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PZH1A型微机厂用电快速切换装置技 术 说 明 书镇江华东电力设备制造厂目 录一 用 途 2二 特 点 2三 功 能 2四 技术参数 5五 接 口 6六 功能选择与参数设置 8七 软件、硬件框图 8八 组屏与安装 11 九 附 图 系统框图 12 面板布置图 13 背板端子排图 14 切换记录 15 与国外同类装置技术性能对照表 16一 用 途PZH-1A 型微机厂用电快速切换装置（以下简称装置），适用于发电厂的厂用电源的快速切换。装置具有正常情况下，备用电源与工作电源之间双向切换；事故或不正常情况下，工作电源向备用电源单向切换的功能。采用该装置能够提高厂用电切换的成功率，避免非同期切换对厂用设备的冲击损坏，简化切换操作并减少误操作，提高机组的安全运行和自动控制水平。每套装置可以对一段厂用母线的工作电源与备用电源进行切换控制。二 特 点 PZH-1A 型微机厂用电快速切换装置是PZH-1型的改进型，其主要特点如下：1 双CPU结构： 模拟量信号的测量运算与开关量信号的判断分析各由一块CPU同时进行，并 通过双口RAM交换信息，提高了数据处理速度。在同期条件满足的情况下， 并联切换响应时间为3mS，串联切换为6mS。2 快速切换： 当频差和相差均小于设定值时，装置可随时进行快速切换。3 同期捕捉： 实时依据母线电压相位变化速率及已知合闸回路固有时间常数，推算出合闸 时刻，使合闸完成时的相位差接近于零度。4 慢速切换： 母线残压切换，作为快速切换和同期捕捉的后备切换。5 预置初始相位： 如工作和备用电源电压信号与母线电压信号所取相序不一致，而产生的固定 相位差，可通过预置初始相位予以消除。6 人机对话： 薄膜键盘、液晶显示屏（816，带背光）及中文菜单，使参数设置和数据显 示便捷、直观。7 打印切换记录： 切换前后装置的工作状态和切换过程中的有关数据均可打印输出。8 数字录波： 记录切换过程中母线电压、频差和相差值，并可打印输出。9 自检： 自动检测装置内部跳合闸出口、RAM、EPROM和CPU的运行情况，发现异 常自动报警，并可显示或打印故障原因。10 抗干扰能力强：输入、输出回路与装置内部电路完全隔离；硬件和软件都具有多重抗干扰和 容错纠错能力。11 掉电保护： 所设参数及切换过程数据可在失电状态下长期保存。12 通讯： 具备RS232C和RS422/485接口，分别用于连接打印机和与上位机通讯。13 安全管理： 可设置软件密码，防止误修改已设置的参数。14 双路输出： 每一跳合闸出口都有两副快速继电器接点输出，以满足不同备用方式（热 备或冷备）的切换要求。三 功 能采用快速切换就是在母线残压还没有下降之前，投上备用电源。为了避免母线电压与备用电源电压相位差过大时进行切换的危险，装置具有在切换过程中非同期闭锁的功能，当不满足同期条件时，闭锁快速切换，转而进行同期捕捉，即在母线电压还未大幅下跌之前，通过对母线相位变化的实时计算分析，并根据合闸所需时间，捕捉合闸时机，使得合闸完成时备用电源电压与母线电压的相位差接近零度，这样既减小了对厂用设备的冲击电流，又利于设备的自起动。经残压检定的慢速切换作为快速切换和同期捕捉的后备切换，以提高切换的成功率。 装置主要具有以下功能：1 检测、显示功能1.1 面板信号灯指示母线PT投入、工作、备用电源断路器分合闸位置。1.2 自检结果可以打印，自检异常时发出灯光和接点信号。1.3 在正常运行中，装置实时检测和显示厂用母线三相电压、工作和备用电源电压的有效值，母线电压与工作或备用电源电压的频差和相差值。1.4 中文显示所有实时数据和设置参数。2 切换功能2.1 正常切换 正常切换是指正常情况下进行的厂用电源切换。通过控制台开关手动起动装置，完成从工作电源到备用电源，或由备用电源到工作电源的双向切换。正常切换分为串联切换和并联切换两种方式。2.1.1 串联切换 控制台切换方式选择开关置于串联位置。手动起动装置，先跳开工作（备用）电源，如果同期条件满足，则合上备用（工作）电源。2.1.2 并联切换 控制台切换方式选择开关置于并联位置。 并联切换又分为自动和半自动两种情况。2.1.2.1 自动 将选择开关置于“自动”位置。