變電站備用電源自動投入裝置--課程設(shè)計(jì)(共22頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1.概述 1.1概念為保證供電的可靠性，電力系統(tǒng)經(jīng)常采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的電源進(jìn)行供電，并考慮相互之間采取適當(dāng)?shù)膫溆梅绞健．?dāng)工作電源失去電壓時(shí)，備用電源由自動裝置立即投入，從而保證供電的連續(xù)性，這種自動裝置稱為備用電源自動投入裝置，簡稱 AAT。備用電源自動投入是保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要措施。備用電源自動投入裝置遵循的基本原則如下：當(dāng)工作母線上的電壓低于檢無壓定值，并且持續(xù)時(shí)間大于時(shí)間定值時(shí)，備自投裝置方可起動。備自投的時(shí)間定值應(yīng)與相關(guān)的保護(hù)及重合閘的時(shí)間定值相配合。備用電源的電壓應(yīng)工作于正常范圍，或備用設(shè)備應(yīng)處于正常的準(zhǔn)備狀態(tài)，備自投裝置方可動作，否則應(yīng)予以閉鎖

2、。必須在斷開工作電源的斷路器之后，備自投裝置方可動作。工作電源消失后，不管其進(jìn)線斷路器是否已被斷開，備自投裝置在起動延時(shí)到了以后總是先跳該斷路器，確認(rèn)該斷路器在跳位后，方能合備用電源的斷路器。按照上述邏輯動作，可以避免工作電源在別處被斷開，備自投動作后合于故障或備用電源倒送電的情況發(fā)生。人工切除工作電源時(shí)，備自投裝置不應(yīng)動作。裝置引入進(jìn)線斷路器的手跳信號作為閉鎖量，一旦采到手跳信號，立即使備自投放電，實(shí)現(xiàn)閉鎖。避免備用電源合于永久性故障在考慮運(yùn)行方式和保護(hù)配置時(shí)，應(yīng)避免備自投裝置動作使備用電源合于永久性故障的情況發(fā)生，一般通過引入閉鎖量或檢開關(guān)位置使備自投發(fā)電。例如，就主變低壓側(cè)分段開關(guān)備自投

3、而言，變壓器差動保護(hù)動作跳主變各側(cè)時(shí)，一般表明主變本體發(fā)生故障，此時(shí)無需閉鎖主變低壓側(cè)分段開關(guān)備自投；而變壓器后備保護(hù)動作時(shí)，可能是低壓側(cè)母線或其出線上發(fā)生了故障，此時(shí)一般應(yīng)閉鎖低壓側(cè)分段開關(guān)備自投。備自投裝置只允許動作一次。以往常規(guī)的備用電源自動投入裝置通過裝置內(nèi)部電容器的充放電過程來保證只動作一次。為了便于理解，微機(jī)裝置仍然引用充放電這一概念，只不過微機(jī)備自投裝置由軟件通過邏輯判斷實(shí)現(xiàn)備自投充放電。當(dāng)備自投充電條件滿足時(shí)，經(jīng) 15 秒充電時(shí)間后，進(jìn)入充電完畢狀態(tài)。當(dāng)放電條件滿足、有閉鎖信號或退出備自投時(shí)立即放電。1.2 備用電源的備用方式備用電源的配置一般有明備用和暗備用兩種基本方式。系統(tǒng)

4、正常時(shí)，備用電源或備用設(shè)備不工作，處于備用狀態(tài)，成為明備用；系統(tǒng)正常是，備用電源也投入工作 ，稱為暗備用。暗備用實(shí)際上是兩個(gè)工作電源互為備用。圖1-1所示為幾種備用方式的簡單接線圖。圖1-1中TV為電壓互感器，TA為電流互感器。（a）明備用(b) 暗備用之一(c) 暗備用之二圖1-1 幾種備用方式的簡單接線圖1.2.1 明備用的控制有一個(gè)工作電源和一個(gè)備用電源的接線，即為明備用的配置，如圖1-1（a）所示。圖中。TI為工作變壓器，T2為備用變壓器。正常工作時(shí)。QF1、QF2處于合閘位置，工作母線上的負(fù)荷由工作電源通過T1供給；此時(shí)QF3合上（也可斷開）、QF4斷開，T2處于別用狀態(tài)。當(dāng)工作母線

