（电力系统及其自动化专业论文）基于dsp和可编程动作方程的备自投保护的研究.pdf

国电自动化研究院硕士学位论文 a b s t r a c t a d o p t i o no fa u t o m a t i cb u sw a n s f e re q u i p m e n ti sa ni m p o r t a n ts t e pf o re n h a n c i n g t h er e l i a b i l i t yo f p o w e r c o n s u m e r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e me l e c t r o nt e c h n o l o g y , c p uo fh i g hi n t e g r i t y , h i g hp e r f o r m a n c ea n dh i g hr e f i a b i f i t yc e a s e l e s sa p p e a r sa n dg r o w su p , a u t o m a t i o n o fp o w e rs y s t e md e v e l o p sv e r yf a s t f o rt h er e q u e s to fa u t o m a t i o nc o n s t r u c t i o n , e r x 矗a l l yl a y e r e da n d d i s t r i b u t e da u t o m a t i o ns y s t e mu s e d , t h ep o w e rc o m e r b r i n g f o r w a r ds p e c i a lr e q u e s t st oa u t o m a t i cb u st r a n s f e re q u i p m e n t t h i sp a p e rd e s i g n sa n d r e a l i z e sn e wa u t o m a t i cb u st r a n s f e re q u i p m e n tw h o s eh a r d w a r ec o n s t r u c t i o np o s s e s s t h ed s pa n da r mc m o sc h i p , a n dw i t ht h ef u n c t i o no fp r o g r a m m i n gt h eo p e r a t i o n l o g i cf o rs a t i s f y i n gc o n s u m e r ss p e c i a lr e q u e s t s 。 d s p + m c u , d o u b l ec p u h a r d w a r es t r u c t u r ei se m p l o y e di nt h ei n s t r u m e n t , w h i c hc o m p r i s e sd a t aa c q u i s i t i o nu n i t s ，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gu n i t s ，e x p o r tc o n t r o l u n i t sa n dm m iu n i t t h i si n s l r u m e n tn o to n l yc a np e r f o r mf u n c t i o n so f p r o t e c t i o n m o n i t o r i n ga n d a l lk i n d o fa u t o m a t i cb u st r a n s f e rf u n c t i o n ，i n c l u d i n gb r i d g e ，l i n e , a n d u a m f o r m e ra u t o m a t i cb u st r a n s f e rf u n c t i o n , b u ta l s op o s s e s sp r o g r a m m i n gt h e o p e r a t i o nl o g i cf 1 1 1 础o n f u r t h e rm o r e 9t h i si n s t r u m e n ta l s op e r f o r m st h e c u r r e n t p r o t e c t i o n , c h a r g ep r o t e c t i o na n db a c ka c c e l e r a t i n gp r o t e c t i o n i ti sa s u i to f i n t e g r a t e d a n df u n c t i o n - c o m p l e t e da u t o m a t i cb u sw