手动起动装置，经同期检定后，先合上备用（工作）电源，确认合闸成功后，再自动跳开工作（备用）电源。2.1.2.2 半自动将选择开关置于“半自动” 位置。手动起动装置，经同期检定后，只合上备用（工作）电源，而跳开工作（备用）电源的操作要由人工来完成。2.2 事故切换事故切换是指由于工作电源故障而引起的切换。它是单向的，只能由工作电源切至备用电源。事故切换也分为串联切换和并联切换两种方式。2.2.1 串联切换 控制台切换方式选择开关置于串联位置。由反映工作电源故障的保护出口起动装置，先跳开工作电源，如此时同期条件满足并确认工作电源已跳开，然后合上备用电源。2.2.2 并联切换 控制台切换方式选择开关置于并联位置。 由反映工作电源故障的保护出口起动装置发出工作电源跳闸命令，如此时同期条件满足，装置同时发出备用电源合闸命令。备用电源合闸命令也可经设置的延时后再发出，这样可以避免由于工作电源跳闸时间长于备用电源合闸时间，造成备用电源投在故障回路而跳闸，致使切换失败，事故范围扩大。2.2.3 同期捕捉及慢速切换上述切换过程中，如不满足所设定的同期条件，而不能进行快速切换，但频差又小于7Hz时，装置自动转入同期捕捉状态，根据母线电压相位变化速率及断路器固有合闸时间，连续实时计算相位差，在频差允许范围内，捕捉合闸时机，使得合闸完成时相位差接近零度。如果同期捕捉不成功，装置再自动转入慢速切换状态，待母线残压下降到设定值，最终合上备用电源。同期捕捉功能可由用户设置为投入或退出。如设置为退出，当同期条件不满足时，装置直接转入慢速切换状态。本项功能同样适用于下述不正常切换。2.3 不正常切换 不正常切换是由母线非故障性低压引起的切换，它是单向的，只能由工作电源切换至备用电源。不正常切换分为以下两种情况：2.3.1 母线三相电压持续低于设置值的时间超过所设定的延时，装置自动跳开工作电源，投入备用电源。2.3.2 由于工作电源断路器误跳，装置自动投入备用电源。 所谓“误跳”是指在装置没有发跳闸命令的情况下，工作电源断路器跳开。这有两种可能：一种是工作电源断路器受控跳闸，另一种是真正意义的误动跳闸。不正常切换也有串联和并联两种方式，它们的选择方法及切换过程和事故切换相同。3 低压减载功能当母线三相电压持续低于设定值时，为利于重要辅机自起动，装置分三个出口发出跳次要辅机命令，每个出口的延时值可分别设置。此功能可以由用户自行投入或退出。4 闭锁报警、故障处理及自检功能4.1 保护闭锁 为防止备用电源投入故障母线，可以将反映这一故障的保护（如母线差动保护、分支过流保护）出口，引入装置的“保护闭锁”入口。当这些保护动作时，装置就会立即关闭所有跳合闸出口，同时发出“保护闭锁”灯光信号和“闭锁报警”接点信号。4.2 闭锁快速切换 快速切换的闭锁方法有两种，一种是同期条件不满足时装置自动闭锁；另一种是从外部引入信号，经设置的延时后闭锁。快速切换被闭锁时，同期捕捉和慢速切换仍有效。4.3 去耦合及耦合闭锁 并联自动切换时，如果由于某种原因使应跳开的断路器未跳开，就可能造成两路电源长时间并列运行。当两电源并列时间超过100mS，装置自动跳开后合上的电源，这一过程叫做去耦合；然后关闭所有跳合闸出口，并发出“耦合闭锁”灯光信号和“闭锁报警”接点信号，这一过程称为耦合闭锁。4.4 断线报警 母线电压互感器低压侧一相或两相电压低于10%Un（额定值）时，装置判定为母线电压回路断线，发出“断线报警”接点信号。 当工作电源电压或备用电源电压低于设定的正常值时，（可能是一次电压低，也可能是断线），装置也发出“断线报警”接点信号。 母线断线报警信号存在时，装置不会自行起动切换。4.5 故障报警当装置中的CPU1、CPU2、EPROM、RAM、直流电源、装置跳合闸出口以及断路器位置异常时，装置都将发出故障报警信号，具体故障原因可通过屏幕显示或打印输出。断路器位置异常是指没有发生切换，而工作电源和备用电源断路器辅助接点均处于闭合状态，或切换方向为备用至工作，而工作电源和备用电源断路器辅助接点均处于断开状态。4.6 装置自检装置自动巡检内部电路、所设参数和跳合闸继电器出口，发现故障立即报警，并可显示或打印故障原因。4.7 复位 装置采用手动方式复位。每次切换完毕或装置出现故障，都发出“等待复位”信号，提醒运行人员及时检查、复位，以备下一次切换。