CN201374567Y - 无扰动稳定控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无扰动稳定控制装置(II)，在供电线路断电的情况下，该装置能根据系统的状态以最快的速度把负荷切换到备用线路上，避免在电源切换时造成运行中断或设备冲击损坏，简化切换操作并减少误操作，以保证负荷不断电连续运行。该装置包括高压设备和控制设备，所述高压设备包括双馈线配置的供电系统，主馈线向母线I段供电，备用馈线向母线II段供电，双馈线分别设有电压互感器、断路器和空气开关；母线I段和母线II段分别设有电压互感器和隔离开关，母线I段和母线II段之间通过母联开关连接；所述控制设备包括CPU控制器、电源模块、管理模件；电压互感器、空气开关、断路器和隔离开关接CPU控制器的控制端，CPU控制器与管理模件之间实现通讯。

Description

无扰动稳定控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种无扰动稳定控制装置，适用于连续工业生产过程的400V供电系统：石化、煤炭、冶金、热电厂等或发电厂的电源系统以及环保系统等领域。

背景技术

电网中安装有大量的继电保护、自动装置等，供电网络复杂，目前由于电网庞大，受自然环境影响较大，设备多，故障的概率较高，易出现供电短时间中断现象，同时我国供电系统优先保证电网的稳定，因此电压等级越低，出现供电短时间中断(晃电)的概率越高，对用电企业的影响也就越大；至电网的供电回路越少，对用电企业的影响也就越大。

由于化工钢铁企业中压一般为不接地系统，但是由于系统大，系统电容电流大，虽然安装消弧线圈，往往发生单相接地后，迅速发展为多相短路，母线电压将迅速波动；同时由于生产工艺的需要，往往装有大容量的整流变压器，系统中有大量的谐波，对继电保护装置、自动控制设备造成干扰，设备故障率增加，从而造成供电系统异常波动；400V保护往往是热耦、熔断器保护，故障切除时间长(一般200mS以上)；系统有大量成组自启动电机存在时，往往启动电流特别大(有时可能引起保护误动作)，存在母线电压波动大、时间长；对于部分大型企业为保证供电可靠性，中压系统为并列运行，系统中任何设备故障都会引起电源波动，设备越多出现电压波动的概率越高。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种无扰动稳定控制装置，在供电线路断电的情况下，该装置能根据系统的状态以最快的速度把负荷切换到备用线路上，避免在电源切换时造成运行中断或设备冲击损坏，简化切换操作并减少误操作，以保证负荷不断电连续运行。

本实用新型的目的是通过以下措施实现的：

一种无扰动稳定控制装置，它包括高压设备和控制设备，其特征是：

所述高压设备包括双馈线配置的供电系统，主馈线向母线I段供电，备用馈线向母有电压互感器和隔离开关，母线I段和母线II段之间通过母联开关连接；

所述控制设备包括CPU控制器、电源模块、管理模件；

上述电压互感器分别接CPU控制器的信号输入端，空气开关、断路器和隔离开关接CPU控制器的控制端，CPU控制器与管理模件之间实现通讯。

管理模件包括显示模块、打印模块和通讯模块。

包括显示器、打印机、GPS系统、DCS系统及其它智能设备。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1.根据断路器的状态自动识别是运行于双馈线的方式或是双馈线加母联的方式

2.正常情况下实现馈线一、母联、馈线二三者之间的人工切换

3.故障情况下实现主馈线、备用馈线之间的快速、同相、残压和长延时切换

4.PT断线报警

5.装置提供保护闭锁、故障闭锁、开位异常闭锁等多种闭锁功能

6.支持多种通讯方式，可直接或转接至DCS系统或电气监控管理系统，以及硬件GPS对时功能

具体实施方式

本实用新型的无扰动稳定控制装置，CPU控制器采用32位CPU加DSP结构、14位AD等为主单元，完成测量、逻辑和切换、显示、通信等功能，同时采用了大容量的存储芯片以及可编程逻辑芯片，另外装置采用了整面板、整背板新型结构设计，交、直流分开，开关量输入和输出部分均采用光电隔离技术，提高了装置的整体可靠性和安全性。

