淺析新型微機自動準同期裝置

陳建平 柳州強源電力開發(fā)有限公司， 廣西 柳州545600

淺析新型微機自動準同期裝置

陳建平 柳州強源電力開發(fā)有限公司， 廣西 柳州545600

闡述了微機自動準同期裝置的功能、基本原理、硬件設計及主要技術數(shù)據(jù)。

準同期;并網(wǎng)；壓差；頻差;導前時間

1 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?，F(xiàn)以RAS-100微機自動準同期裝置（以下簡稱裝置）為例，對此作以詳細的介紹。

該裝置是為實現(xiàn)水、火電廠發(fā)電機快速并網(wǎng)而設計的智能控制器，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)質量，除本地操作外裝置還可由上位機直接完成各種操作，或由開關量實現(xiàn)遠方操作。調頻、調壓可單獨設置為投入或退出狀態(tài)，各種試驗證明該裝置技術先進，可靠運行。

2 主要特點

2.1 一臺發(fā)電機可專用一臺裝置并網(wǎng)，也可16臺發(fā)電機共用一臺裝置并網(wǎng)。

2.2 現(xiàn)場各輸入、輸出信號與裝置內部隔離，輸入電源隔離，通訊隔離。

2.3 裝置為雙機系統(tǒng)（兩個CPU），并網(wǎng)過程中兩個CPU并行工作，它們發(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板上調頻、調壓、閉鎖、報警信號閉鎖合閘信號。

2.4 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。

2.5 裝置具有自檢，斷線監(jiān)視，故障報警的功能。

2.6 并網(wǎng)過程除本地和上位機操作外，也可由開關量操作（此種工作方式不能修改參數(shù)）。

2.7 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。

2.8 各種控制參數(shù)均可獨立設置，參數(shù)可就地或遠方修改。

2.9 調頻、調壓均可單獨設置為投入和退出狀態(tài)，調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)出調頻脈沖，同理調壓退出也是如此。

2.10 調頻、調壓采用模糊控制盡快促成同期條件到來，模糊控制系數(shù)通過設置調頻、調壓系數(shù)完成。

2.11 并網(wǎng)后顯示“斷路器操作回路實際合閘時間”。

2.12 裝置能向上微機適時傳送并網(wǎng)過程中的信息。

2.13 液晶顯示。

2.14 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。

2.15 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。

3 工作原理

RAS-100微機自動準同期裝置應用于電力系統(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)出調壓和調頻脈沖。

3.1 構成

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。

3.2 輸入單元工作原理

3.2.1 輸入信號內容

發(fā)電機、系統(tǒng)PT電壓信號

1～16組來自同期開關的并列點選擇信號（常開空接點），遠方來復位及啟動并網(wǎng)信號（常開空接點）

3.2.2 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。

3.2.3 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。

3.3 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、與上位機通訊、向輸出單元發(fā)出各種控制命令。

C P U 1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、調頻、調壓和斷路器合閘脈沖給輸出板。除此外，C P U 1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。

C P U 2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C P U 1和C P U 2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）、1 2 M H z晶振、3 2 K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等構成單元的核心部分。

3.4 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頻、調壓、合閘、報警等控制信息，輸出為繼電器常開空接點。

3.5 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。

3.6 電源單元

裝置采用高效率開關穩(wěn)壓電源。

3.7 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中斷作為裝置內部計時，同時與主程序結合發(fā)出各種控制信息 。

4 主要技術數(shù)據(jù)

4.1 交流額定電壓值：100V 50Hz 4.2導前時間：40～990ms，間隔1ms 4.3允許發(fā)合閘脈沖的相角差為0～45 °，整定間隔為1°

4.4 允許發(fā)合閘脈沖的頻差為0.1～0. 5Hz,整定間隔為0.01Hz

4.5 允許發(fā)合閘脈沖的壓差為±3%～ ±20%，整定間隔為0.1%

4.6 調頻系數(shù)0.00～1，整定間隔為0.01 4.7調壓系數(shù)0.00～1，整定間隔為0.01 4.8調頻和調壓可單獨設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)調頻和調壓脈沖

4.9 頻差≤0.3Hz時，合閘相角差A≤1.8°

4.10 開關量輸出

繼電器：容量AC220V/5A，DC220V/ 0.5A

5 結束語

各項試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、調頻、調壓等各種控制信號且滿足技術要求，裝置各種功能運行良好，達到用戶要求。

[1]李佑光，林東.電力系統(tǒng)繼電保護原理及新技術.北京科學出版社.2 0 0 3

[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.2 0 0 6

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.071