a n s f e re q u i p m e n tw h i c ha c c o r dw i t hd i j t 5 2 6 - 2 0 0 2 t e c h n o l o g yq u a l i f i c a t i o no f s t a t i ca u t o m a t i cb u st r a n s f e re q u i p m e n o t h e i n s t r u m e n t m a k e s u s e o f t h e m c 5 6 f 8 3 4 6 d s p c m o s c h i p w h i c h i s f r e s h 、 p r o d u c e d b y m o t o r o l a c o t h i s c h i p n o t o n l y h a s t h e a d v a n t a g e s o f f a s t c o m p u t i n ga n dh i g hr e l i a b i l i t y , b u t a l s ot h ee x c e l l e n c eo f g o o dc o n t r o lp e r f o r m a n c e , a b u n d a n tr e s o h r e eo nt h ec h i p t h i se n h a n c e st h ep e r f o r m a n c eo f i n s t r u m e n li n a d d i t i o n , t h ea t 9 i r 4 0 0 0 8a r mc m o sc h i pi sa d o p t e di nt h ei n s t m n 尬n li tm a k c s m m i m a n a g i n ge a s i e ra n di n f o r m a t i o nd i s p l a y i n gm o r er i c h l y 瞰p a p e rf i r s t l yb r i n gf o r w a r d au e wa u t o m a t i o nb u st r a n s f e re q u i p m e n tw h o s e p r o g r a m m i n gt h eo p e r a t i o nl o g i ci sr e a l i z e di nl c d w i t ht h em o d eo ft h eo p e r a t i o n l o g i ce q u a t i o nc o n s t r u c t e db yt h eo p e r a t i o n e l e m e n t s e v e r a la n t i - j a m m i n gm c a s u r c $ a r ct a k e ni nd e s i g n i n gt h eh a r d w a r ea n d s o f t w a r e , s u c ha sf i l t e r , p h o t o - e l e c t r i d t yi s o l a t i o na n db u r s t i n gi n t o 岵t w oc l o s e d o w n , w h i c hc a nm a k et h ee q u i p m e n th i g h l yr e l i a b l ea n dp r a c t i c a b l e t h eo v e r a l ls c h e n o f t h i sa u t o m a t i cb u sw a n s f e rd e v i c eh a ss o m en o v e l f e a t u r e s t h i si n s t r u m e n th a st h ef e a t u r e so f r a p i dr e s p o n s es p d g o o d - a p p l i c a b i l i t y , 雷电自动化研究院硕士学位论文 a n t i - j a m m i n gp a r f o r m a n c ea n dg o o dp e r f o r m a n c ec o n t r a s tt h ep r i c e f u r t h e rm o r e , t h e i n s t r u m e n t p a s s t h e t e s t o f p a l t e s t c e n t e r o n t h e 2 5 t h o f s e p t e m b e r , 2 0 0 5 a l l k i n d s o f p e r f o r m a n c e o f t h i se q u i p m e n ti sq u a l i f i e d i ti sp r o v i d e dw i t l lo p e r a t