微机备用电源自动切换装置的探讨

摘要：备自投装置是重要的设备，其可靠性的好坏直接影响供电的可靠性。针对目前对备自投装置的微机化、网络化、可操作性及可靠性高等要求，微机数字备自投装置能够很好的实现备用电源自动切换，本文介绍了该装置的硬件设计、工作原理及几项关键技术。

关键词：厂用电；电源；备自投；

Abstract: auto-switching is important equipment, the reliability of which has direct influences on power supply. In order to meeting the needs of computerization, internetization, operability and reliability of auto-switching, a solution of new type of auto-switching based on Microcomputer came into being. The paper introduces hardware designs, principles and several key techniques of such device, applying as its controller.

Key words: Auxiliary power ;standby power; auto-switching;

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1.引言

随着我国社会经济的快速发展,“电”在经济发展中起着非常重要的作用。按照电力发展适当超前的要求,电网负荷这几年一直保持着快速发展,无论是居民的生活用电还是工厂的机器用电都对我们电网供电的稳定性提出了更高的要求。随着对电网供电可靠性、连续性和安全运行等要求的不断提高,备用电源自投装置开始在电力系统得到普及。由于电网、电源建设跟不上供电的需要,电网运行中出现了一些不稳定的因素。要提高供电的可靠性,就要在单侧电源供电的网点、过载的网点以及安全稳定运行需要的网点,设置备用电源。当主供电源中断后,或相关元件过载时,迅速自动投入备用电源。因此,近年来,备用电源自动投入已经成为电网提高供电可靠性的一项重要措施。

备用电源自动投入装置的基本原理为了保证电网供电的可靠性,保证对比较重要的负荷不间断供电,通常采用两路独立电源对一个负荷供电,在正常方式下由一路电源供电,另一路热备用;当供电电源出现故障而停电失压时,热备用电源自动投入继续供电,我们把能实现类似逻辑的自动装置称为备用电源自动投入装置,简称备自投。

微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。

与目前电源自动投切装置相比较，微机数字电源自动切换装置采用整形电路、放大电路、触摸屏和可编程计算机控制器对备用电源自动投切装置进行控制，提高了该装置的可靠性及切换速度。采用可编程计算机控制器作为备用电源自动投切装置的主控制器，备用电源自动投切装置在具有高可靠性的同时，又具有编程容易、调试方便、执行速度快、通讯简单、便于检修维护、成本低等特点。

2.电厂备自投的运行背景

图1是母联内桥电源切换装置主接线图。

图1微机电源切换装置系统图

Fig1. The system diagram of Microcomputer -auto-switching

运行时，根据当前线路运行方式，备自投装置投入相应动作逻辑，并在具有备用电源的工作母线因任何原因失去电压时动作。先切断故障线路，在工作电源确已断开后，再将备用电源投入。备自投装置只动作一次，以避免备用电源投入到永久性故障时继电保护动作将其断开后又重新投入，对系统造成再次冲击，造成更严重的事故。手动断开工作回路时，不启动备自投装置。

正常运行情况下，两段母线分别由各自供电电源支路供电，断路器QF1、QF2均闭合，母联开关QF3分位。当任一供电支路故障时，电源切换装置电根据故障情况，跳开QF1（或QF2），合母联开关QF3，两段母线均由无故障的电源支路供电，保证两段母线均不失电。也可手动控制QF1（或QF2）和QF3的分合，进行供电电源支路的切换。

3. 微机备自投装置的硬件设计

3.1 微机备自投硬件结构

本文采用微机为可编程计算机，其编程开发较为便捷，一般的可编程计算机都有配套的编程软件，可以使用C、逻辑图、基础语言basic等。

可编程计算机在备自投控制器中作为控制模块，选用带有高速数字量输入通道、高速数字量输出通道、以及模拟量输入输出通道的可编程计算机，高速数字输出通道用来输出断路器合闸信号、跳闸信号、输入通道可以接入电压信号整形后的方波信号用于测量相角差和测频，输入通道还用来监测断路器的状态，完成备自投装置的采集测量、逻辑判断、控制输出等功能。

图2.系统硬件结构

Fig2.system hardware

图2为微机备自投装置的硬件结构图，将需要采集的电压电流信号经过调理电路后接入模拟量通道，对采集点的电压电流进行采样测量，将PT的二次侧信号经整形电路后送入数字量输入通道可实现频率测量，将断路器的位置信号接入数字量通道可以进行断路器位置的判断，断路器的合闸信号和跳闸信号由数字量通道输出。

利用RS232通讯接口与触摸屏进行通讯，可根据需要采用不同的协议，CAN通讯接口与电厂监控系统连接，能够适用于不同系统的通讯需求，同时加以人机显示，通过友好的人机界面设计，清楚的进行人机信息交换，给运行维护带来很多方便。

4.备自投的逻辑及软件实现

备自投装置动作的准确与否，主要靠信号采集、逻辑判断、命令执行来完成。信号采集是基础，通过准确的采集电压、开关状态，给逻辑判断的准确性提供基础依据；合理的逻辑不需要繁琐的判断，越简单、可靠的逻辑，越适合；命令执行较为简单，主要依靠脉冲信号驱动外部电路、设备来实现开关位置的转换，实现备自投的动作。

4.1 信号采集

通过微机信号采集实现交流采样，实时计算各路的电压电流，通过数字量端口来测量各断路器的开关状态。

4.2 自投逻辑

装置自投由定值及对开关量输入编程决定，各逻辑条件可分为自投允许和闭锁条件，当满足自投允许而无闭锁条件时进行自投动作。为防止重复动作，动作后加以延时限制。在正常的电源的切换通过手动切换或者通过控制软件来实现。逻辑如图3所示

图3.自投逻辑图

Fig3. logic diagram of auto-switching

4.3 进线失压保护逻辑

当进线电压低于设定值、且母线电压都低于设定值时，启动失压保护

图4. 进线失压保护逻辑

Fig4. logic diagram of lost-voltage protection

4.4 PT断线监测逻辑

当进线电压低于设定值、且母线电压有一相高于设定值时，报告PT断线

图5. PT断线监测逻辑

Fig5. logic diagram of PT-disconnection

当出现不正常或者事故情况时，控制器自动执行不正常或事故切换程序，在事故自动切换与不正常情况两种自动切换模式下，备自投装置由保护接点信号或不正常情况信号启动。跳闸后装置根据模拟量处理得到的结果依次根据主、备合闸判据判断是否发出合闸命令。合闸条件满足后，通过开关量I/O口输出合闸信号，合闸信号经过中间继电器将信号放大后输出到断路器的合闸回路，断路器合闸成功则返回其状态信号使合闸输出命令复归并显示在人机交互界面。

5.结论

依据当前的电力系统的需要，提供了一种动作原理简单、可靠性高的新型电源自动投切装置方案，符合自投的基本原理，具有较好的可靠性。改善电磁型备用电源自投装置接线复杂、功能僵化、误动等缺点 ,提出了微机型备用电源自投装置。根据主接线特点 ,用软件的智能性 ,可对不同主接线方式的发电厂和变电站自动进行模式识别 ,而不需要继保人员频繁操作。该装置制作成本低、运行可靠性高、功能齐全、使用方便。以此设计的微机型备用电源自投装置具有良好的性能和实用价值。这种方案的设计原理不仅适用于电力系统自动投切系统，也完全可以将其灵活应用于其他需要电源切换的系统中。

文献参考

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作者：孟宪盛，请加一个第二作者刘俏倩