廠用電快切邏輯控制系統設計

付 軍,涂永飛,聶光輝

(鎮江華東電力設備制造廠有限公司，江蘇 鎮江 212004)

廠用電快切邏輯控制系統設計

付 軍,涂永飛,聶光輝

(鎮江華東電力設備制造廠有限公司，江蘇 鎮江 212004)

主要介紹一種廠用電快速切換裝置控制切換邏輯的設計方法。該設計采用DSP和CPLD作為核心處理器件，DSP芯片負責計算、監控、錄波和控制信號生成，CPLD負責將DSP生成的控制信號進行邏輯出口合成并發至斷路器作為動作控制信號。

快切裝置；廠用電；同期；DSP；CPLD；

0 引言

廠用電快速切換裝置用于對供電可靠性要求較高的場合進行兩路供電電源之間切換，保證對各用電設備的連續可靠供電，廣泛用于發電廠、鋼鐵、石化[1]及煤炭等企業的供電控制系統。其切換過程需考慮兩路供電電源及母線的電壓、頻率、相位、電流等電氣量和開關位置接點等開關量，切換過程非常復雜，如何保證切換控制的可靠性顯得尤為重要。本文在介紹廠用電切換裝置的基礎上設計了一種基于DSP數字信號處理器和CPLD可編程邏輯器件的快切裝置邏輯切換控制系統，并成功應用于鎮江華東電力設備制造廠有限公司[2]的新型廠用電快切裝置的設計過程中。

1 廠用電切換裝置功能介紹

圖1 廠用電供電系統的供電電路圖

廠用電供電系統的供電電路圖如圖1所示[3]，裝置負責母線的兩路供電電源工作電和備用電之間的快速切換，快速切換就是指在母線殘壓還沒有下降之前，投上備用電源，以便給用電設備連續供電。為了避免母線電壓與備用電源電壓相位差過大而在切換時造成沖擊危險，裝置切換過程檢查同期條件(相差、頻差)[4]，當不滿足同期條件時，閉鎖快速切換，轉而進行同期捕捉，即在母線電壓還未大幅下跌之前，通過對母線相位變化的實時計算分析，并根據合閘所需時間，捕捉合閘時機，使得合閘完成時備用電源電壓與母線電壓的相位差接近零度。運行時，裝置需實時快速地檢查工作電源、備用電源及母線的電壓、電流、頻率和相位，檢查開關的位置，接受遙信命令，當電壓出現故障、開關位置出現異常或接到手動切換命令時，裝置快速啟動切換，并在切換過程中計算捕捉同期條件，快速地合上備用電源。

2 邏輯切換系統硬件設計

快切裝置的切換可分為工作電源至備用電源和備用電源至工作電源的雙向切換，所以裝置的動作出口主要為合工作、跳備用、合備用、跳工作開關，按跳合開關的順序，其切換方式分為：(1)并聯切換：先合目標開關，再跳原來開關；(2)串聯切換：先跳原來開關，再合目標開關。邏輯切換系統的設計方案采用DSP+CPLD的控制方式，DSP數字處理器采用TI公司的TMS32OF28335，其特點是32位處理器，具備浮點運算能力，主頻高達150MHz，內含256K字Flash和34K字SARAM,具有2個CAN口、3個SCI口、2個MCBSP、1個SPI口等豐富外圍設備[5]。具有16通道12位A/D轉換器，考慮到計算精度，本系統A/D芯片不采用片內A/D，而采用兩片8通道16位A/D采樣芯片AD7606，CPLD芯片采用ALTERA公司的EPM3128，整個切換系統硬件設計如圖2所示。

圖2 切換系統硬件設計圖

DSP作為裝置邏輯處理核心，負責監測工作電壓、備用電壓及母線電壓，啟動A/D采樣，收集A/D轉換數據，計算各路電源電壓、頻率、相位及頻差、相差[6]，負責監測各開關狀態及接受外圍啟動命令，切換時產生手動啟動、低壓啟動和誤跳啟動信號，以啟動裝置進行切換，切換工程中DSP通過實時計算模擬量和監測開關量輸入信號產生切換方向、合閘允許、跳閘允許、切換模式等信號，一旦發現故障，及時發出切換閉鎖信號以結束切換過程。所有上述信號都輸入到CPLD芯片，CPLD接受DSP發出的信號，并根據編程好的切換邏輯判斷后發出合工作、跳備用、合備用及跳工作命令給出口繼電器，啟動斷路器跳合閘。同時系統將相關出口信號返回給DSP以記錄相關動作過程和時間。

