專利名稱：一種選相分合閘控制裝置的制作方法
技術領域：
本實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 的電力設備的選相分合控制。
背景技術：
在國網公司推動研究特高壓交直流輸電技術的大背景下，特高壓電網中過電壓問 題凸顯。傳統的抑制涌流和過電壓的方法無論是安裝合閘電阻或是設置避雷器都存在如下 缺點1)安裝及結構復雜、可靠性差、造價昂貴，對絕緣結構水平要求苛刻；2)使斷路器的內部結構復雜化，增加了中間環節且降低了可靠性；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計算復 雜；4)避雷器存在盲區，體積大，易老化，比如持續的運行_會損壞氧化鋅閥片等。5)檢查周期短，維修作業量大，維護費用高。6)不容易實現智能化控制，不利于變電站的數字化改造。選相分合閘技術(Controlled Swithing，簡稱CS)作為減小斷路器動作瞬變電 壓、涌流最直接有效的解決途徑，具有明顯的經濟效益和直觀的控制效果。目前，此領域同 類產品如 ABB (CAT 系列、Switchsync 系列)、Siemens (PSD 系列)、Areva (RPH2)、深圳智能 (SID-3YL)等。其產品存在以下缺點1. 一般只采用單相電壓基準，無三相電壓基準功能。 2.適應性差，不具備自學習、自修正能力僅針對某類型號的開關，或外部參數補償量須為 已知條件，不能實時自動獲取和修正。3.不具備補償模式和自適應模式自動判定和智能切 換的功能。
實用新型內容本實用新型的目的是實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、機械特性及相關影響因素，精確控制各相最佳分合相位，以減小操作過電壓和涌 流。本實用新型為實現上述目的，采用如下技術方案本實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 量變送器信號輸入插件、電源模塊和開關量輸出插件，交流模擬量輸入插件接入的模擬量 為接入斷路器母線側的三相或單相電壓信號、接入斷路器線路或設備側三相電流信號； 開關量輸入插件接入的開入量為電力系統分合閘命令開入、斷路器三相合閘位置輔助接 點和斷路器三相分間位置輔助接點、4路變送器輸入；開關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量輸出插件的輸入端，開 關量輸出插件的輸出端分別接分相合閘節點和分相分閘節點；電源模塊(PWR)為所述控制 裝置提供直流電源。[0013]本實用新型的有益效果可主動消除斷路器分合過程所產生的涌流和過電壓等電 磁暫態效應，能夠降低斷路器觸頭的電氣磨損，延長斷路器設備的維護周期和使用壽命；對 于特高壓電網交流系統，能夠顯著降低線路等特高壓電力設備的絕緣要求，從而可實現簡 化網架結構和緊湊型線路的設計。
圖1為本實用新型硬件模塊構成圖圖2為本實用新型功能配置示意圖圖3為本實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三相電壓當前采樣值，Ua'、Ub'、Uc'分別為A、 B、C三相當前采樣點的前一周波采樣值，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。
具體實施方式
以下結合附圖對實用新型的技術方案進行詳細說明如圖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，實時采集系統電壓、電流信號，在電壓采集正常 時開放選相控制程序，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 除了執行受控分合間主程序和協調各板卡外，兼有監測控制系統分合命令開入，位置接點 開入可接三相斷路器常開輔接點和三相斷路器常閉輔助接點，可利用位置信號結合繼電器 動作延時來確定分合時刻。開關量輸入插件(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時采集機構環境溫度、控制回路電壓等信息。開關量輸出插件(即BO 模塊)包括三相合閘及三相分閘輸出干接點，分別連接分合閘操作回路。此外，HMI人機接 口模塊用于人機對話。內部可通過定值整定靜置時間曲線，利用插值算法把時間變量變換 為等待時間補償變量，通過定值整定預擊穿延時，補償斷路器電氣合閘與機械合閘時間差 異，實施精確相位控制。如圖2所示，自動探測所接入的PT信號，自動選擇三相或單相PT模式并獲取合 閘相位基準，當外部分合閘指令開入到CPU板卡，本實用新型綜合考慮機構環境溫度、控制 回路電壓、靜置時間等外部參數對分合時間的影響，自動計算所需延時，并分相發出控制命 令。命令執行完畢后，通過CT電流信號的及時回采來探測合閘和分閘瞬間，另外也可通過 接入三相斷路器常開輔接點和三相斷路器常閉輔助接點來探測斷路器位置變化，在自適應 模式下可自動記錄本次的實際動作數據以用于下次的分合控制。一、選相控制流程
