部参数全部满足约束条件，本发明自动切换到自适应模式下进行该次控制操作。若不满足任何一个约束条件，切换回补偿模式进行控制操作。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。
Claims (1)
1.一种选相分合闸控制装置，其特征在于包括CPU模块、交流模拟量输入插件AC、开关量变送器信号输入插件BI、电源模块PWR和开关量输出插件BO，交流模拟量输入插件接入的模拟量为：接入断路器母线侧的三相或单相电压信号PT、接入断路器线路或设备侧三相电流信号CT；开关量输入插件接入的开入量为：电力系统分合闸命令开入、断路器三相合闸位置辅助接点和断路器三相分闸位置辅助接点、4路变送器输入；开关量输入插件和交流模拟量输入插件的输出端分别接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端接开关量输出插件的输入端，开关量输出插件的输出端分别接分相合闸接点和分相分闸接点；电源模块PWR为所述控制装置提供直流电源。
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2018
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