3 DSP控制程序設計

DSP程序流程如圖3所示。DSP上電啟動完成初始化后，不斷檢測各個開關量輸入信號，啟動A/D轉換模擬量并計算各電氣量信號，檢查是否有切換信號，如果有切換信號，裝置將進入切換控制程序，產生各個切換信號給CPLD以發出斷路器動作信號，同時記錄切換過程及錄波數據。若無切換信號，DSP與人機交互CPU進行信息通信，將信息上傳顯示并響應人機交互命令。

圖3 DSP程序框圖

4 CPLD邏輯控制圖設計

CPLD接收從DSP發來的各種切換信號，進行邏輯編程，采用邏輯圖編程方式。首先啟動切換信號和切換閉鎖信號，串/并聯信號進行邏輯合成以產生串聯切換或并聯切換方式，串聯切換方式將先跳后合，并聯切換方式將先合后跳。同時裝置有切換閉鎖信號，CPLD將閉鎖裝置切換，不響應切換命令，邏輯控制如圖4所示。

圖4 CPLD 邏輯控制圖

產生串/聯切換信號后，其信號與發來的切換方向、合閘允許及斷路器開關接點信號進行合成后產生跳合閘輸出信號，其中串聯切換合閘信號必須等斷路器常開輸入接點斷開并且接到合閘允許信號后才能發出，并聯切換跳閘信號必須等斷路器常開輸入接點合上以后才能發出。圖5為工作電至備用電切換的邏輯控制圖，其出口為跳工作

圖5 串/并聯切換出口邏輯控制圖

和合備用斷路器出口信號。備用電至工作電切換正好相反，為跳備用和合工作出口，不再詳細說明。

5 結束語

廠用電快速切換裝置作為供電系統重要的自動控制裝置，其運行的穩定性和可靠性對系統供電來說至關重要，而切換邏輯控制系統設計是裝置設計的核心，切換過程涉及的電氣量、開關量及計算參數較多，再考慮到切換方向、開關動作次序等控制量，動作過程非常復雜。本設計將監控計算和出口邏輯合成分開，使得DSP數字處理器專門負責計算、監控裝置及切換數據記錄，充分發揮其控制計算性能，減少了其邏輯控制任務，也大大降低了編程的復雜度，邏輯出口合成則由CPLD完成，充分發揮其并行邏輯運算功能，實現了處理器的控制算法任務和數字邏輯任務的平行處理，各部分功能獨立，運行更加可靠。在實際裝置設計和運行中，本設計方案取得了較好的運行效果，滿足了裝置設計要求。

[1] 曹玉章.微機快速切換裝置在石化企業廠用電系統的應用及推廣[J].電氣應用,2010(14)：66-70.

[2] 黃海波.廠用電快速裝置相關問題研究 [J].華電技術，2009，31(9)：1-5.

[3] 郭建，魯國剛.新型廠用電快速切換裝置設計[J].廣東電力,2006,19(12)：51-55.

[4] 許正亞.變壓器及中低壓網絡數字式保護[M].北京：中國水利水電出版社,2004.

[5] 劉陵順，高艷麗，張樹團,等.TMS320F28335DSP原理及開發編程[M].北京：北京航空航天大學出版社,2011.

[6] 付英杰，梁志珊，侯玉，等.雙電源快速切換系統仿真研究[J].電氣應用,2012(19)：60-65.

Design of logic control system for station service power fast transtor device

FuJun,TuYongfei,NieGuanghui

(ZhenjiangEastChinaElectricPowerEquipmentCompanyLtd.，Zhenjiang212004,China)

Thispaperintroducesadesignoflogiccontrolsystemforstationservicepowerfasttransfordevice.InthedesignweuseDSPandCPLDascoreprocessingchip.DSPchipisusedtocalculate,controlandmakerecord.Inoperationofthedevice,DSPproducescontrolsignalsandgivesthemtoCPLD.CPLDmakeslogicprocessingandproducescircuitbreakertrippingsignals.

fasttranstordevice；stationservicepower；synchronism；DSP；CPLD

TP

ADOI： 10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.22.001

付軍,涂永飛,聶光輝. 廠用電快切邏輯控制系統設計[J].微型機與應用，2016,35(22)：6-7，10.

2016-05-24)

付軍(1979-)，通信作者，男，工程師，主要研究方向：電力系統自動裝置。E-mail：fujun35303@163.com。

涂永飛(1983-)，男，碩士，工程師，主要研究方向：電力系統自動裝置。

聶光輝(1986-)，男，碩士，主要研究方向：電力系統設備。