微機自動準同期裝置的原理及應(yīng)用

李文通

[摘要]闡述微機自動準同期裝置的功能，基本原理，硬件設(shè)計及主要技術(shù)數(shù)據(jù)。

[關(guān)鍵詞]準同期 并網(wǎng) 壓差 頻差 導前時間

中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120113－01

一、概述

電力系統(tǒng)中微機式產(chǎn)品以其精度高、通訊方便、體積小、耗電少等優(yōu)點備受用戶青睞，就準同期裝置而言，從性能方面來看，微機式準同期較以前集成電路式準同期產(chǎn)品在可靠性、測量精度和并網(wǎng)速度等方有較大程度改善，且其能夠通訊優(yōu)點更是集成電路所無法比擬的，而電力系統(tǒng)少人值守和無人值守的發(fā)展趨勢要求準同期必須具有通訊功能。因此我們開發(fā)了RAS-100微機自動準同期裝置（以下簡稱裝置），該裝置是為實現(xiàn)水、火電廠發(fā)電機快速并網(wǎng)而設(shè)計的智能控制器，可用于一至十六臺機組的場合，裝置對輸入、輸出、通訊信號均采用了光電隔離技術(shù)增強抗干擾能力。采用均頻均壓控制快速促成并網(wǎng)條件到來。裝置采用雙機并行運行系統(tǒng)合閘脈沖經(jīng)“與”輸出，此外對于合閘脈沖的發(fā)出在硬件和軟件上加入多種閉鎖增加并網(wǎng)的可靠性。在發(fā)合閘脈沖時考慮到了頻差變化率的影響，保證并網(wǎng)質(zhì)量，除本地操作外裝置還可由上微機直接完成各種操作，或由開關(guān)量實現(xiàn)遠方操作。調(diào)頻、調(diào)壓可單獨設(shè)置為投入或退出狀態(tài)，各種實驗證明該裝置技術(shù)先進，可靠運行。

二、主要特點

1．一臺發(fā)電機可專用一臺裝置并網(wǎng)，也可16臺發(fā)電機公用一臺裝置并網(wǎng)；

2．現(xiàn)場各輸入、輸出信號與裝置內(nèi)部隔離，輸入電源隔離，通訊隔離；

3．裝置為雙機系統(tǒng)（兩個CPU），并網(wǎng)過程中兩個CPU并行工作，他們發(fā)出的合閘信號在輸出單元經(jīng)“與”后由繼電器輸出，硬件上每個CPU板上調(diào)頻、調(diào)壓、閉鎖、報警信號閉鎖合閘信號；

4．軟件中裝置采用壓差、頻差、頻率變化率、最大相角、最小相角同時閉鎖合閘回路；

5．裝置具有自檢，斷線監(jiān)視，故障報警的功能；

6．并網(wǎng)過程除本地和上微機操作外，也可由開關(guān)量操作（此種工作方式不能修改參數(shù)）；

7．通過裝置的工作方式選擇可使發(fā)電機工作于準同步方式也可以工作于自同步方式；

8．各種控制參數(shù)均可獨立設(shè)置，參數(shù)可就地或遠方修改；

9．調(diào)頻、調(diào)壓均可單獨設(shè)置為投入和退出狀態(tài)，調(diào)頻退出并不表示并網(wǎng)時裝置發(fā)出合閘脈沖不受頻差限制，而是不由本裝置發(fā)出調(diào)頻脈沖，同理調(diào)壓退出也是如此；

10．調(diào)頻、調(diào)壓采用模糊控制盡快促成同期條件到來，模糊控制系數(shù)通過設(shè)置調(diào)頻、調(diào)壓系數(shù)完成；

11．并網(wǎng)后顯示“斷路器操作回路實際合閘時間”；

12．裝置能向上微機適時傳送并網(wǎng)過程中的信息；

13．液晶顯示；

14．通訊接口RS485、RS232或以太網(wǎng)接口，通信規(guī)約采用IEC60870-5-103、MODBUS等通信規(guī)約；

15．當發(fā)電機和系統(tǒng)出現(xiàn)同頻不同相時會導致并網(wǎng)時間過長，此時裝置能自動發(fā)出沖擊脈沖。

三、工作原理

RAS-100微機自動準同期裝置應(yīng)用于電力系統(tǒng)二次回路中，完成兩個相互獨立的電力系統(tǒng)與發(fā)電機間按準同步要求進行并列運行，具體講就是：裝置檢測發(fā)電機和系統(tǒng)頻差和壓差，當壓差和頻差都滿足用戶要求時，裝置就控制斷路器主觸頭在發(fā)電機和系統(tǒng)電壓相位差為零時閉合。當發(fā)電機和系統(tǒng)壓差、頻差不滿足要求時裝置自動發(fā)出調(diào)壓和調(diào)頻脈沖。

