一种新型厂用电自动切换装置的设计

崔宇涛

（湖南省电力公司东江水电厂，湖南 郴州 432403）

1 引言

备用电源自动投切装置(简称备自投)是保证供电系统持续可靠供电的重要措施。备自投装置是发电厂重要的二次设备，其作用是当主电源发生故障时，能自动将备用电源投入，保证重要设备的供电可靠性。

PCC（Programmable Computer Controller）可 编程计算机控制器，其平均无故障时间达50 万h，不仅有着了PLC的高可靠性，而且具有分时多任务操作系统，应用程序由操作系统定时调用。程序调用周期可以预先设置，这样可以保证控制循环时间上的一致性。PCC 还有一个时间处理器TPU（Time Processor Unit），它有自己的处理器，通过调用TPU 函数应用程序可以间接获得实时响应的能力，可以保证测量、控制的实时性，完全可以满足双电源切换控制的要求。

与目前电源自动投切装置相比较，PCC 数字电源自动切换装置具有可靠性高、实时性强、可编程性好、维护方便、通讯简单的优点。本文针对电厂常用的厂用电接线方式，提出一种新型基于PCC的数字电源自动切换装置方案。

2 电厂备自投的运行背景

图1是母联或桥开关备自投主接线图，它是当前厂用电的典型接线形式。

图1 母联或桥开关备用接线图

正常工作电源是从发电机出口处经低压变压器引入，备用电源一般从电厂内高压配电装置中较低电压等级的母线引接或由高压联络变压器第三绕组引接。对于正常切换，在机组开机时，由备用电源给厂用负荷供电，当发电机额定运行并且并网成功后，合上正常工作电源断路器，使其与备用电源短时并联，然后断开备用电源断路器；机组关机时，先闭合备用电源断路器，与正常工作电源短时并联，然后断开工作电源断路器，由备用电源给厂用负荷供电，再将发电机组与系统解列。当工作电源因为故障或不正常情况导致继电保护启动跳开断路器DL1、DL3时备自投装置在备用电源满足合闸条件时合DL4投入备用电源。

由于厂用母线上连接有大量电动机，厂用电低压母线在断电后还会出现幅值和频率不断衰减的残压，使其与备用电源的相角、幅值产生差值。随着残压的快速变化，母线电压与备用电源电压的相角差逐渐增大。因此要求必须在快速变化中找出恰当的时刻进行合闸，以满足备用电源电压与母线残压的差拍电压最小和母线上重要电动机的自启动，这就要求在断电后快速合上备用电源，当重合失败后采用同期装置合上备用电源，在电压很低时可直接合备用电源。

3 PCC备自投装置的硬件设计

3.1 PCC 简介

PCC 支持多种编程语言，除了梯形图、C 语言、指令列表外，还可以使用其专用的AB 语言进行编程，其编程开发较一般的硬件更为便捷。

IP161是一种可编程I/O 处理器模块，采用Motorola的32 位芯片，时钟频率6.29 MHz。在备自投控制器中作为CPU 模块。IP161 时间处理器（TPU）具有的12路可设置高速数字输出/输入通道。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。IP161 有6路14 位A/D，可以完成对电压和电流的交流采样。在通信接口方面，IP161 具有两个RS232串口，一个CAN接口，在与其他控制通道或监控通信时具有极大的灵活性。

3.2 PCC备自投硬件框图

IP161的模拟量通道接入厂用电母线的电压和工作电源电压和备用电源电压，工作电源的单相电流，备用电源的单相电流，IP161的数字量接口采集备用电压、母线电压、工作电源电压的过零点。

RS232 通讯接口与触摸屏进行通讯，人机界面友好，CAN 通讯接口与电厂监控系统连接。

4 PCC备自投的软件实现

4.1 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。逻辑如图3 所示

图3 自投逻辑图

4.2 信号采集

通过调用IP161的IP161ca（）函数实现交流采样，根据实测的频率改变采样间隔实现同步采样，利用全波傅利叶算法计算各路的电压电流的有效值；通过调用两个PCC 自带的时间测量函数LTXDIT（）来记录备用电源、厂用母线电压的过零点时刻，以便计算它们的频率以及相角差，为同期合闸提供依据。

4.3 备自投软件总体结构

正常的厂用电和备用电源的切换是通过手动切换或者通过电厂的控制软件来实现，切换程序的流程如图4 所示

图4 正常手动切换工作流程

当出现事故情况时，控制器自动执行不正常或事故切换程序，其切换流程图如图5 所示

图5 不正常和事故模式下切换工作流程

备自投装置接收到保护接点信号或不正常运行信号时，自动进入事故或异常工况切换模式下运行。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。如果快切方式合闸不成功，则转入同期捕捉切换方式，同期捕捉切换方式仍不成功就采用低压切换方式。

当备用电源不能满足全部供电容量，则应在投入备用电源前有选择地切除部分负荷，同时应闭锁这些线路的重合闸。利用进线的单相电流，可以在备自投装置投入后，对电流进行实时检测，当电流过大时，经一段时间的延时切除厂用母线上不重要的负荷。

5 结论

文中提出了一种动作原理简单、可靠性高的新型备自投方案，符合备自投的基本原理，具有很好的可操控性。这种方案的设计原理不仅适用于电厂厂用电系统，也完全可以将其灵活应用于其他需要电源切换的系统中。

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