以下結合附圖3詳細說明本實用新型選相合閘控制的具體實施方法。以容性負載 場合補償模式下合間相位控制為例，暫不考慮預擊穿，擬合間于系統電壓過零點1)本實用新型正常運行時處于非動作狀態，自檢程序保證硬件無損壞。實時采集 電壓和電流信號，合閘前電壓頻率穩定，電流為零。“合閘命令輸入”為收到控制系統的指令 時刻，此指令發出的相位具有隨機性。接收到該指令后即進入啟動程序。[0025]2)啟動后，會自動探測并記錄就近的電壓過零點，對應圖3中“過零點檢測”，并以 此作為等待時間變量的計時起始時刻。3)斷路器合閘時間參數Tclose (三相參數各異，此符號僅代表某一特定相的參 數，下同)已以定值形式存入EEPR0M。裝置中間繼電器的動作延時不可忽略，稱為二次回路 延時Tcdly，定義為軟件發出分相命令時刻至輸出接點閉合完畢時刻。為考慮斷口絕緣下降 率RDDS曲線來矯正機械合閘時間與電氣合閘時間偏差，定義預擊穿時間參數Tpres。本例 中暫不考慮即Tpres = 0。4)如此，合閘等待時間變量Tdelay即為Tdelay = N氺20ms-Tclose_Tcdly+TpresN為周波的整數倍值，選取原則為剛好使得Tdelay為正值且具有控制回路電壓、 機構環境溫度、靜置時間等因素對合閘時間補償的裕度。5)裝置通過采集傳感信號和程序內靜置計時器獲取外部影響因素及靜置時間變 量，并采用差值算法獲得各因素的補償量溫度補償時延參數ATwcU控制回路電壓補償時 延參數ATyl、SF6氣體壓力補償時延參數Δ Tqy、油壓補償時延參數Δ Tyy和靜置時間補 償時延參數Δ ζ。為提高控制精度，對合間等待時間變量進行進一步補償 Tdelay = N*20ms-Tclose_Tcdly+Tpres+ Δ Twd+Δ Tyl+Δ Tqy+Δ Tyy+Δ Tjz6)過零點延時Tdelay分相發出控制命令。斷路器合閘瞬間，裝置實時回采電流信 號，通過設定合理的閾值判定有流。如圖3電氣關合瞬間恰在電壓過零點，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用新型在正常運行時實時采集電壓量，自動探測各路電壓接入，當滿足如下 判據分別判定為電壓采集正常時三相PT模式或者電壓采集正常時單相PT模式1)當三相電壓中任一相滿足當前電壓采樣大于有壓閾值，當前采樣與一周波前 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三相電壓當前采樣值，Ua' , Ub'、 Uc'分別為A、B、C三相當前采樣點的前一周波采樣值，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，則判定為采樣值異常，報 警“電壓采樣異常”并閉鎖控制功能。在滿足電壓采樣正常和三相PT模式情況下，繼續判 定A、B、C三相電壓波形相位差是否依次超前120°，否則報警“接入相序有誤”并閉鎖控制 功能。如此實現了三相電壓和單相電壓接入自診斷功能，自動探測接入的電壓相數并獲取 選相控制相位基準，并在在電壓采樣異常和相序有誤情況下報警并閉鎖。三.補償模式和自適應模式自動判定和智能切換功能通常同類產品具有普通模式、補償模式、自適應模式，可根據現場需求通過投退控 制字自由整定。普通模式旨在僅掌握斷路器分合閘時間信息時進行簡單相位控制，因其邏 輯簡單，沒有考慮外部因素影響故工程應用極少；補償模式考慮外部參數對常態動作時間的影響，控制邏輯更合理，效果更理想；自適應模式旨在智能化記錄上次開關控制實際動作 信息，并在將要實施的合閘操作中修正等待時間變量，在操作頻繁的場合特別適用。本實用新型在具備各種運行模式前提下，考慮到自適應模式和補償模式各自的特 點和優點，提出兩種模式智能切換的運行方式。實現方法如下1.設置靜置時間計時器Tjz，通過位置回采信息確定操作頻度。2.在、<1^時(TmkS操作頻度閾值)，滿足自適應模式自動投入的前提條件。3.通過采集當前機構環境溫度Tempr，繼判定是否滿足| Tempr-Tempr ‘
<Temprmk。其中，Tempr'為上一次操作時環境溫度，Temprmk為溫差閾值。4.通過采集當前控制回路電壓Volt，繼續判定是否滿足IVolt-Volt'
<Voltfflko其中，Volt'為上一次操作時的控制電壓，Voltmk為壓差閾值。5.若其他所有外部參數全部滿足約束條件，本實用新型自動切換到自適應模式下 進行該次控制操作。若不滿足任何一個約束條件，切換回補償模式進行控制操作。
權利要求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 量變送器信號輸入插件、電源模塊(PWR)和開關量輸出插件，交流模擬量輸入插件接入的 模擬量為接入斷路器母線側的三相或單相電壓信號(PT)、接入斷路器線路或設備側三相 電流信號(CT)；開關量輸入插件接入的開入量為電力系統分合閘命令開入、斷路器三相 合閘位置輔助接點和斷路器三相分閘位置輔助接點、4路變送器輸入；開關量輸入插件和 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量輸出 插件的輸入端，開關量輸出插件的輸出端分別接分相合閘節點和分相分閘節點；電源模塊 (PWR)為所述控制裝置提供直流電源。
專利摘要本實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、開關量變送器信號輸入插件、電源模塊和開關量輸出插件。本實用新型可主動消除分合過程所產生的涌流和過電壓等電磁暫態效應，有利于系統電壓的穩定，延長斷路器及電力設備的維護周期和使用壽命。
文檔編號H02H9/04GK201789337SQ201020249848
公開日2011年4月6日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者曹冬明, 李九虎, 李海濤, 李海英, 須雷 申請人:南京南瑞繼保工程技術有限公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司