5 打印、录波、通讯功能5.1 打印功能：切换完毕后，通过打印切换记录，可以知道以下内容：5.1.1 本次切换中所有参数设置值；5.1.2 起动原因（保护、手动、低电压起动或开关误跳）；5.1.3 切换前状态以及当前状态（包括：切换方向、工作和备用断路器状态、串联或并联方式、自动或半自动方式、有无快切闭锁和保护闭锁）；5.1.4 装置发出了哪些跳合闸命令；5.1.5 本次最终实现的切换（快速、同期捕捉或慢速）；5.1.6 故障情况；5.1.7 装置的起动时间及工作电压、备用电压、厂母三相电压、相差和频差；5.1.8 装置发出跳闸（合闸）命令的时间及工作电压、备用电压、厂母三相电压、相差和频差；5.1.9 跳闸（合闸）完成的时间及工作电压、备用电压、厂母三相电压、相差和频差；5.1.10 切换完毕时的时间及工作电压、备用电压、厂母三相电压、相差和频差。5.2 录波功能：从起动切换开始至切换完毕，每10mS采样一次，最长可连续采样4.2S，对切换过程中母线的电压、频差和相差进行数字录波，并可打印输出，以便分析切换过程中母线残压的变化情况。复位后，切换过程数据仍然保存在RAM中，以备打印分析，只有在下一次切换时才被刷新。5.3 通讯功能：装置具有RS232C和RS422/485通讯接口，可与上位机进行通讯。可以利用人机对话窗口设置所有参数，了解切换信息；通过上位机控制装置进行正常切换。四 技术参数1 直流电源： DC220V20或DC110V202 输入工频电压信号： AC57V或AC100V3 输入接点信号容量： 不小于DC24V、10mA4 跳合闸出口接点容量： DC220V、3A或者DC110V、5A5跳合闸出口接点动作闭合时间：0.5S6 其他输出信号接点容量： DC220V、1A7 事故最快切换时间： 并联方式 3mS用户设置延时备用电源合闸时间 串联方式 6mS工作电源跳闸时间备用电源合闸时间8 工作正常： 80%100%Un 步长19 备用正常： 80%100%Un 步长110 频差： 09.95Hz 步长0.05Hz11 相差： 060 步长112 残压： 2050Un 步长113 母线低压动作值： 2080Un 步长114 母线低压延时： 010S 步长10mS15 外部闭锁快速切换延时： 0500mS 步长1mS16 并联切换合备用电源延时： 0150mS 步长1mS17 低压减载三路延时： 010S 步长100mS18 预置初始相位： 0+359 步长119 合闸回路时间常数： 0300mS 步长1mS20 测量误差： 时间 1mS 电压 1% 相位 0.5 频率 0.02Hz21 整机功耗： 静态功耗 30W 动态功耗 40W22 工作环境： 温度 10+50 相对湿度 8523 抗干扰性能符合国标： GB616224 绝缘耐压满足部标： DL47825 外形尺寸： 装置尺寸 482.6（宽）177（高）300（深），为国际标准19英寸 机箱，可直接上19英寸标准机柜。 机柜尺寸 800（宽）2260（高）600（深），颜色可由用户指定。26 净重： 装置 10kg 机柜 95kg五 接 口装置通过背面的端子与外部联系。端子排列的顺序如14页背板端子排图所示。各端子具体连线说明如下：X1： 机箱外壳接地端。X2： 空端子。X3、X4： 接母线三相电压互感器隔离开关常开辅助接点，闭合表示母线PT投入。X5、X6： 保护起动信号入口。接反映工作电源故障的保护，或是需要跳开工作电源断路 器的其它保护。这些保护的总出口作为保护起动信号。 保护起动接点信号的闭合时间应长于50mS。 X7、X8： 保护闭锁信号入口。接能反映厂用母线故障的保护，如厂用母差、分支过流等。 信号接点闭合时，装置被闭锁并自保持；接点断开后，须由手动复位解除闭锁。 X9、X10： 外部闭锁快速切换的信号入口。 X11、X12：接工作电源断路器常开辅助接点，闭合表示工作电源投入。 X13、X14：接备用电源断路器常开辅助接点，闭合表示备用电源投入。 X15、X16：接控制台复位开关。此开关应能自动返回，闭合时有效。 X17、X18：接控制台手动起动切换开关。此开关应能自动返回，闭合时有效。 X19、X20：接控制台切换方式选择开关，通为并联方式，断为串联方式。 X21、X22：接控制台关闭装置切换出口的开关。通时装置出口被关闭，断时出口被打开。 