i o ni nt h e s u b s t a t i o n i th a sa p p l i e dv a l u ee x t e n d e d k e y w o r d sm i c r o p r o c e s s o r - b a s e dp r o t e c t i o n , a u t o m a t i cb u s 廿a n s f e rp r o t e c t i o n d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r 邮p ) ，a d v a n c e dr i s cm a c h i n e ( a 砌田， p r o g r a m m e do p e 枷l o l 如 h i 胃电自动化研究院硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，电力用户对供电质量 和可靠性的要求不断提高 电力系统提高供电可靠性的方法大致有以下几种：一是采用环网供电，如下 图1 - 1 所示，此种方式在中低压电网中较少采用；二是采用双电源供电，如下图 1 - 2 所示l 三是在单线路供电方式( 即在图1 - 2 中，负荷单独由电源l 供电，电 源2 备用或负荷单独由电源2 供电，电源l 备用) 下，采用备用电源自投( 以下 简称各自投) 装置目前，在中低压电网中，提高供电可靠性较为普遍的方法就 是采用备用电源自投装置 备用电源自投装置就是当工作电源因故障被切除后，能自动且迅速地将备用 电源投入工作或将负荷切换到备用电源上，使负荷不停电的一种保护装置 图1 - 1 环网供电一次接线图 图1 2 双电源供电一次接线图 1 2 备自投保护装置发展概况 1 2 1 国外发展概述 目前，国外已经开发出了许多先进的各自投保护装置，但是国外开发出来 的备自投保护，没有以单纯备白投保护装置来单独实现各自投保护功能，而是附 加在其它保护装置中，如线路保护中，来实现的比较典型的有： 第一章绪论 美国s c h w e i t z e r 工程试验有限公司生产的s e l - 3 5 1 继电器“1 。它一般是充 当线路保护来使用，在它内部设置了过流保护、电压保护以及低周，低压减载等 保护功能。在该继电器中，各种保护种类可以选配，而且电流和电压动作值均可 配置为过流、过压动作或是无流、欠压动作另外，该继电器还有外部遥信输入 以及遥控输出，因此，通过在继电器内部整合这些逻辑，就可以设置完成一套备 自投保护动作方案，来完成相应的备自投保护功能。该过程均可通过一套装设在 计算机中的图形化软件来实现 a b b 公司生产的a b b - r e f - 5 4 3 综合保护器。该装置如同s e l 3 5 1 继电器一样， 一般也是充当线路保护使用，而且在其装置内部，也配置了很多线路保护功能， 如电流、电压、低周等，在装置内还有遥信输入以及遥控输出如同s e l - 3 5 1 一 样，通过在其内部配置和整合这些动作逻辑，也可以实现一套完整备自投动作方 案，从而完成相应的备自投保护功能该过程通过对p l j c 器件编程来实现 相比国内来说，国外这些保护装置的硬件都处于领先地位他们的硬件核 心器件c p u ( 中央处理器) 大都采用了功能强大和运算速度高的3 2 位c p u 或d s p 器件另外这些装置大都采用国外元器件而且硬件电路设计比较简洁，因此，保 护装置可靠性都比较高 虽然国外产品功能强大、齐全而且可以根据用户的要求，随意选配保护 种类以及设置各自投的动作方式，但是由于其配置整合复杂，需要对保护装置非 常了解，否则易出错，因此存在着对保护人员要求过高的缺点另外保护装置内 增加了许多的不需要的保护种类，而且其价格昂贵等原因，并不完全适应我国的 电力系统的现状 1 2 2 国内发展概述 国内的各自投保护装置的发展正如其它保护装置一样，也同样经历了电磁 式、晶体管式和微机式( 或称数字式) 由于备自投保护需要输入多个遥测量和 遥信量，输出多路遥控，以及存在复杂的动作时序，因此，相对于电磁式或晶体 管式各自投保护，微机式备自投保护具有无可比拟的优势另外由于微机保护还 具有易于获得附加功能、具有灵活性和高可靠性等特点，因此微机式备自投保护 得到大量的应用和发展 目前，国内生产的各自投保护装置大都是微机式的，而且均以单装置来实 现备自投保护功能，其中比较典型的有： 北京四方继保自动化有限公司生产的c s b - 2 1 a 型数字式备自投保护装置砌 该装置通过设置控制字的方式可随意设定各自投的动作逻辑，由于设置控制字的 方式过于繁琐和复杂，因此在其内部预置了八套备自投保护动作方案，以满足各 种常见接线方式下所需的各自投动作逻辑，其中包括分段( 桥) 备自投、进线备 2 国电自动化研究院硕士学位论文 自投以及变压器备白投等，可满足一般变电站的需要对于特殊的备自投动作逻 辑，均可通过设置控制字的方式来实现。 