如图1，图2所示，本实用新型的无扰动稳定控制装置包括高压设备和控制设备，高压设备包括双馈线配置的供电系统，主馈线向母线I段供电，备用馈线向母线II段供电，双馈线分别设有电压互感器、断路器和空气开关；母线I段和母线II段分别设有电压互感器和隔离开关，母线I段和母线II段之间通过母联开关连接。

所述控制设备包括CPU控制器、电源模块、管理模件；

上述电压互感器1PT、2PT、3PT、4PT分别接CPU控制器的信号输入端，空气开关1ZKK、2ZKK、3ZKK，断路器1DL、2DL、3DL和隔离开关1HJD、2HJD分别接CPU控制器的控制端，CPU控制器与管理模件之间实现通讯。空气开关1ZKK为母联开关。CPU控制器采集双馈线和母线I段、母线II段的电压信号，并采集各开关的状态，根据被测电压线路运转情况，控制各开关的开合动作。

CPU控制器完成模拟量和开关量测量、操作信息、事件记录、事故记录的显示、打印、通讯、GPS校时等。

电源模件输出+5V，±15V和+24V电源，供装置内部使用。电源为交/直流两用。各种开关量信号(空接点)经继电器和光电两级隔离转换为小信号供CPU使用。将从现场PT来的电压信号经过高精度电流输出型电压互感器隔离、滤波转换为小信号供CPU使用。

各种信号以继电器空接点方式输出，可接光字牌、DCS系统或其它设备。

由CPU发出的出口跳合闸指令由逻辑组合并经光电隔离和中间继电器隔离放大后由干簧继电器空接点输出。

装置通过通讯管理模块可同时提供两路通信：一路RS485现场总线，可以实现与电气监控管理系统联网通信，或者用于接入DCS系统，默认规约为MODBUS；一路为RS232接口，可以将数据下载到计算机进行显示或打印电流、电压录波曲线，并作分析。也可以同时提供两路RS485现场总线，实现与电气监控管理系统双网通信，或者用于接入DCS系统，默认规约为MODBUS。装置不仅可通过通信进行对时，而且有GPS天文时钟硬件同步接口，与GPS进行精确对时，误差《1mS。

装置起动切换(包括人工切换)，装置将纪录动作时间、本次切换的所有定值、投退标志、起动原因、切换方式，以及各个动作时刻的分支电压、频差、相差等相关信息。所有时间信息都将纪录保存，而且并不因掉电或复归而丢失。同时纪录事件信息和发生时间。

装置起动切换后，对起动前5个周波，起动后2秒对频差、相差、母线电压、工作分支、备用分支电流幅值进行录波。可将数据下载到计算机中进行显示或打印电流电压录波曲线，并作分析。

如图2所示，供电系统双馈线的配置方式时：双馈线之一向母线供电，两断路器中一台合闸，另一台分闸，鉴于环路电流的原因，经常不允许两条线路同时合闸，两馈线解列运行，此时，母联开关为合位；或者双馈线加母联的配置方式时：鉴于冗余的原因，电力负荷被分配在两段母线中，母联断路器正常情况下处于分闸状态。

当主馈线侧发生故障时，主馈线开关被跳开，由于不存在原动力和励磁，因此残压的幅值和频率将随时间逐渐衰减，残压与备用馈线电压间的相位差将逐渐增大。

正常情况人工进行切换。故障情况下在快速切换；当母电压衰减到65％-70％左右时合上备用电源，进行同相判别切换，则既能保证电动机安全，又使电动机转速下降不太多，即“同相切换”；当残压衰减到20％-40％额定电压后实现的切换，通常称为“残压切换”；当事故切换开始时，装置自动起动“长延时切换”作为事故切换的总后备。

