牽引變電所微機(jī)智能電壓選取裝置 研究

李承運(yùn) 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061

牽引變電所微機(jī)智能電壓選取裝置 研究

李承運(yùn) 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061

提出了一種智能電壓選取裝置，利用微機(jī)，通過判別相關(guān)開關(guān)位置狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)牽引變電所27.5kV側(cè)母線電壓的智能化自動(dòng)選取和切換，并深入分析了其工作原理和硬件組成。

牽引變電所；微機(jī)；自動(dòng)；電壓選取; 電

壓互感器

traction substation; microcomputer; automatic; voltage selection；voltage transformer

引言

電氣化鐵路為保證供電的可靠和維護(hù)的方便，通常在牽引變電所27.5KV側(cè)采用單母線分段方式，設(shè)置兩臺(tái)電壓互感器，正常運(yùn)行時(shí)采用一臺(tái)主用，一臺(tái)備用運(yùn)行方式或兩臺(tái)同時(shí)并列的運(yùn)行方式。并接在母線上的饋線或其它設(shè)備的保護(hù)所需的電壓目前往往采用串接轉(zhuǎn)換開關(guān)手動(dòng)方式選取，這種方式不能隨運(yùn)行方式的改變及時(shí)變化，而且當(dāng)并列運(yùn)行時(shí)手動(dòng)選取的壓互斷線或故障無(wú)電壓時(shí)，由于不能及時(shí)切換，可造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，危害牽引供電的質(zhì)量。為解決此問題，筆者提出一種微機(jī)智能電壓選取裝置的研究。

1 微機(jī)智能電壓選取裝置原理

1.1 微機(jī)智能電壓選取裝置功能：

微機(jī)智能電壓選取裝置的主要功能是要實(shí)現(xiàn)隨著運(yùn)行方式的改變?yōu)楸Ｗo(hù)完成正確自動(dòng)選取電壓的功能，同時(shí)完成并列運(yùn)行方式時(shí)當(dāng)運(yùn)行壓互失電時(shí)自動(dòng)切換的功能。它的輔助功能包括電壓的測(cè)量、手動(dòng)選取、遙信及其它相關(guān)監(jiān)控功能。

1.2 微機(jī)智能電壓選取裝置幾種自動(dòng)選取邏輯：

圖1為單母線分段簡(jiǎn)單接線示意圖：

圖1 簡(jiǎn)化示意圖

1.2.1 自動(dòng)選取1YH電壓的有下列4種情況：

1.2.1.1 1QF 合位、2QF分位、1QS分位、2QS分位、3QS合位且1YH有電壓（備注此時(shí)2YH無(wú)電）；

1.2.1.2 1QF 合位、1QS合位、2QF分位、2QS分位、3QS合位且1YH有電壓（備注此時(shí)2YH無(wú)電）；

1.2.1.3 1QF 合位、1QS合位、2QS合位、2QF分位、3QS合位且1YH有電壓（備注此時(shí)2YH可有電或無(wú)電，取決4QS位置）；

1.2.1.4 2QF 合位、1QS合位、2QS合位、3QS合位且1YH有電壓，2YH檢修或無(wú)壓（備注此時(shí)2YH無(wú)電）；

1.2.2 同樣自動(dòng)選取2YH電壓的有下列4種情況：

1.2.2.1 2QF 合位、1QF分位、1QS分位、2QS分位、4QS合位且2YH有電壓（備注此時(shí)1YH無(wú)電）；

1.2.2.2 2QF 合位、2QS合位、1QF分位、1QS分位、4QS合位且2YH有電壓（備注此時(shí)1YH無(wú)電）；

1.2.2.3 2QF 合位、1QS合位、2QS合位、1QF分位、4QS合位且2YH有電壓（備注此時(shí)1YH可有電或無(wú)電，取決3QS位置）；

1.2.2.4 1QF 合位、1QS合位、2QS合位、4QS合位且2YH有電壓，1YH檢修或無(wú)壓（備注此時(shí)1YH無(wú)電）；

綜上所述，微機(jī)智能電壓選取裝置根據(jù)運(yùn)行方式自動(dòng)選取電壓邏輯關(guān)系優(yōu)化歸納總結(jié)為以下兩點(diǎn)：

（1）．當(dāng)兩臺(tái)壓互僅有一臺(tái)有電壓時(shí)，根據(jù)運(yùn)行方式選取有電壓的壓互電壓。

（2）．當(dāng)兩臺(tái)壓互同時(shí)并列運(yùn)行時(shí)，1YH和2YH都有電壓，優(yōu)先選取運(yùn)行進(jìn)線側(cè)的壓互電壓，對(duì)側(cè)壓互作為備用。如1QF合位選1YH電壓，若2QF合位選2YH電壓。