国电南京自动化股份有限公司生产的p s p 6 4 2 型数字式各自投保护装置旧 通过装设在计算机中的图形化软件，可随意设定该装置的各自投保护动作逻辑 除此之外，在其装置内部还设置了五套备自投动作方案，以满足常见接线方式下 的备自投动作要求，其中同样包括分段( 桥) 备自投、进线各自投以及变压器各 自投等对于特殊的备自投动作逻辑，可借助装设在计算机中的一套图形化软件 来设定所需的备自投动作逻辑 南京南瑞继保电气有限公司生产的r c s 9 0 0 0 系列各自投保护装置旧。该系列 各自投保护装置的备自投动作逻辑均固定，只能满足几种常见接线方式下的各自 投动作要求如果需要特殊的各自投动作逻辑，则只能更改备自投保护装置的软 件在该系列装置中，除具备各自投保护功能外，还增设了分段断路器的测控功 能和保护功能( 如三段式过流、重合闸等) 从硬件的角度来看，近年来，国内备自投保护装置硬件发展迅速备自投 保护装置硬件核心器件c p u 由最初的8 位c p i j 不断升级，经历了1 6 位c p u 到3 2 位c p i j ，以及到目前的d s p ( 数字信号处理器，英文全称为d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s o r ) 目前，在国内使用的大多数各自投装置，还都是以1 6 位c p u 为核 心，但是随着d s p 芯片价格的不断下降和控制功能不断增强，各自投保护的硬件 c p u 将逐步过渡到以d s p 芯片为核心，将成为发展趋势 1 3 各自投保护装置的基本要求嘲 备自投保护装置必须满足以下要求： 1 、当工作母线上的电压低于整定数值，并且持续时间大于整定时间，方可 动作； 2 、备用电源的电压应运行于正常允许范围，或备用设备应处于正常的准备 状态下，方可动作： 3 、必须在断开工作电源的断路器之后，方可合备用电源的断路器； 4 、备用电源自动投入装置只允许动作一次； 5 、在变压器保护动作或手动跳闸等不允许备自投装置动作时，备用电源自 动投入装置应可靠被闭锁； 1 4 本课题的任务和意义 ： 目前，由于变电站存在的一次接线比较复杂，因此可能存在多种各自投动 作方式而且每个地方的用户由于自己的使用习惯和当地特殊的一次接线情况， 所采取的各自投动作方式也纷繁复杂，因此对备自投保护装置提出了特殊要求： 备自投保护能适应多种自投方式。然而目前大多数各自投保护只简单具备几种常 3 第一章绪论 见自投方式( 见2 1 节) ，而且动作逻辑固定，因此对于在现实中存在变电站一 次接线纷繁复杂，以及用户对备自投动作方式存在的特殊要求，目前常用的各自 投保护将不再满足这种要求，因而普遍采用的补救办法就是，要么改保护接线， 要么改备自投保护程序，或者增加备自投保护装置，协调彼此之间的分工而所 有这些都将造成保护实旄工作量大，修改频繁，非常容易出错，给保护人员带来 了极大的困难如果能采用一种可根据现场实际情况和客户要求而任意整定的各 自投保护动作逻辑，也就是各自投保护动作逻辑可编程，将极大减轻保护工作人 员的工作量及日后的维护量，并减少出错的可能，提高各自投保护的运行可靠性 因此开发出一种能适用各种接线方式的、备自投动作逻辑可编程的备自投保护就 成为当前所需 但是目前存在的备自投动作逻辑编程实现方式，要么实现繁琐复杂( 控制 字实现方式) ，要么实现的成本较高( 采用p l c 器件实现方式) ，要么不能在变电 站以各自投装置本身来实现现场编程( 图形化软件实现方式和采用p l c 器件实现 方式) ，因此本课题的一大任务就是设计出既能适应变电站现场实际要求，而又 实现成本不高，动作逻辑编程简单易行的一种各自投动作逻辑编程实现方式 随着近几年电子技术的发展，高集成度、高性能，高可靠性的c p u 不断推 出和成熟，使得备自投保护的硬件水平不断升级为了保证开发出的新各自投保 护装置在市场上具有强大的生命力，在其硬件上必须顺应当前发展的潮流，拥有 高速度和强大功能的c p u 芯片 目前，d s p 技术发展迅速，不但增强了信号处理能力，也增强了控制功能， 消除了过去d s p 控制能力不强的弊病，而且其价格也随着d s p 技术的不断成熟而 不断下降，这就为d s p 芯片大规模地应用于保护产品中提供了可能，因此各个公 司都在逐步采用d s p 芯片作为其新开发的保护产品的c p u 。采用d s p 技术的保护 产品将成为今后发展趋势之一因此本课题的另一大任务就是设计出以d s p 器件 为核心的新备自投装置硬件平台 针对上述情况，本次课题的任务就是：开发出一种以技术先进的d s p 芯片 为硬件核心和以新的实现方式对备自投动作逻辑进行编程的新各自投保护装置。 1 5 本课题所完成的工作 本课题完成了以下工作： i 、对国内外各自投保护装置的动作原理、硬件结构和设计思想进行深入调 研和分析 1 2 、以c a s 2 0 0 0 e c p u 板为基础，首次将m c 5 6 f 8 3 4 6 型d s p 芯片引入到各自投 保护装置中，提高了装置性能。 3 、本课题独创性地提出并实现了在人机界面，基于可编程动作方程的方式 4 霄电自动化研究院硕士学位论文 实现备用电源自投动作逻辑编程；该各自投动作逻辑可编程实现方式具有动作逻 辑编程简单、直观易懂和可靠性高等优点。 