專利名稱：一種選相分合閘控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種斷路器選相分合間控制裝置，適用于交流站及直流換流站中 的電力設(shè)備的選相分合控制。
背景技術(shù)：
在國(guó)網(wǎng)公司推動(dòng)研究特高壓交直流輸電技術(shù)的大背景下，特高壓電網(wǎng)中過電壓?jiǎn)?題凸顯。傳統(tǒng)的抑制涌流和過電壓的方法無論是安裝合閘電阻或是設(shè)置避雷器都存在如下 缺點(diǎn)1)安裝及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、造價(jià)昂貴，對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)水平要求苛刻；2)使斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，增加了中間環(huán)節(jié)且降低了可靠性；3)某些狀況下單一措施控制效果并不理想，仍需輔助以其他措施且參數(shù)計(jì)算復(fù) 雜；4)避雷器存在盲區(qū)，體積大，易老化，比如持續(xù)的運(yùn)行_會(huì)損壞氧化鋅閥片等。5)檢查周期短，維修作業(yè)量大，維護(hù)費(fèi)用高。6)不容易實(shí)現(xiàn)智能化控制，不利于變電站的數(shù)字化改造。選相分合閘技術(shù)(Controlled Swithing，簡(jiǎn)稱CS)作為減小斷路器動(dòng)作瞬變電 壓、涌流最直接有效的解決途徑，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和直觀的控制效果。目前，此領(lǐng)域同 類產(chǎn)品如 ABB (CAT 系列、Switchsync 系列)、Siemens (PSD 系列)、Areva (RPH2)、深圳智能 (SID-3YL)等。其產(chǎn)品存在以下缺點(diǎn)1. 一般只采用單相電壓基準(zhǔn)，無三相電壓基準(zhǔn)功能。 2.適應(yīng)性差，不具備自學(xué)習(xí)、自修正能力僅針對(duì)某類型號(hào)的開關(guān)，或外部參數(shù)補(bǔ)償量須為 已知條件，不能實(shí)時(shí)自動(dòng)獲取和修正。3.不具備補(bǔ)償模式和自適應(yīng)模式自動(dòng)判定和智能切 換的功能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是實(shí)用新型一種基于微處理器的智能裝置，考慮斷路器的電 氣特性、機(jī)械特性及相關(guān)影響因素，精確控制各相最佳分合相位，以減小操作過電壓和涌 流。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型一種選相分合間控制裝置，包括CPU模塊、交流模擬量輸入插件、開關(guān) 量變送器信號(hào)輸入插件、電源模塊和開關(guān)量輸出插件，交流模擬量輸入插件接入的模擬量 為接入斷路器母線側(cè)的三相或單相電壓信號(hào)、接入斷路器線路或設(shè)備側(cè)三相電流信號(hào)； 開關(guān)量輸入插件接入的開入量為電力系統(tǒng)分合閘命令開入、斷路器三相合閘位置輔助接 點(diǎn)和斷路器三相分間位置輔助接點(diǎn)、4路變送器輸入；開關(guān)量輸入插件和交流模擬量輸入 插件的輸出端分別接CPU模塊的輸入端，CPU模塊的輸出端接開關(guān)量輸出插件的輸入端，開 關(guān)量輸出插件的輸出端分別接分相合閘節(jié)點(diǎn)和分相分閘節(jié)點(diǎn)；電源模塊(PWR)為所述控制 裝置提供直流電源。[0013]本實(shí)用新型的有益效果可主動(dòng)消除斷路器分合過程所產(chǎn)生的涌流和過電壓等電 磁暫態(tài)效應(yīng)，能夠降低斷路器觸頭的電氣磨損，延長(zhǎng)斷路器設(shè)備的維護(hù)周期和使用壽命；對(duì) 于特高壓電網(wǎng)交流系統(tǒng)，能夠顯著降低線路等特高壓電力設(shè)備的絕緣要求，從而可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn) 化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和緊湊型線路的設(shè)計(jì)。