兩臺(tái)壓互同時(shí)并列運(yùn)行時(shí)，優(yōu)先選取運(yùn)行進(jìn)線側(cè)的壓互電壓，運(yùn)行過程中當(dāng)選取的壓互斷線或故障失電時(shí)，自動(dòng)選取備用壓互電壓，切換有電壓的壓互。

微機(jī)智能電壓選取裝置還設(shè)置了手動(dòng)選取功能，用于人工檢修時(shí)強(qiáng)制切換到相應(yīng)正確的壓互，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制。

微機(jī)智能電壓選取裝置還具有PT斷線判別功能，其邏輯功能圖見圖2和圖3：

圖2

圖3

2 微機(jī)智能電壓選取裝置組成

裝置由電源模件、PT選取模件（含交流量采集功能）、CPU模件、開入模件及人機(jī)對(duì)話模件等組成。裝置的功能板件，按功能合理劃分，采用了模塊化、功能化、通用化的設(shè)計(jì)思想，使功能板件的功能明確、便于互換。

裝置的硬件平臺(tái)以32位DSP和16位AD作為核心，DSP、AD均采用工業(yè)控制領(lǐng)域的主流制造廠商并已有成功應(yīng)用的、形成系列化的主導(dǎo)產(chǎn)品；DSP除具有常規(guī)的高速計(jì)算功能外，還包含了大容量的程序FLASH、RAM、I/O接口、SCI、SPI、CAN等資源，大大簡(jiǎn)化了硬件的復(fù)雜程度，提高了硬件的可靠性。

圖4是裝置的硬件構(gòu)架模式：

圖4

2.1 CPU模件

CPU板采用32位DSP作為數(shù)據(jù)采集處理、計(jì)算、邏輯判斷的核心，DSP還擁有大容量的程序空間、RAM、I/O信號(hào)以及CAN、RS232接口，減少了外圍存儲(chǔ)和輔助芯片，因此提高了系統(tǒng)的可靠性。CPU板的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5：

圖5

CPU模件主要完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、自動(dòng)邏輯選取、PT斷線判斷及通信等功能，是裝置的核心模件。

2.2 PT選取模件

主要有兩個(gè)功能，即PT電壓的采樣和PT電壓的選取，PT電壓的選取是通過CPU邏輯控制的。PT電壓的采樣選用16位AD，提高采樣的精度。

2.3 開入模件

開入模件即DI板，主要采集相關(guān)開關(guān)位置，用于CPU判斷運(yùn)行方式從而決定選取PT電壓。開入模件采用了光電隔離技術(shù)，增強(qiáng)了抗干擾能力。開關(guān)位置采用雙位置輸入，直接用開關(guān)的輔助接點(diǎn)，保證能真實(shí)反映開關(guān)的實(shí)際運(yùn)行位置，保證正確的壓互選取。

2.4 電源模件

電源模件采用寬幅電源，輸入DC110V、DC220V、AC220V可選，輸出2路±5V、±12V、±24V為裝置內(nèi)CPU、采樣、繼電器等模件提供所需電源。

2.5 人機(jī)對(duì)話模件

人機(jī)對(duì)話模件采用大液晶、通用鍵盤，主要完成人機(jī)對(duì)話接口功能，界面清晰、操作簡(jiǎn)單。

微機(jī)智能電壓選取裝置能完成4組8路電壓的自動(dòng)選取，即使復(fù)雜的牽引供電系統(tǒng)也能完全滿足其需求。

3.結(jié)語(yǔ)

微機(jī)智能電壓選取裝置能實(shí)現(xiàn)隨著運(yùn)行方式自動(dòng)選取電壓的功能，實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行方式時(shí)電壓自動(dòng)切換的功能，實(shí)現(xiàn)了牽引供電27.5KV側(cè)母線電壓的智能化自動(dòng)選取，為母線上的保護(hù)裝置及時(shí)提供了實(shí)際運(yùn)行的電壓，保證了供電可靠性、提高了供電質(zhì)量，在牽引供電系統(tǒng)中必然有著廣闊的應(yīng)用前景。

微機(jī)智能電壓選取裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)了母線電壓的測(cè)量、開關(guān)位置的采集、PT斷線等功能，實(shí)際也是牽引變電所功能的一種重組整合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化、集成化、專業(yè)化，適合牽引變電站自動(dòng)化的發(fā)展需求。

[1]曹建猷．電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，1993

[2]賀家李，宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]，第三版．北京：中國(guó)電力出版社，1994.10

[3]溫富國(guó)，雷振鋒，李旭，等．關(guān)于雙母線電壓切換功能微機(jī)化的設(shè)計(jì)思路探討[J]，電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009,37（18）:105-108

Traction substation microcomputer intelligent voltage selection device

Put forward a kind of intelligent voltage selection device, using the microcomputer, through judging the related switch position, realize the 27.5kV side of traction substation busbar voltage intelligent automatic selection and switching, and in-depth analysis of the working principle and hardware components.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.069

李承運(yùn)(1976-)，男，工程師，研究方向電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。