4 、研制并完成了以m c 5 6 f 8 3 4 6 型d s p 芯片为硬件核心、基于可编程动作方 程实现各自投动作逻辑编程、具有常规备白投保护功能并符合国家行业标准的新 型备自投保护装置 5 、实现新型备自投保护装置的各自投方案模块化，与装置的硬件接口无关， 易于扩展 1 6 新各自投装置的功能 本次课题所研制的新各自投保护装置，满足下列国家标准： i 、g b t7 2 6 1 - 2 0 0 0 继电器及继电保护装置基本试验方法 2 、t 1 4 5 3 7 - 1 9 9 3 量度继电器和保护装置的冲击和碰撞试验 3 、邙t1 7 6 2 6 - 1 9 9 8 电磁兼容的试验和测量技术 4 、锄9 2 5 4 1 9 9 8辐射发射限值试验 5 、1 6 8 3 6 - 1 9 9 7量度继电器和保护装置安全设计的一般要求 6 、d l t4 0 0 - 1 9 9 1继电保护和安全自动装置技术规程 7 、d l t6 3 0 - 1 9 9 2静态继电保护及安全自动装置通用技术条件 8 、d l t5 2 6 - 2 0 0 2静态备用电源自动投入装置技术条件 新各自投保护装置除具有各自投动作逻辑可编程的功能之外，还具有常规 各自投保护的功能其具体功能如下： 1 、常规各自投保护功能采用自适应逻辑，根据分段、进线、变压器两侧 断路器的位置，自动辩识当前适合的备用电源自投方式，适用两段母线互为暗备 用的分段( 桥) 各自投保护、两条迸线互为明备用的进线备自投保护及两台互为 明备用的变压器备自投保护各种各自投方式既可通过软压板投退、又可经外设 的硬压板投退，方便运行管理 2 、根据用户的特殊要求以及变电站存在复杂一次接线方式，通过在人机界 面对备自投动作方程进行编程，可实现备自投动作逻辑可编程的功能，从而完成 特殊的备自投动作逻辑。 3 、具备分段断路器的三相三段式过电流保护、母线充电保护和手合加速过流 保护功能。 4 、具备联切电容器和i m 舌联切负荷的功能。 5 ，具备全所无压告警、进线和母线t v ( 电压互感器) 断线告警、控制回路 断线告警功能。 6 、具备八套保护定值存储功能、装置自检功能。 7 、“黑匣子”功能：能滚动记录6 4 条保护动作事件、6 4 条装置告警事件和 5 第一章绪论 6 4 条装置操作事件，包含保护动作时间、动作类型、动作值，具有掉电保持功能。 8 、远方操作功能：定值远方修改功能；保护、告警信号远方复归功能；远方 校时功能；参数远方设定功能。 9 、通讯方式：通过c a n 网、r s 2 3 2 和以太网与系统中其它装置进行通讯 1 0 、遥信功能；遥测功能，包括：母线电压、频率和分段断路器的电流、有 功功率，无功功率以及功率因数功能 1 l 、遥控功能，具有分、合分段断路器功能。 1 2 、面板上具有1 2 8 1 2 8 的大屏幕汉字液晶显示、键盘功能，可方便地实现 测量跟踪监视、在线修改定值和投退某些保护功能面板上还具有运行、告警、 备自投充电和保护动作等指示灯 1 7 本文的结构安排 本次课题结合当前备自投保护的发展趋势，在根据对现有的备自投保护装置 的硬件和软件程序的分析基础上，以及对d s p 芯片、a 跚( 英文全称为a d v a n c e dr i s c m a c h i n e ) 芯片以及备自投保护动作原理做了进一步分析和研究的基础上，研制了 新型备自投保护装置本文主要内容如下。 l ，介绍本次课题所设计完成的备自投保护装置所采用的几种保护动作原理及 其实现，包括各自投保护、三段式过电流保护、充电保护和合闸加速保护等其 中，对备自投保护的原理及实现，分为分段( 桥) 、进线和变压器备自投三类，按 其充电、放电和动作方式详细进行了说明另外，还介绍了上述几种保护的定值 整定 2 、介绍备自投保护装置的硬件电路设计这里详细介绍了备自投保护装置的 硬件电路设计，包括主要芯片的选择和主要功能电路的设计为提高装置的数据 采集精度以及可靠性，在本装置中采用了滤波、光电隔离等措施。另外，还详细 介绍了装置所采用的数采逻辑控制c p u ：n c 5 6 f 8 3 4 6 型d s p 芯片以及人机界面c p u ： a t 9 1 r 4 0 0 0 8 型a r m 芯片的详细技术性能。 3 、介绍备自投保护装置的程序软件设计这里分程序模块，详细给出了系统 软件的主程序流程图、中断程序流程图、数据采集模块程序流程图、数据模块处 理流程图、故障处理模块流程图以及介绍了装置所采用的通讯规约。这些程序流 程图基本反映了本装置的程序运行流程 4 、介绍目前已有备自投保护装置所采用的动作逻辑可编程实现方式和本装置 采用的独特的动作逻辑可编程实现方式。详细介绍了本装置所独创的备自投动作 逻辑可编程实现方式的数学模型，技术方案和具体实施过程。其中，包括对各自 投动作方程如何在人机界面上显示、编程和下装，以及d s p 部分如何解释、翻译 并执行备自投动作方程所对应的动作逻辑。 6 冒电自动化研究院硕士学位论文 5 、对新备自投保护装置的特点进行了归纳和总结该装置的优点是硬件较 先进、实现动作逻辑编程方式简单和直观、可靠性高以及性价比高等。