（一）構(gòu)成

裝置主要由輸入單元、CPU單元、輸出單元、顯示單元、電源單元組成。

（二）輸入單元工作原理

1．輸入信號內(nèi)容。發(fā)電機、系統(tǒng)PT電壓信號；1-16組來自同期開關(guān)的并列點選擇信號（常開空接點），遠方來復(fù)位及啟動并網(wǎng)信號（常開空接點）。

2．輸入單元輸出信號。來自發(fā)電機和系統(tǒng)的電壓信號經(jīng)由輸入回路后，整形為體現(xiàn)發(fā)電機電壓周期、系統(tǒng)電壓周期、發(fā)電機和系統(tǒng)電壓相位差的方波信號和經(jīng)整流后發(fā)電機和系統(tǒng)電壓信號；開入量經(jīng)抗干擾處理后送CPU單元。

3．輸入回路組成。由互感器，過零檢測電路，整流回路等部分組成。

（三）CPU單元由CPU1和CPU2兩部分組成

CPU單元是本裝置的核心，用來完成數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯判斷處理、與上微機通訊、向輸出單元發(fā)出各種控制命令。

CPU1接收輸入單元送來的方波和整流后的電壓信號，處理后發(fā)出閉鎖、報警、調(diào)頻、調(diào)壓和斷路器合閘脈沖給輸出板。除此外，CPU1還接收處理鍵盤輸入信息，控制液晶，負責裝置和上位機通訊。

CPU2接收輸入單元送來的方波和整流后的電壓信號，處理后發(fā)出閉鎖、報警以及合閘脈沖送給輸出板。

CPU1和CPU2間通訊由80C196KB單片機的串行口實現(xiàn)，通過串行口實現(xiàn)定值傳送，錯誤信息傳送，CPU1和CPU2間同步控制等功能。

硬件上CPU1和CPU2都采用高性能的80C196KB型16位單片機（集成有定時器/計數(shù)器、通訊接口、模擬及數(shù)字I/O等外圍電路）、12MHz晶振、32K的數(shù)據(jù)存儲器62C256和程序存儲器27C256、4K的參數(shù)存儲器28C17、地址鎖存器74HC573、譯碼器GAL16V8、出口鎖存器74HC273等構(gòu)成單元的核心部分。

（四）輸出單元工作原理

輸出單元接收CPU1、CPU2傳送來的信息，經(jīng)邏輯電路后由繼電器輸出調(diào)頻、調(diào)壓、合閘、報警等控制信息，輸出為繼電器常開空接點。

（五）顯示單元

顯示鍵盤回路由液晶、動作指示燈、運行指示燈、故障指示燈、電源指示燈、按鍵電路組成。

（六）電源單元

裝置采用高效率開關(guān)穩(wěn)壓電源。

（七）軟件組成

裝置軟件主要由主程序、His中斷、soft中斷、A/D中斷等組成。

主程序中主要對采集的數(shù)據(jù)進行計算、判斷、向輸出單元發(fā)出各種控制信息。

His中斷測量發(fā)電機和系統(tǒng)電壓周期，發(fā)電機電壓信號和系統(tǒng)電壓信號的相位差。

soft中斷作為裝置內(nèi)部記時，同時與主程序結(jié)合發(fā)出各種控制信息。

A/D中斷測量發(fā)電機和系統(tǒng)電壓。

四、主要技術(shù)數(shù)據(jù)

1．交流額定電壓值：100V 50Hz；

2．導前時間：40～990ms，間隔1ms；

3．允許發(fā)合閘脈沖的相角差為0～45°，整定間隔為1°；

4．允許發(fā)合閘脈沖的頻差為0.1～0.5Hz，整定間隔為0.01Hz；

5．允許發(fā)合閘脈沖的壓差為±3%～±20%，整定間隔為0.1%；

6．調(diào)頻系數(shù)0.00～1，整定間隔為0.01；

7．調(diào)壓系數(shù)0.00～1，整定間隔為0.01；

8．調(diào)頻和調(diào)壓可單獨設(shè)置成投入和退出狀態(tài)，退出不表示裝置不閉鎖頻差或壓差，而是不發(fā)調(diào)頻和調(diào)壓脈沖；

9．頻差≤0.3Hz時，合閘相角差A(yù)≤1.8°；

10．開關(guān)量輸出；

繼電器：容量AC220V/5A，DC220V/0.5A。

五、結(jié)束語

各項實驗表明該裝置軟件運行正常，抗干擾能力強，能正確發(fā)出合閘、調(diào)頻、調(diào)壓等各種控制信號且滿足技術(shù)要求，裝置各種功能運行良好，達到用戶要求。

參考文獻：

[1]李佑光、林東，電力系統(tǒng)繼電保護原理及新技術(shù)，北京科學出版社，2003.

[2]張新國，繼電保護原理，北京中國電力出版社，2004.

[3]李火元，電力系統(tǒng)繼電保護與自動裝置，中國電力出版社，2006.