以上输入信号都是接点信号，因此，X4、X6、X8、X10、X12、X14、X16、X18、X20和X22端子已在装置内部连在一起作为公共端。如果输入的信号是有方向的接点，则接点的负端应连于公共端上。 X23、X24：接工作电源AN或AB相，也可接其它相，用来与母线电压比同期。 X25： 接母线电压A相。 X26： 接母线电压B相。 X27： 接母线电压C相。 X28： 接母线电压中性点N。 X29、X30：接备用电源AN或AB相，也可接其它相，用来与母线电压比同期。以上电压都来自相应的电压互感器。如工作和备用电源电压信号为相电压（57V）或线电压（100V），则装置内与工作或备用电源比同期的母线电压相序固定为AN或AB相。这样，所取工作电源和备用电源的电压信号应与之同相位，如相位不同，可通过预置初始相位消除相位差。 X31、X32：合工作电源出口1，快速继电器接点信号，无方向。 X33、X34：合工作电源出口2，快速继电器接点信号，无方向。 X35、X36：跳工作电源出口1，快速继电器接点信号，无方向。 X37、X38：跳工作电源出口2，快速继电器接点信号，无方向 X39、X40：合备用电源出口1，快速继电器接点信号，无方向。 X41、X42：合备用电源出口2，快速继电器接点信号，无方向。 X43、X44：跳备用电源出口1，快速继电器接点信号，无方向。 X45、X46：跳备用电源出口2，快速继电器接点信号，无方向。 如需要同时合高压侧和低压侧断路器，可将出口1接高压侧断路器，出口2接低压侧断路器，因为出口2可以设置060mS延时输出。 X47、X48：跳辅机出口1，可设置延时010S。经中间继电器跳一部分辅助电机。 X49、X50：跳辅机出口2，可设置延时010S。经中间继电器跳一部分辅助电机。 X51、X52：跳辅机出口3，可设置延时010S。经中间继电器跳一部分辅助电机。X53、X54：切换完毕信号出口。此信号出现，说明装置完成了一次切换控制任务。 X55、X56：闭锁报警信号出口。此信号出现，表示装置正处于保护闭锁或耦合闭锁状态。 X57、X58：断线报警信号出口。此信号出现，表示母线、工作电源或备用电源有断线。 X59、X60：故障报警出口。此信号出现，表示装置内部发生故障、直流电源中断或断路器 位置异常。具体故障原因可通过屏幕显示或打印输出。 X61、X62：直流电源，X61为正端。X63、X64：等待复位信号，提醒运行人员（排除故障后）及时进行复位操作，以备下次 切换。X66X68：RS232C通讯接口，接串行口打印机，X66为信号地，X67为TXD，X68为RXD 信号。X69X71：RS232C通讯接口，用于连接上位机。X69为信号地，X70为TXD，X71为RXD 信号。X72X75：RS422/485接口，用于连接上位机。其中X72为TX，X73为TX，X74为 RX，X75为RX信号。 RS232C接口和RS422/485接口均为通讯接口，用户可根据需要选择其一。 X76X80：备用端子。六 功能选择与参数设置1 功能选择1.1 并联或串联切换方式 由控制台切换方式选择开关确定，通位为并联，断位为串联。切换方式应在切换前确定。1.2 正常并联切换时自动与半自动选择 将装置面板上的选择开关拨至“自动”位置，在正常并联切换时，手动起动后，装置自动完成切换全过程。开关在“半自动”位置时，手动起动后，只合上工作（备用）电源，跳开备用（工作）电源的工作由人工来完成。 此功能在其它情况下无效。1.3 低压减载功能通过液晶显示屏和薄膜键盘设置，“1”表示投入，“0”表示退出。1.4 同期捕捉功能 通过液晶显示屏和薄膜键盘设置，“1”表示投入，“0”表示退出。1.5 关闭出口 将装置面板上的选择开关拨至“关闭出口”位置或控制台关闭出口控制开关闭合时，所有跳合闸出口均被关闭。2 参数设置 工作正常、备用正常、允许最大频差、允许最大相差等所有参数都可通过液晶显示屏和薄膜键盘设置。具体设置方法请见随装置附带的PZH-1A型微机厂用电快速切换装置 使用说明书。七 软件、硬件框图1 硬件部分原理框图 硬件框图说明：装置采用双CPU（80C196）结构。模拟量信号经过变压器隔离后，一部分经过零比较器进入CPU1的高速输入口HSI，进行频差和相差测量，在12MHz主频下，HSI口的分辨率为1.33S，可高速高精度地跟踪测量相差和频差；另一部分进入CPU1的A/D转换器，完成对各种电压幅值的采样处理。