目前该装 置已通过了电力工业电力系统自动化设备质量检测测试中心的检验测试，具备了 在现场运行的条件另外，针对目前保护装置网络化的趋势，以及满足用户对动 作逻辑编程实现多元化的要求，提出了对本备自投保护装置的一些需要改进的方 面 7 第二章备用电源自投保护装置的保护原理及实现 第二章备用电源自投保护装置的保护原理及实现 目前，在备自投保护装置里，除了设有实现各种常见运行方式下的各自投 保护功能外，为避免母线故障，导致停电范围扩大，在备自投保护装置内，还配 置了分段断路器的三段式过流保护，充电保护和合闸加速保护等保护功能，供用 户选配。本次课题所研制完成的备自投保护装置具有上述保护功能。本章主要结 合本次课题所研制的备自投保护装置，来介绍备自投保护的基本原理及其实现， 以及简略介绍三段式过流保护，充电保护和合闸加速保护等 2 1备用电源自投保护 2 1 1 备自投保护的作用及应用范围 在现代电力系统中，有些情况下为了节省设备投资、简化电力网的接线及其 继电保护装置的配置方式，在较低电压等级的电力网( 如l o 3 5 k v 的电网) 中 或在较高电压等级的电网( 如l l o k v 电网) 中的非主干线( 非系统主联络线) ， 以及在大多数用户的供电系统中，常常采用所谓放射线型的供电方式。在这些系 统接线方式中，为提高对用户供电的可靠性，对有多路电源的变电站可采用备自 投保护装置，使系统自动装置与继电保护装置相结合。这是一种提高对用户不间 断供电的经济而又有效的重要技术措施之一 对于发电厂厂用电系统，由于其故障所引起的严重后果，必须加强厂用电的 供电可靠性但对电厂厂用电来讲，采用环网供电，往往使厂用电系统的运行及 其继电保护装置更加复杂化，反而会造成事故，因而多采用所谓辐射型的供电网 络为了提高其供电的可靠性，往往采用备自投保护装置 2 1 2 采用备自投保护的几种接线方式 在电力系统中，经常采用各自投保护的两种典型接线方式如下： l ，接线方式l 图2 - 1 变电站接线方式1 8 目电自动化研究院硕士学位论文 2 、接线方式2 t v 3m 图2 - 2 变电站接线方式2 另外，根据进线t v 和分段断路器i ) l 3 的有无，又可以分化出很多种接线方 式，但是对于备自投保护来说，大同小异因此，本章的其余部分介绍，均是以 上述两种典型接线方式来讨论。 2 1 3 备自投保护的基本原理及实现 以本次课题所设计完成的备自投保护装置为例，来介绍备自投保护的基本 原理及实现 2 1 3 1 备自投装置的输入和输出 备自投装置的输入分遥测输入、遥信输入和电源输入三部分 遥测输入包括母线的三相电压( 如图2 - 2 中的i 、母线电压) 、 工作电源和备用电源的线电压或相电压( 如图2 - 1 中线路t v l 或t v 2 采集的线路 电压) 、t 作电源的单相电流( 如图2 - 1 和2 2 中所标注的1 1 和1 2 ) 遥信输入是反映一次接线中的断路器( 如图2 - 1 和图2 - 2 中的i ) l 1 、i ) l 2 和 d l 3 等) 的位置( 断开或闭合) 和外部保护硬压板的投退，以及反映外部装置闭 锁或者加速备自投装置动作的接点输入等。 遥测输入和遥信输入在备自投保护装置中所起的作用将结合后面的备自投 动作逻辑介绍中说明 9 第二豪备用电源自投保护装置的保护原理及实现 电源输入主要是给装置提供工作电源，为遥信输入和继电器接点输出提供 操作电源 各自投装置的输出主要是继电器的接点输出。继电器的接点输出包括断路 器的跳合接点输出、信号接点输出和闭锁接点输出等断路器的跳合接点输出是 断开或者闭合外部一次接线中的断路器( 如图2 一l 和2 - 2 中的d l l 等) 的接点输 出信号输出是反映各自投动作情况的一种接点输出，主要是各自投装置输出的 告警信号以及事故信号等。闭锁输出是备自投动作闭锁外部保护装置的节点输 出，如各自投动作后要求闭锁线路重合闸的接点输出等 2 1 3 2 备自投的基本逻辑 根据备自投实现自投对象不同，各自投可分为分段( 桥) 各自投、进线备自 投和变压器各自投三种，但是这三种各自投均有判母线有压、判母线无压、判进 线无流、充放电以及联切出口等基本逻辑 根据工作电源、备用电源相应断路器的位置( 跳闸位置、合后位置) ，各自投 能自动判断当前适应的备投方式，其中断路器的跳闸位置用于区分断路器的合、 跳位l 合后位置用于区分是否人工( 就地或远控) 切除工作电源侧断路器 各自投保护动作的依据是工作电源失压、工作电源无流和备用电源有压，其 中： 母线有压是指母线的任一线电压( 或相电压) 均大于母线有压定值u j n f ( 见表 1 ) ，母线有压条件取“与”的关系； 母线无压是指母线的线电压( 或相电压) 均小于母线无压定值u w y ( 见表1 ) ， 母线无压条件取。与”的关系，以保证工作电源r v 发生一相或两相断线时，避免 各自投的误动；进线有压是指进线电压大于进线有压定值u j x ( 见表1 ) ，如若现 场不具备线路t v ，则经软压板退出检进线有压判断； 进线有流是指工作电源进线的相电流小于进线有流定值i w l ( 见表1 ) ，检进 线有流是防止工作电源侧t y 三相断线时备自投的误动；本装置的进线电流回路采 用满度为6 a 的精密t a 变换器，最小能分辨0 0 5 a 的电流，能满足现场整定值( 一 般为0 2 a ) 的需要。 2 1 3 2 1 充电条件 各自投装置在一次逻辑判断的过程中只能动作一次，与线路重合闸保护相同， 这里仍采用充电、放电的术语。