当双馈线均正常工作时，母线I段和母线II段电压均正常时，各断路器及空气开关的配置为：1DL合、1ZKK合、3ZKK分、2DL合、2ZKK合。

当馈线一出现故障，馈线二电压正常时，切换后各断路器和空气开关的配置方式为：2DL合、2ZKK合、3ZKK合、1ZKK分、1DL分或合。

当馈线二出现故障，馈线一电压正常时，切换后各断路器和空气开关的配置方式为：1DL合、1ZKK合、3ZKK合、2ZKK分、2DL分或合。

1、快速切换

则既能保证设备安全，时间又短，即“快速切换。快速切换时间应小于0.2S，因而普遍采用快速开关切换。同时试验表明，母线电压和频率衰减的时间、速度、主要取决于该母线的负载。负载越多，电压、频率下降得越慢。而相同负载容量下，负荷电流越大，则电压、频率下降得越快。通常由相位角来界定，如55°，如果开关的固有合闸时间为100mS，则合闸命令发出时的角度约需提前35°，即可以实现备用电源电压与母线残压向量夹角20°以内快速切换，同时对于设备是安全的。

2、同相切换

当母电压衰减到65％-70％左右，电动机转速下降不是很大，如能较精确地实现过零点合闸，备用电源合上时冲击最小，且对电动机的自起动很有利，即同相切换。但是由于厂用母线残压随着频率的下降，电压幅值和相角的变化越来越快，线性模型和简单的加速度模型已经难以准确地表达电压幅值和相位角的变化。本装置根据实时的频率、相角、幅值的变化规律，计算出在母线残压与备用电源电压向量相位重合时的时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令。实现精确地过零点同相合闸，且不受负荷变化影响，对电动机的自起动很有利。同相切换如下情况作为快速切换的后备功能。

3、残压切换

指当母线残压衰减到20％-40％额定电压后实现的切换。残压切换作为快速切换及同相切换的后备功能。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。

4、长延时切换

如果在一设定的时间结束之前无法进行上述任何一种切换方式，可执行长延时切换。为此，长延时切换方式仅作为安全备用方式。

正常情况无扰动稳定控制装置在设定的参数下，是不会发生这种切换方式。通常只有当短时间内同时发生多次故障时才可能发生这种切换方式。

本装置的控制过程如下：

1、正常切换

正常切换指系统正常工作时，人工切换主馈线与备用馈线开关。正常切换是双向的，可以由主馈线切向备用馈线，也可以由备用馈线切向主馈线。该功能由人工起动，在控制台、DCS系统或装置面板上均可进行。

正常同时切换指人工起动切换，在满足切换判别条件下，跳主馈线(备用馈线)开关，同时合上备用馈线(主馈线)开关。正常同时切换有：快速、同相、残压三种切换判别条件，快速切换不成功时自动转入同相或残压切换。若主馈线(备用馈线)开关未跳开，装置将去耦同时发切换失败和装置闭锁信号；若起动后备用馈线(主馈线)开关未合上，装置将闭锁同时发切换失败和装置闭锁信号。

2、事故切换

事故切换指主馈线(备用馈线)上一级主保护接点起动(指变压器或发变组差动保护等)，事故切换是双向的，可以由主馈线切向备用馈线，也可以由备用馈线切向主馈线。

事故同时切换

由主馈线(备用馈线)上一级主保护起动，先跳主馈线(备用馈线)开关，在满足切换判别条件时，合上备用馈线(主馈线)开关。同时切换有：快速、同相、残压、长延时四种切换判别条件，快速切换不成功时自动转入同相、残压切换或长延时切换。若起动后备用馈线(主馈线)开关未合上，装置将闭锁同时发切换失败和装置闭锁信号。若起动主馈线(备用馈线)开关未跳开，装置将去耦同时发切换失败和装置闭锁信号。

3、非正常工况切换

非正常工况切换由装置检测到非正常情况后自行起动，非正常切换是双向的，可以由主馈线切向备用馈线，也可以由备用馈线切向主馈线。非正常情况指母线失电和主馈线开关误跳两种工况。

●母线失电

当母线三相线电压均低于整定值且时间大于整定值，则装置分为同时切换。其切换条件和切换逻辑与保护起动的事故切换相同。

●开关误跳

因各种原因(包括人为误操作)造成主馈线(备用馈线)开关误跳开，装置在满足切换判别条件后，合上备用馈线(主馈线)开关。该切换有：快速、同相、残压、长延时四种切换判别条件，快速切换不成功时自动转入同相、残压切换和长延时切换。若起动后备用馈线(主馈线)开关未合上，装置将闭锁同时发切换失败和装置闭锁信号。