圖1為本實(shí)用新型硬件模塊構(gòu)成圖圖2為本實(shí)用新型功能配置示意圖圖3為本實(shí)用新型選相合閘錄波控制流程圖圖4為單相電壓和三相電壓診斷邏輯圖其中，Ua、Ub、Uc分別為A、B、C三相電壓當(dāng)前采樣值，Ua'、Ub'、Uc'分別為A、 B、C三相當(dāng)前采樣點(diǎn)的前一周波采樣值，Ukl為有壓閾值，Uk2為各相差異閾值，Uk3為本相 差異閾值，Uk4為無壓閾值。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖1所示電源模塊(PWR模塊)提供裝置的直流電源。模擬量輸入模塊(即AC 模塊)提供3路電壓及3路電流采樣通道，實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)電壓、電流信號(hào)，在電壓采集正常 時(shí)開放選相控制程序，否則閉鎖該功能；利用電流采集可精確判定電氣分合瞬間。CPU模塊 除了執(zhí)行受控分合間主程序和協(xié)調(diào)各板卡外，兼有監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)分合命令開入，位置接點(diǎn) 開入可接三相斷路器常開輔接點(diǎn)和三相斷路器常閉輔助接點(diǎn)，可利用位置信號(hào)結(jié)合繼電器 動(dòng)作延時(shí)來確定分合時(shí)刻。開關(guān)量輸入插件(即BI模塊)可以接入8路備用開入，4路變 送器輸入接口可以實(shí)時(shí)采集機(jī)構(gòu)環(huán)境溫度、控制回路電壓等信息。開關(guān)量輸出插件(即BO 模塊)包括三相合閘及三相分閘輸出干接點(diǎn)，分別連接分合閘操作回路。此外，HMI人機(jī)接 口模塊用于人機(jī)對(duì)話。內(nèi)部可通過定值整定靜置時(shí)間曲線，利用插值算法把時(shí)間變量變換 為等待時(shí)間補(bǔ)償變量，通過定值整定預(yù)擊穿延時(shí)，補(bǔ)償斷路器電氣合閘與機(jī)械合閘時(shí)間差 異，實(shí)施精確相位控制。如圖2所示，自動(dòng)探測(cè)所接入的PT信號(hào)，自動(dòng)選擇三相或單相PT模式并獲取合 閘相位基準(zhǔn)，當(dāng)外部分合閘指令開入到CPU板卡，本實(shí)用新型綜合考慮機(jī)構(gòu)環(huán)境溫度、控制 回路電壓、靜置時(shí)間等外部參數(shù)對(duì)分合時(shí)間的影響，自動(dòng)計(jì)算所需延時(shí)，并分相發(fā)出控制命 令。命令執(zhí)行完畢后，通過CT電流信號(hào)的及時(shí)回采來探測(cè)合閘和分閘瞬間，另外也可通過 接入三相斷路器常開輔接點(diǎn)和三相斷路器常閉輔助接點(diǎn)來探測(cè)斷路器位置變化，在自適應(yīng) 模式下可自動(dòng)記錄本次的實(shí)際動(dòng)作數(shù)據(jù)以用于下次的分合控制。一、選相控制流程
以下結(jié)合附圖3詳細(xì)說明本實(shí)用新型選相合閘控制的具體實(shí)施方法。以容性負(fù)載 場(chǎng)合補(bǔ)償模式下合間相位控制為例，暫不考慮預(yù)擊穿，擬合間于系統(tǒng)電壓過零點(diǎn)1)本實(shí)用新型正常運(yùn)行時(shí)處于非動(dòng)作狀態(tài)，自檢程序保證硬件無損壞。實(shí)時(shí)采集 電壓和電流信號(hào)，合閘前電壓頻率穩(wěn)定，電流為零?！昂祥l命令輸入”為收到控制系統(tǒng)的指令 時(shí)刻，此指令發(fā)出的相位具有隨機(jī)性。接收到該指令后即進(jìn)入啟動(dòng)程序。