各自投允许工作的各充电条件具备后开始充电， 经2 0 s 后完成充电准备工作，面板的“备自投充电”灯发绿色平光通用的充电 条件包括如下几条： 1 、工作电源和备用电源均满足有压条件； 2 、相应的备自投软压扳投入，外置的硬压板投入； 1 0 冒电自动化研究院硕士学位论文 3 、工作电源断路器在合位且处于合后位，备用电源断路器在跳位； 4 、无闭锁相应备自投的条件； 5 、无相应备自投的放电条件； 2 1 3 2 2 放电条件 各自投装置在满足下列条件之一时，均立即使备自投放电，。备自投充电”灯 熄灭； l 、备用电源不满足有压条件，且持续的时间大于2 0 秒； 2 、相应的备自投软压板退出或外置的硬压板退出； 3 、任一断路器位置与充电方式下断路器位置不对应； 4 、工作电源断路器经人工切除； 5 、闭锁相应的各自投信号输入l 6 、备自投动作过程中工作电源拒跳或备用电源拒合时，立即使备自投放电， “各自投充电”灯熄灭； 7 、在备自投启动和跳闸过程中，若工作电源断路器手动断开或备用电源断路 器手动合上，则立即使备自投放电，退出各自投动作过程； 2 1 3 2 3 联切电容器 各自投在跳工作电源断路器的过程中，会造成相应母线电压的消失，为避 免各自投动作成功后母线电压恢复过程对电容器造成损坏，备自投在跳工作电源 断路器的同时发跳电容器命令，延时4 0 0 毫秒后收回联切电容器命令。本课题研 制完成的备自投保护装置有1 付用于切除电容器的开出接点，如若不能满足实际 需切除电容器的组数，可外加重动继电器扩展输出接点。 2 1 3 3 分段( 桥) 备自投 下面以图2 1 中所示的接线方式l 为例，对分段( 桥) 各自投充电、放电 以及动作过程进行说明 在接线方式l 中，由于分段( 桥) 备自投自投的断路器为母线分段断路器 d l 3 或桥断路器d l 3 ，因此称这种备自投为分段各自投或桥备自投 根据i 母失压或是母失压的不周，分段( 桥) 各自投的动作逻辑是不相 同的，因此分段( 桥) 各自投有两种动作方式，称为方式1 和方式2 1 、方式l 断路器d l i 和d l 2 处于合位，且为合后位，断路器d l 3 处手跳位，母满 足无压条件，i 母满足有压条件，跳断路器d l 2 ，合断路器d l 3 ，i 构成方式1 。 2 、方式2 断路器d l i 和d l 2 处于合位，且为合后位，断路器d l 3 处于跳位，i 母满 足无压条件，母满足有压条件，跳断路器d l l ，合断路器d l 3 ，构成方式2 1 1 第二章备用电源自投保护装置的保护原理及实现 2 1 3 3 1 分段( 桥) 各自投的充电条件 无论方式1 还是方式2 ，充电条件是相同的。 1 、断路器d l l 和d l 2 处于合位，且为合后位； 2 、断路器d l 3 处于跳位； 3 、分段( 桥) 备自投的软、硬压板处于投入位置； 4 、无闭锁分段( 桥) 各自投信号输入； 5 、l 母和母均满足有压条件； 2 1 3 3 2 分段( 桥) 备自投的放电条件 l 、i 母和h 母满足无压条件，且持续时间大于2 0 秒； 2 、任一断路器位置与充电方式下断路器位置不对应； 3 、断路器d l l 或d l 2 经人工断开： 4 ，有闭锁分段备自投信号输入， 5 、在各自投动作过程中，有断路器拒跳或是拒合； 6 、在备自投启动和跳闸过程中，若工作电源断路器手动断开或各用电源断 路器手动合上； 2 1 3 3 3 分段( 桥) 各自投方式1 动作逻辑 当分段备自投充电完成后，母无压、i 母有压、母进线电流1 2 无流条 件皆满足时，分段各自投方式1 启动，经跳闸延时t f i 发跳断路器d l 2 命令， 并同时发联切电容器的命令，若前联切方式投入，则发前联切负荷命令；在确认 断路器d l 2 跳开后，收回跳断路器i ) l 2 命令，并在发出跳断路器d l 2 命令后，经 一合闸延时t f 2 发合断路器d l 3 的命令，若断路器d l 2 在发跳断路器d l 2 命令 5 s 内未跳开，则收回跳断路器d l 2 命令，发“2 d l 断路器拒跳”及。分段备自投 失败。告警；若确认断路器d l 3 合上，则发。分段备自投成功”告警，若断路器 d l 3 在发合d l 3 命令5 s 内未合上，则收回合断路器d l 3 命令，发“3 d l 断路器拒 合”及“分段各自投失败”告警前联切负荷命令经4 0 0 毫秒延时撤消。 2 1 3 3 4 分段( 桥) 各自投方式2 动作逻辑 当分段各自投充电完成后，i 母无压、母有压、i 母进线电流i l 无流条 件皆满足时，分段备自投方式2 启动，经一跳闸延时t f i 发跳断路器d l l 命令， 并同时发联切电容器的命令，若前联切方式投入，则发前联切负荷命令；在确认 断路器d l i 跳开后，收回跳断路器d l i 命令，并在发出跳断路器d l l 命令后，经 一合闸延时t f 2 发合断路器d l 3 的命令，若断路器d l i 在发跳砚l 命令5 s 内未 跳开，则收回跳断路器d l i 命令，发。1 d l 断路器拒跳”及。分段备自投失败” 告警；若确认断路器d l 3 合上，则发。