5、因某種愿意失電時(shí)，在QF2斷開后，QF4合上（QF3斷開時(shí)，要與QF4同時(shí)合上），恢復(fù)對工作母線的供電。1.2.2 暗備用的控制有兩個(gè)工作電源互為備用的接線，兩回進(jìn)線或電源同時(shí)供電，如圖1-1（B）(C)所示。在圖1-1（B）中，正常工作時(shí)，母線和母線分別由T1、T2供電，分段斷路器QF5處于斷開狀態(tài)。當(dāng)母線和母線因某種原因失電時(shí)，在進(jìn)線斷路器QF2或者QF4斷開后，QF5合上，恢復(fù)對工作母線的供電。這種T1或T2既工作又備用的方式，稱為暗備用。需要指出的是，在圖1-1（B）中。T1或T2也可工作在明備用的方式下。這樣，對于圖1-1（B）又有以下備用方式：（1）備用方式1。T1、T2分列運(yùn)行，

6、QF2跳開后QF5由AAT裝置自動合上，母線由T2供電（2）備用方式2。T1、T2分列運(yùn)行，QF4跳開后QF5由AAT裝置動作自動合上，母線由T1供電。（3）備用方式3。QF5合上，QF4斷開，母線、由T1供電；當(dāng)QF2跳開后，QF4由AAT裝置動作自動合上，母線和母線由T2供電。（4）備用方式4。QF5合上，QF2斷開，母線、由T2供電；當(dāng)QF4跳開后，QF2由AAT裝置動作自動合上，母線和母線由T1供電。2.裝置硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件結(jié)構(gòu)以圖1-1（b）所示的雙電源互為備用一次接線為例，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。通過電壓互感器和電流互感器將母線上的電壓和電流反映給電壓繼電器和電流繼電器，其中

7、電流互感器的輸出接電流繼電器，電壓繼電器的輸出接過壓繼電器和欠壓繼電器。再通過這些繼電器的觸點(diǎn)將母線有壓、無壓和母線進(jìn)線有流、無流反映給PLC。圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)示意圖外部電流和電壓輸入經(jīng)變換器隔離變換后，由低通濾波器輸入至A/D變換器，經(jīng)過CPU采樣和數(shù)據(jù)處理后，由邏輯程序完成各種預(yù)定的功能。AAT裝置的主要輸入與輸出有以下幾種：（1） 從備用電源自動投入的一次接線方案圖【圖1-1（b）】可以看出，測量TV3和TV4二次電壓來判別母線III和IV上有、無電壓，測量的事三相電壓并非單相電壓。（2） 采用母線III和母線IV進(jìn)線電流（測量TV1和TV2的二次電流），防止TV斷線誤判工作母線失壓導(dǎo)

8、致誤啟動AAT裝置；利用母線III和母線IV進(jìn)線電流閉鎖AAT，同時(shí)兼做進(jìn)線斷路器跳閘的輔助判據(jù)，閉鎖用電流只需一相即可。（3） QF2、QF4、QF5的跳位與合位的信息由跳閘位置繼電器和合閘位置繼電器的觸點(diǎn)來提供，并識別系統(tǒng)運(yùn)行方式及選擇自動投入方式。（4） 引入斷路器QF2(或QF4)的合后位置觸點(diǎn)，作為手跳斷路器后閉鎖自動投入和外部閉鎖自動投入輸入觸點(diǎn)。（5） 裝置輸出3對觸點(diǎn)分別跳斷路器QF2、QF4、QF5；輸出2對觸點(diǎn)用于自動投入QF5，輸出9對觸點(diǎn)用于過負(fù)荷聯(lián)切。所謂過負(fù)荷聯(lián)切，是指在投入備用電源后，利用母線III和母線IV進(jìn)線電流，如發(fā)生過負(fù)荷，切除預(yù)先準(zhǔn)備切除的若干條不重要的

9、負(fù)荷線路。2.2 PLC選型從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)11個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)3個(gè)。參照四門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)CPU224（14入/10繼電器輸出），此最為經(jīng)濟(jì)。2.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配輸入地址名稱代號I0.0母線III無壓KV1I0.1母線III進(jìn)線無流KI1I0.2母線IV有壓KV2I0.3方式1投入KF1I0.4T1保護(hù)KF3I0.5母線IV無壓KV3I0.6母線IV進(jìn)線無流KI2I0.7母線III有壓KV4I1.0方式2投入KF2I1.1T2保護(hù)KF4I1.2方式1、方式2閉鎖KF5輸出地址名稱代號Q0.0跳QF2QF2Q0.1跳QF4

10、QF4Q0.2合QF5QF5控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代號及地址編號如表2-1所示。表2-1 輸入/輸出點(diǎn)代號及地址編號2.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖如圖2-2所示為控制電路圖。圖中:SF為急停開關(guān)，TA為隔離變壓器，專為PLC供電，抗干擾，QF2、QF4、QF5均由PLC的輸出繼電器控制，圖中Q0.0、Q0.1、Q0.2為PLC的繼電器觸點(diǎn)。圖2-2 控制電路圖如圖2-3所示為PLC的外接線圖，如有需要，還可以加入擴(kuò)展模塊。有條件的話可以接入觸摸屏，通過對其設(shè)定和操作，即可按規(guī)定的程序工作。圖2-3 PLC部分接線圖3.裝置軟件設(shè)計(jì)3.1 備用電源自動投入裝置的軟件原理在圖1-1（B）所示