[0025]2)啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)探測(cè)并記錄就近的電壓過零點(diǎn)，對(duì)應(yīng)圖3中“過零點(diǎn)檢測(cè)”，并以 此作為等待時(shí)間變量的計(jì)時(shí)起始時(shí)刻。3)斷路器合閘時(shí)間參數(shù)Tclose (三相參數(shù)各異，此符號(hào)僅代表某一特定相的參 數(shù)，下同)已以定值形式存入EEPR0M。裝置中間繼電器的動(dòng)作延時(shí)不可忽略，稱為二次回路 延時(shí)Tcdly，定義為軟件發(fā)出分相命令時(shí)刻至輸出接點(diǎn)閉合完畢時(shí)刻。為考慮斷口絕緣下降 率RDDS曲線來矯正機(jī)械合閘時(shí)間與電氣合閘時(shí)間偏差，定義預(yù)擊穿時(shí)間參數(shù)Tpres。本例 中暫不考慮即Tpres = 0。4)如此，合閘等待時(shí)間變量Tdelay即為Tdelay = N氺20ms-Tclose_Tcdly+TpresN為周波的整數(shù)倍值，選取原則為剛好使得Tdelay為正值且具有控制回路電壓、 機(jī)構(gòu)環(huán)境溫度、靜置時(shí)間等因素對(duì)合閘時(shí)間補(bǔ)償?shù)脑６取?)裝置通過采集傳感信號(hào)和程序內(nèi)靜置計(jì)時(shí)器獲取外部影響因素及靜置時(shí)間變 量，并采用差值算法獲得各因素的補(bǔ)償量溫度補(bǔ)償時(shí)延參數(shù)ATwcU控制回路電壓補(bǔ)償時(shí) 延參數(shù)ATyl、SF6氣體壓力補(bǔ)償時(shí)延參數(shù)Δ Tqy、油壓補(bǔ)償時(shí)延參數(shù)Δ Tyy和靜置時(shí)間補(bǔ) 償時(shí)延參數(shù)Δ ζ。為提高控制精度，對(duì)合間等待時(shí)間變量進(jìn)行進(jìn)一步補(bǔ)償 Tdelay = N*20ms-Tclose_Tcdly+Tpres+ Δ Twd+Δ Tyl+Δ Tqy+Δ Tyy+Δ Tjz6)過零點(diǎn)延時(shí)Tdelay分相發(fā)出控制命令。斷路器合閘瞬間，裝置實(shí)時(shí)回采電流信 號(hào)，通過設(shè)定合理的閾值判定有流。如圖3電氣關(guān)合瞬間恰在電壓過零點(diǎn)，受控合閘全過程 完畢。二、單相電壓、三相電壓智能診斷過程本實(shí)用新型在正常運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)采集電壓量，自動(dòng)探測(cè)各路電壓接入，當(dāng)滿足如下 判據(jù)分別判定為電壓采集正常時(shí)三相PT模式或者電壓采集正常時(shí)單相PT模式1)當(dāng)三相電壓中任一相滿足當(dāng)前電壓采樣大于有壓閾值，當(dāng)前采樣與一周波前 采樣差異小于本相差異閾值，且其余兩相電壓采樣小于無壓閾值。判定為單相PT模式。2)當(dāng)三相電壓都滿足各相電壓采樣大于有壓閾值，任何兩相之間采樣差值小于 各相差異閾值，且任何一相電壓采樣與一周波前本相電壓采樣差值小于本相差異閾值。判 定為三相PT模式。如圖4所示，其中，Ua、Ub、Uc分別為Α、B、C三相電壓當(dāng)前采樣值，Ua' , Ub'、 Uc'分別為A、B、C三相當(dāng)前采樣點(diǎn)的前一周波采樣值，Ukl為有壓閾值取為90%的電壓額 定值，Uk2為各相差異閾值取為5%的電壓額定，Uk3為本相差異閾值取為5%的電壓額定， Uk4為無壓閾值取為10%的電壓額定。若不滿足如圖4所述判據(jù)，則判定為采樣值異常，報(bào) 警“電壓采樣異?！辈㈤]鎖控制功能。在滿足電壓采樣正常和三相PT模式情況下，繼續(xù)判 定A、B、C三相電壓波形相位差是否依次超前120°，否則報(bào)警“接入相序有誤”并閉鎖控制 功能。如此實(shí)現(xiàn)了三相電壓和單相電壓接入自診斷功能，自動(dòng)探測(cè)接入的電壓相數(shù)并獲取 選相控制相位基準(zhǔn)，并在在電壓采樣異常和相序有誤情況下報(bào)警并閉鎖。三.