分段备自投成功”告警，若断路器d l 3 在 发合d l 3 命令5 s 内未合上，则收回合断路器d l 3 命令，发“3 d l 断路器拒合” 雷电自动化研究院硕士学位论文 及。分段备自投失败”告警。前联切负荷命令经4 0 0 毫秒延时撤消 2 1 3 3 5 后联切保护逻辑 分段备自投在合上断路器d l 3 后。备用电源将向两段母线的负荷供电，当备 用电源容量不足以带动所有负荷时，应切除部分次要的负荷，以保证供电的可靠 性当采用后联切方式时，在分段各自投合上d l 3 的1 2 0 秒内，判断备用电源进 线的电流( i i 或1 2 ) 是否大于过负荷电流定值i 鞭( 见表1 ) ，若大于，经一时限 t f h ( 见表1 ) 切除次要的负荷，以适应负荷变化较大的工况 当需要切除负荷时，前联切负荷和后联切负荷方式只能选择一种投入，前联 切方式适用于负荷变化较小的工况，后联切方式使用于负荷变化较大的工况 2 1 3 4 进线备自投 在图2 - i 中所示的接线方式1 中，均可采用分段备自投和进线各自投，可 依据用户需要而定但是若母线为单母。无断路器d l 3 时，只能采用进线备自 投，而不能采用分段备自投，此时，在充、放电条件中只需取消对断路器i ) l 3 位 置判断即可，其它逻辑均相同。 下面以图2 - l 接线方式l 为例，对迸线各自投充电、放电以及动作过程进 行说明在接线方式l 中，由于进线各自投自投的断路器为进线断路器d l i 或 d l 2 ，因此称这种各自投为进线备自投 根据自投的断路器不同，进线备自投有两种动作方式，称为方式l 和方式2 。 l 、方式1 断路器d l 2 和d l 3 处于合位，且为合后位，断路器d l l 处于跳位。i 母和 i i 母满足无压条件，进线l 满足有压条件( 若检进线软压板投入时判断) ，跳断 路器d l 2 ，合断路器d l l ，构成方式1 2 、方式2 断路器d l i 和d l 3 处于合位，且为合后位，断路器d l 2 处于跳位，i 母和 母满足无压条件，进线2 满足有压条件( 若检进线软压板投入时判断) ，跳断 路器d l l ，合断路器i ) l 2 ，构成方式2 。 2 1 3 4 1 进线备白投的充电条件 l 、进线各自投方式1 的充电条件 ( 1 ) 断路器d l 2 和d l 3 处于合位，且为合后位； ( 2 ) 断路器d l l 处于跳位； ( 3 ) 进线各自投的软、硬压板处于投入位置； ( 4 ) 无闭锁进线备自投信号输入； ( 5 ) i 母和母均满足有压条件： ( 6 ) 若检迸线软压板投入时，进线1 满足有压条件；若检进线软压板没有投 第二章备用电源自投保护装置的保护原理及实现 入时，无需检测进线l 是否有压； 2 、进线备自投方式2 的充电条件 ( 1 ) 断路器d l l 和d l 3 处于合位，且为合后位； ( 2 ) 断路器d l 2 处于跳位； ( 3 ) 进线备自投的软、硬压板处于投入位置； ( 4 ) 无闭锁进线备自投信号输入； ( 5 ) i 母和母均满足有压条件； ( 6 ) 若检进线软压板投入时，进线2 满足有压条件；若检进线软压板没有投 入时，无需检测进线2 是否有压； 2 1 3 4 2 进线备自投的放电条件 l ，进线各自投方式1 的放电条件 ( 1 ) i 母和母均满足无压条件，且持续时间大予2 0 秒； ( 2 ) 任一断路器位置与充电方式下断路器位置不对应： ( 3 ) 断路器d l 2 或d l 3 经人工断开； ( 4 ) 有闭锁进线备自投信号输入； ( 5 ) 在各自投动作过程中，有断路器拒跳或是拒合； ( 6 ) 在各自投启动和跳闸过程中，若工作电源断路器d l 2 手动断开或备用电 源断路器d l i 手动合上# 2 、进线备自投方式2 的放电条件 ( 1 ) i 母和h 母均满足无压条件，且持续时间大于2 0 秒； ( 2 ) 任一断路器位置与充电方式下断路器位置不对应； ( 3 ) 断路器d l l 或d l 3 经人工断开： ( 4 ) 有闭锁进线备自投信号输入； ( 5 ) 在各自投动作过程中，有断路器拒跳或是拒合； ( 6 ) 在备自投启动和跳闸过程中，若工作电源断路器d l l 手动断开或备用电 源断路器d l 2 手动合上； 2 1 3 4 3 进线各自投方式l 动作逻辑 当迸线备自投充电完成后，i 母和母无压、母进线电流1 2 无流条件皆 满足时，进线各自投方式l 启动，经一跳闸延时t l l 发跳断路器d l 2 命令，并 同时发联切电容器的命令；在确认断路器d l 2 跳开后，收回跳断路器d l 2 命令， 并在发出跳断路器d l 2 命令后，经一合闸延时t l 2 发合断路器叫1 的命令。若断 路器d l 2 在发跳断路器d l 2 命令5 s 内未跳开，则收回跳断路器d l 2 命令，发“2 d l 断路器拒跳”及。进线备白投失败”告警；若确认断路器d l l 合上，则发“进线 各自投成功”告警；若断路器d l l 在发合d l l 命令5 s 内未合上，则收回合断路 1 4 冒电自动化研究院硕士学位论文 器d l l 命令，发“1 d l 断路器拒合”及。进线各自投失败”命令 2 1 3 4 4 进线各自投方式2 动作逻辑 当进线备白投充电完成后，i 母和母无压、i 母进线电流