一種新型廠用電自動切換裝置的設計

崔宇濤

（湖南省電力公司東江水電廠，湖南 郴州 432403）

1 引言

備用電源自動投切裝置(簡稱備自投)是保證供電系統持續可靠供電的重要措施。備自投裝置是發電廠重要的二次設備，其作用是當主電源發生故障時，能自動將備用電源投入，保證重要設備的供電可靠性。

PCC（Programmable Computer Controller）可 編程計算機控制器，其平均無故障時間達50 萬h，不僅有著了PLC的高可靠性，而且具有分時多任務操作系統，應用程序由操作系統定時調用。程序調用周期可以預先設置，這樣可以保證控制循環時間上的一致性。PCC 還有一個時間處理器TPU（Time Processor Unit），它有自己的處理器，通過調用TPU 函數應用程序可以間接獲得實時響應的能力，可以保證測量、控制的實時性，完全可以滿足雙電源切換控制的要求。

與目前電源自動投切裝置相比較，PCC 數字電源自動切換裝置具有可靠性高、實時性強、可編程性好、維護方便、通訊簡單的優點。本文針對電廠常用的廠用電接線方式，提出一種新型基于PCC的數字電源自動切換裝置方案。

2 電廠備自投的運行背景

圖1是母聯或橋開關備自投主接線圖，它是當前廠用電的典型接線形式。

圖1 母聯或橋開關備用接線圖

正常工作電源是從發電機出口處經低壓變壓器引入，備用電源一般從電廠內高壓配電裝置中較低電壓等級的母線引接或由高壓聯絡變壓器第三繞組引接。對于正常切換，在機組開機時，由備用電源給廠用負荷供電，當發電機額定運行并且并網成功后，合上正常工作電源斷路器，使其與備用電源短時并聯，然后斷開備用電源斷路器；機組關機時，先閉合備用電源斷路器，與正常工作電源短時并聯，然后斷開工作電源斷路器，由備用電源給廠用負荷供電，再將發電機組與系統解列。當工作電源因為故障或不正常情況導致繼電保護啟動跳開斷路器DL1、DL3時備自投裝置在備用電源滿足合閘條件時合DL4投入備用電源。

由于廠用母線上連接有大量電動機，廠用電低壓母線在斷電后還會出現幅值和頻率不斷衰減的殘壓，使其與備用電源的相角、幅值產生差值。隨著殘壓的快速變化，母線電壓與備用電源電壓的相角差逐漸增大。因此要求必須在快速變化中找出恰當的時刻進行合閘，以滿足備用電源電壓與母線殘壓的差拍電壓最小和母線上重要電動機的自啟動，這就要求在斷電后快速合上備用電源，當重合失敗后采用同期裝置合上備用電源，在電壓很低時可直接合備用電源。

3 PCC備自投裝置的硬件設計

3.1 PCC 簡介

PCC 支持多種編程語言，除了梯形圖、C 語言、指令列表外，還可以使用其專用的AB 語言進行編程，其編程開發較一般的硬件更為便捷。

IP161是一種可編程I/O 處理器模塊，采用Motorola的32 位芯片，時鐘頻率6.29 MHz。在備自投控制器中作為CPU 模塊。IP161 時間處理器（TPU）具有的12路可設置高速數字輸出/輸入通道。輸出通道用來輸出斷路器合閘信號、跳閘信號、輸入通道可以接入電壓信號整形后的方波信號用于測量相角差和測頻，輸入通道還用來監測斷路器的狀態。IP161 有6路14 位A/D，可以完成對電壓和電流的交流采樣。在通信接口方面，IP161 具有兩個RS232串口，一個CAN接口，在與其他控制通道或監控通信時具有極大的靈活性。

3.2 PCC備自投硬件框圖

IP161的模擬量通道接入廠用電母線的電壓和工作電源電壓和備用電源電壓，工作電源的單相電流，備用電源的單相電流，IP161的數字量接口采集備用電壓、母線電壓、工作電源電壓的過零點。

RS232 通訊接口與觸摸屏進行通訊，人機界面友好，CAN 通訊接口與電廠監控系統連接。

4 PCC備自投的軟件實現

4.1 自投邏輯

裝置自投由定值及對開關量輸入編程決定，各邏輯條件可分為自投允許和閉鎖條件，當滿足自投允許而無閉鎖條件時進行自投動作。為防止重復動作，動作后加以延時限制。邏輯如圖3 所示

圖3 自投邏輯圖

4.2 信號采集

通過調用IP161的IP161ca（）函數實現交流采樣，根據實測的頻率改變采樣間隔實現同步采樣，利用全波傅利葉算法計算各路的電壓電流的有效值；通過調用兩個PCC 自帶的時間測量函數LTXDIT（）來記錄備用電源、廠用母線電壓的過零點時刻，以便計算它們的頻率以及相角差，為同期合閘提供依據。

4.3 備自投軟件總體結構

正常的廠用電和備用電源的切換是通過手動切換或者通過電廠的控制軟件來實現，切換程序的流程如圖4 所示

圖4 正常手動切換工作流程

當出現事故情況時，控制器自動執行不正?；蚴鹿是袚Q程序，其切換流程圖如圖5 所示

圖5 不正常和事故模式下切換工作流程

備自投裝置接收到保護接點信號或不正常運行信號時，自動進入事故或異常工況切換模式下運行。裝置根據模擬量處理得到的結果依次根據主、備合閘判據判斷是否發出合閘命令。合閘條件滿足后，通過開關量I/O 口輸出合閘信號，合閘信號經過中間繼電器將信號放大后輸出到斷路器的合閘回路，斷路器合閘成功則返回其狀態信號使合閘輸出命令復歸并顯示在人機交互界面。如果快切方式合閘不成功，則轉入同期捕捉切換方式，同期捕捉切換方式仍不成功就采用低壓切換方式。

當備用電源不能滿足全部供電容量，則應在投入備用電源前有選擇地切除部分負荷，同時應閉鎖這些線路的重合閘。利用進線的單相電流，可以在備自投裝置投入后，對電流進行實時檢測，當電流過大時，經一段時間的延時切除廠用母線上不重要的負荷。

5 結論

文中提出了一種動作原理簡單、可靠性高的新型備自投方案，符合備自投的基本原理，具有很好的可操控性。這種方案的設計原理不僅適用于電廠廠用電系統，也完全可以將其靈活應用于其他需要電源切換的系統中。

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