補(bǔ)償模式和自適應(yīng)模式自動(dòng)判定和智能切換功能通常同類產(chǎn)品具有普通模式、補(bǔ)償模式、自適應(yīng)模式，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求通過投退控 制字自由整定。普通模式旨在僅掌握斷路器分合閘時(shí)間信息時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單相位控制，因其邏 輯簡(jiǎn)單，沒有考慮外部因素影響故工程應(yīng)用極少；補(bǔ)償模式考慮外部參數(shù)對(duì)常態(tài)動(dòng)作時(shí)間的影響，控制邏輯更合理，效果更理想；自適應(yīng)模式旨在智能化記錄上次開關(guān)控制實(shí)際動(dòng)作 信息，并在將要實(shí)施的合閘操作中修正等待時(shí)間變量，在操作頻繁的場(chǎng)合特別適用。本實(shí)用新型在具備各種運(yùn)行模式前提下，考慮到自適應(yīng)模式和補(bǔ)償模式各自的特 點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，提出兩種模式智能切換的運(yùn)行方式。實(shí)現(xiàn)方法如下1.設(shè)置靜置時(shí)間計(jì)時(shí)器Tjz，通過位置回采信息確定操作頻度。2.在、<1^時(shí)(TmkS操作頻度閾值)，滿足自適應(yīng)模式自動(dòng)投入的前提條件。3.通過采集當(dāng)前機(jī)構(gòu)環(huán)境溫度Tempr，繼判定是否滿足| Tempr-Tempr ‘
<Temprmk。其中，Tempr'為上一次操作時(shí)環(huán)境溫度，Temprmk為溫差閾值。4.通過采集當(dāng)前控制回路電壓Volt，繼續(xù)判定是否滿足IVolt-Volt'
<Voltfflko其中，Volt'為上一次操作時(shí)的控制電壓，Voltmk為壓差閾值。5.若其他所有外部參數(shù)全部滿足約束條件，本實(shí)用新型自動(dòng)切換到自適應(yīng)模式下 進(jìn)行該次控制操作。若不滿足任何一個(gè)約束條件，切換回補(bǔ)償模式進(jìn)行控制操作。
權(quán)利要求1. 一種選相分合間控制裝置，其特征在于包括CPU模塊、交流模擬量輸入插件、開關(guān) 量變送器信號(hào)輸入插件、電源模塊(PWR)和開關(guān)量輸出插件，交流模擬量輸入插件接入的 模擬量為接入斷路器母線側(cè)的三相或單相電壓信號(hào)(PT)、接入斷路器線路或設(shè)備側(cè)三相 電流信號(hào)(CT)；開關(guān)量輸入插件接入的開入量為電力系統(tǒng)分合閘命令開入、斷路器三相 合閘位置輔助接點(diǎn)和斷路器三相分閘位置輔助接點(diǎn)、4路變送器輸入；開關(guān)量輸入插件和 交流模擬量輸入插件的輸出端分別接CPU模塊的輸入端，CPU模塊的輸出端接開關(guān)量輸出 插件的輸入端，開關(guān)量輸出插件的輸出端分別接分相合閘節(jié)點(diǎn)和分相分閘節(jié)點(diǎn)；電源模塊 (PWR)為所述控制裝置提供直流電源。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種選相分合閘控制裝置，包括CPU模塊、交流模擬量輸入插件、開關(guān)量變送器信號(hào)輸入插件、電源模塊和開關(guān)量輸出插件。本實(shí)用新型可主動(dòng)消除分合過程所產(chǎn)生的涌流和過電壓等電磁暫態(tài)效應(yīng)，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，延長(zhǎng)斷路器及電力設(shè)備的維護(hù)周期和使用壽命。
文檔編號(hào)H02H9/04GK201789337SQ201020249848
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者曹冬明, 李九虎, 李海濤, 李海英, 須雷 申請(qǐng)人:南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司