电压幅值与相差和频差的处理相对独立。CPU2处理输入的开关量信号。两个CPU分别同时处理各种数据，并通过双口RAM达到信息共享。所有输入信号均采用光电隔离或变压器隔离，所有输出信号均为继电器接点方式，装置内电路与外部电气线路完全隔离。图一 硬件部分原理框图2 软件部分原理框图CPU1故障初始化 自检正确 有键盘操作闭锁CPU2设置模块打印模块显示模块 外部信号巡检 电压检测模块频差、相差计算等模块显示刷新YNYN切换允许闭锁CPU2Y图二 CPU1程序主循环框图 软件框图说明： 相差、频差计算模块：装置采用CPU的高速输入口HSI跟踪测量工作电源电压、备用电源电压及母线三相电压。根据各路电源电压的过零时刻，实时准确高速地计算出相差与频差。 同期捕捉计算模块：软件连续分析多点的相差、频差值，计算出相差与频差的变化率，同时依据合闸回路所需时间，推算出使工作或备用电源合闸完成时，相位差在零度附近的时刻。 电压检测模块：利用CPU片内A/D转换器，对工作电源电压、备用电源电压及母线三相电压定时采样，与所设置值进行比较，实现低压起动、残压允许、低压减载、断线报警等功能。 逻辑控制模块：随时响应外部开关量信号，进行逻辑分析，完成相应的操作功能。 自检模块：对设置的参数、断路器的开关状态、装置的跳合闸出口、CPU1、CPU2、RAM、EPROM等进行自检，发现故障立即报警，并可通过显示或打印指出具体故障原因。信息打印模块：所有设置参数、自检信息、切换方式及切换过程状态和录波数据全中文打印输出。通讯模块：提供RS232C和RS422/485的通讯协议及软件接口。等待复位 等待复位CPU2故障接收上位机指令读CPU1信息开关量巡检YY 开始初始化 自检正确N起动相应切换模块满足切换N有故障NY图三 CPU2程序主循环框图八 组屏与安装一台机组一般需要两套装置，可单独组屏或安装在其它保护屏内。如单独组屏，每面19英寸标准机柜可安装两套装置、一台打印机和一套备用插件。（两套装置通过共享器合用一台打印机。） 装置的上屏开孔尺寸：140.60.4179+14-6447+14651390.40 本装置的具体使用方法和检验规程请见随装置附带的PZH-1A型微机厂用电快速切换装置 使用说明书。九 附 图11保护手动误跳母线A相母线B相母线C相工作投入备用投入工作正常备用正常保护闭锁耦合闭锁等待复位故障报警自动半自动开放出口关闭出口1234567开关量输入模拟量输入信号处理信号输出出口1出口2开关电源PZH-1A型 微机厂用电快速切换装置面板布置图PT投入跳工作跳备用合备用合工作关闭出口电源正常跳工作设置确认手 动复 位显示打印跳备用半自动 液晶显示屏1PZH-1A型微机厂用电快速切换装置背板端子排图输入信号接地线 1输出信号合备用电源出口241输出信号2 输出42母线PT投入3跳备用电源出口143444保护起动5跳备用电源出口245646保护闭锁7跳辅机出口147848快速切换闭锁9跳辅机出口2491050工作电源投入11跳辅机出口3511252备用电源投入13中央信号切换完毕531454复位15闭锁报警551656手动起动17断线报警571858串/并联方式19故障报警592060关闭出口21直流电源612262工作电源23等待复位632464母线电压A相2565母线电压B相26通讯接口打印机接口信号地66母线电压C相27TXD67母线电压中性点N28RXD68备用电源29RS232C通讯接口信号地6930TXD70输出信号合工作电源出口131RXD7132RS422/485通讯接口TX+72合工作电源出口233TX7334RX+74跳工作电源出口135RX753676跳工作电源出口237773878合备用电源出口139794080PZH1A型 微机厂用电快速切换装置切 换 记 录设定参数： 1 母线电压 100V 2 工作电压 100V 3 备用电压 100V 4 同期捕捉允许 1 5 低压减载允许 1 6 相差 40 7 频差 0.30Hz 8 残压 30% 9 低电压起动值 70% 10 工作正常电压 80% 11 备用正常电压 80% 12 低压起动延时 600mS 13 快切闭锁延时 100mS 14 合备用延时 20mS 15 初始相位 0 16 合闸时