4、切换逻辑

无扰动稳定控制装置按完全对称的方式设计，因此可以从任一馈线起动装置，不论哪条线路是主馈线或备用馈线。这特别适合两条线路具有同等地位的场合。

鉴于冗余的原因，电力负荷被分配在两段母线中。母联断路器正常情况下处于分闸状态。双馈线断路器都处于合闸状态。一旦一条馈线出现故障，切换是在故障馈线的断路器和母联断路器之间进行：故障线路断路器分闸，母联合闸。切换成功之后，两条母线由一条馈线供电。一旦刚跳开的馈线上的故障排除之后，可通过人工方式起动装置恢复到初始供电状态。

装置切换至备用馈线开关时，同时输出一对空接点，用于投入备用馈线分支保护装置的后加速保护功能，接点闭合持续时间为5秒。起动后加速空接点共三对，分别对应馈线一保护、馈线二保护和母联保护。

5、闭锁及报警功能

5.1保护闭锁

为防止备用馈线误投入故障母线，装置提供了保护闭锁开入量接口回路，当某些保护动作时(如主馈线本身保护，如过流、本段母差等)，装置将闭锁出口回路，同时给出“保护闭锁”信号并等待复归。

5.2出口闭锁

当装置因软压板投入或控制台(或DCS)闭锁装置投入时，装置将闭锁出口并给出出口闭锁信号，如装置软压板退出或控制台(或DCS)解除闭锁时，装置将自动解除闭锁，恢复运行。装置软压板包括出口投入/退出和装置快速切换、同相切换、残压切换、长延时切换分别投入/退出。

5.3开关位置异常及去耦合

装置在正常运行时，不停地对所有开关的状态进行检查，如检测到开关位置异常，即不满足装置的就绪条件时，装置将闭锁出口，同时发开关位置异常信号。(工作开关误跳除外)

切换过程中如发现一定时间内该跳的开关未跳开或该合的开关未合上，装置将根据不同的切换方式分别处理并给出位置异常闭锁信号。如：同时切换中，若该跳开的开关未能跳开，将造成两电源并列，此时装置将执行去耦合功能，跳开刚合上的开关。

5.4装置异常

装置投入后即始终对某些重要部件如CPU、RAM、NVRAM、EEPROM、AD等进行动态自检，一旦有故障将闭锁装置，同时发“装置异常”信号。

5.5PT断线

母线I段、母线II段PT断线时，装置将闭锁出口，同时给出PT断线报警。

5.6后备电源失电监测

若备用馈线电源(主馈线电源)失电低于整定值时，装置将自动闭锁出口，同时给出报警信号。考虑备用馈线PT检修的情况，可选择“后备失电闭锁”功能退出后实现残压切换。

5.7装置闭锁

在以下几种情况下，需对装置进行复归操作，以备进行下一次动作：

●进行了事故切换后；

●发出开关位置异常、保护闭锁、PT断线等闭锁信号后，且为不可自动恢复；

●装置发生故障后。

此时，将不响应任何外部操作及起动信号，只能人工复归解除，如闭锁或故障仍存在，需待故障或闭锁条件消除后复归才有效。

5.8装置失电

装置开关电源输出的+5V，±15V，+24V任一路失电都将引起工作异常，特设电压监视回路，一旦失电立即报警，该功能采用继电器实现，不依赖CPU工作。

Claims (3)

1、一种无扰动稳定控制装置(II)，它包括高压设备和控制设备，其特征是：

所述高压设备包括双馈线配置的供电系统，主馈线向母线I段供电，备用馈线向母线II段供电，双馈线分别设有电压互感器、断路器和空气开关；母线I段和母线II段分别设有电压互感器和隔离开关，母线I段和母线II段之间通过母联开关连接；

所述控制设备包括CPU控制器、电源模块、管理模件；

上述电压互感器分别接CPU控制器的信号输入端，空气开关、断路器和隔离开关接CPU的控制端，CPU控制器与管理模件之间实现通讯。

2、根据权利要求1所述的无扰动稳定控制装置(II)，其特征是：所述管理模件包括显示模块、打印模块和通讯模块。

3、根据权利要求2所述的无扰动稳定控制装置(II)，其特征是：包括显示器、打印机、GPS系统、DCS系统及其它智能设备。

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