牽引變電所微機智能電壓選取裝置 研究

李承運 國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061

牽引變電所微機智能電壓選取裝置 研究

李承運 國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，通過判別相關開關位置狀態，實現牽引變電所27.5kV側母線電壓的智能化自動選取和切換，并深入分析了其工作原理和硬件組成。

牽引變電所；微機；自動；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的方便，通常在牽引變電所27.5KV側采用單母線分段方式，設置兩臺電壓互感器，正常運行時采用一臺主用，一臺備用運行方式或兩臺同時并列的運行方式。并接在母線上的饋線或其它設備的保護所需的電壓目前往往采用串接轉換開關手動方式選取，這種方式不能隨運行方式的改變及時變化，而且當并列運行時手動選取的壓互斷線或故障無電壓時，由于不能及時切換，可造成保護裝置的誤動或拒動，危害牽引供電的質量。為解決此問題，筆者提出一種微機智能電壓選取裝置的研究。

1 微機智能電壓選取裝置原理

1.1 微機智能電壓選取裝置功能：

微機智能電壓選取裝置的主要功能是要實現隨著運行方式的改變為保護完成正確自動選取電壓的功能，同時完成并列運行方式時當運行壓互失電時自動切換的功能。它的輔助功能包括電壓的測量、手動選取、遙信及其它相關監控功能。

1.2 微機智能電壓選取裝置幾種自動選取邏輯：

圖1為單母線分段簡單接線示意圖：

圖1 簡化示意圖

1.2.1 自動選取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2YH無電）；

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2YH無電）；

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2YH可有電或無電，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檢修或無壓（備注此時2YH無電）；

1.2.2 同樣自動選取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1YH無電）；

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1YH無電）；

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1YH可有電或無電，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檢修或無壓（備注此時1YH無電）；

綜上所述，微機智能電壓選取裝置根據運行方式自動選取電壓邏輯關系優化歸納總結為以下兩點：

（1）．當兩臺壓互僅有一臺有電壓時，根據運行方式選取有電壓的壓互電壓。

（2）．當兩臺壓互同時并列運行時，1YH和2YH都有電壓，優先選取運行進線側的壓互電壓，對側壓互作為備用。如1QF合位選1YH電壓，若2QF合位選2YH電壓。

兩臺壓互同時并列運行時，優先選取運行進線側的壓互電壓，運行過程中當選取的壓互斷線或故障失電時，自動選取備用壓互電壓，切換有電壓的壓互。

微機智能電壓選取裝置還設置了手動選取功能，用于人工檢修時強制切換到相應正確的壓互，也可以實現遠方控制。

微機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、開入模件及人機對話模件等組成。裝置的功能板件，按功能合理劃分，采用了模塊化、功能化、通用化的設計思想，使功能板件的功能明確、便于互換。

裝置的硬件平臺以32位DSP和16位AD作為核心，DSP、AD均采用工業控制領域的主流制造廠商并已有成功應用的、形成系列化的主導產品；DSP除具有常規的高速計算功能外，還包含了大容量的程序FLASH、RAM、I/O接口、SCI、SPI、CAN等資源，大大簡化了硬件的復雜程度，提高了硬件的可靠性。

圖4是裝置的硬件構架模式：

圖4

2.1 CPU模件

CPU板采用32位DSP作為數據采集處理、計算、邏輯判斷的核心，DSP還擁有大容量的程序空間、RAM、I/O信號以及CAN、RS232接口，減少了外圍存儲和輔助芯片，因此提高了系統的可靠性。CPU板的硬件系統結構圖如圖5：

圖5

CPU模件主要完成數據采集、計算、自動邏輯選取、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，主要采集相關開關位置，用于CPU判斷運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，增強了抗干擾能力。開關位置采用雙位置輸入，直接用開關的輔助接點，保證能真實反映開關的實際運行位置，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CPU、采樣、繼電器等模件提供所需電源。

2.5 人機對話模件

人機對話模件采用大液晶、通用鍵盤，主要完成人機對話接口功能，界面清晰、操作簡單。

微機智能電壓選取裝置能完成4組8路電壓的自動選取，即使復雜的牽引供電系統也能完全滿足其需求。

3.結語

微機智能電壓選取裝置能實現隨著運行方式自動選取電壓的功能，實現并列運行方式時電壓自動切換的功能，實現了牽引供電27.5KV側母線電壓的智能化自動選取，為母線上的保護裝置及時提供了實際運行的電壓，保證了供電可靠性、提高了供電質量，在牽引供電系統中必然有著廣闊的應用前景。

微機智能電壓選取裝置同時實現了母線電壓的測量、開關位置的采集、PT斷線等功能，實際也是牽引變電所功能的一種重組整合，實現了系統化、集成化、專業化，適合牽引變電站自動化的發展需求。

[1]曹建猷．電氣化鐵道供電系統[M]．北京：中國鐵道出版社，1993

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[3]溫富國，雷振鋒，李旭，等．關于雙母線電壓切換功能微機化的設計思路探討[J]，電力系統保護與控制，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(1976-)，男，工程師，研究方向電力系統及其自動化。