11、的雙電源互為備用一次接線中，有四種基本備用方式，備用方式1和備用方式2是變壓器T1和T2各帶一組母線分列運(yùn)行（QF5必處斷位），靠母線分段斷路器QF5的合閘實(shí)現(xiàn)互為供電的兩種備用方式，是暗備用方式；備用方式3和備用方式4是一個(gè)變壓器帶母線III和母線IV運(yùn)行（QF5必處于合位），另一個(gè)變壓器備用的工作方式，是明備用方式。圖3-1所示為暗備用方式1的AAT裝置軟件邏輯框圖。圖3-1 暗備用方式的AAT裝置軟件邏輯框圖(1) AAT裝置的啟動方式。圖1-1（B）接線以備用方式1正常運(yùn)行時(shí)，QF1、QF2的控制開關(guān)必在投入狀態(tài)，變壓器T1和變壓器T2分別供應(yīng)電能給母線III和母線IV。在t3時(shí)間元件

12、10-15S充足電后，只要確認(rèn)QF2已跳閘，在母線由電壓的情況下，Y9、H4動作。QF5就合閘。這說明工作母線受電側(cè)斷路器的控制開關(guān)（處合閘位）與斷路器位置（處跳閘位）不是對應(yīng)要啟動AAT裝置（在備用母線由電壓情況下），即AAT裝置的不對應(yīng)啟動方式，是AAT裝置的主要啟動方式然而，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)故障使工作電源失去電壓，不對應(yīng)啟動方式不能使AAT裝置啟動時(shí)，應(yīng)考慮其他啟動方式輔助不對應(yīng)啟動方式。在實(shí)際應(yīng)用中，使用最多的輔助啟動方式是采用低電壓來檢測工作母線是否失去電壓。在圖4-8(A)中，電力系統(tǒng)內(nèi)的故障導(dǎo)致工作母線III失壓，母線III進(jìn)線無電流，備用母線IV有電壓，通過Y2啟動t1時(shí)間元件，跳開Q

13、F2，AAT裝置動作?？梢姡瑘D4-8（A）是低電壓啟動AAT裝置部分，是AAT裝置的輔助啟動方式，這種輔助啟動方式能反映功過母線失去電壓的所有情況，但著中國輔助啟動方式的主要問題是如何克服電壓互感器二次回路斷線的影響。可見AAT裝置啟動具有不對應(yīng)啟動和低電壓啟動兩部分，實(shí)現(xiàn)了工作母線任何原因失電均能啟動AAT裝置的要求。同時(shí)可以看出，只有在QF2跳開后，QF5才能合閘，實(shí)現(xiàn)了工作電源斷開后AAT裝置才動作的要求；工作母線（母線III）與備用母線（母線IV）同時(shí)失去電壓，AAT不動作；備用母線（母線IV）無壓，根據(jù)圖4-8邏輯框圖，AAT裝置也不動作。（2）AAT裝置的充電過程。微機(jī)型備用電源自

14、動投入裝置為了保證正確動作且只動作一次，在邏輯中設(shè)計(jì)了類似自動重合閘裝置的充電過程（10-15S）。只有充電完成后AAT裝置才進(jìn)入工作狀態(tài)。如圖4-8（C）所示要使AAT裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，必須要使時(shí)間元件t3充足電，充電時(shí)間需10-15秒，這樣才能為Y11裝置動作準(zhǔn)備好條件。AAT裝置充電條件是：變壓器T1T2分列運(yùn)行，即QF2處合位、QF4處合位QF5處跳位，所以與門Y5動作；母線III和母線IV均三相有壓（說明QF1、QF3均合上，工作電源均正常），與門Y6工作。在滿足上述條件，沒有AAT裝置的放電信號情況下，與門Y7的輸出對事件原件t3進(jìn)行充電。當(dāng)經(jīng)過10-15S充電過程后，為與門Y11

15、準(zhǔn)備好了動作條件，即AAT裝置動作準(zhǔn)備好了條件。一旦與門Y11的另一輸入信號（AAT裝置動作命令）到來，AAT裝置就動作，最終合上QF5斷路器。（3）AAT裝置的放電功能。對AAT裝置的放電功能，就是在某些條件下要取消AAT裝置的動作能力，實(shí)現(xiàn)AAT裝置的閉鎖。t3的放電條件有：QF5處合位（AAT裝置動作成功后，備用工作方式1不存在了，t3不必再充電）；母線III和母線IV均三相無壓（T1、T2不投入工作，t3禁止充電；T1、T2投入工作后t3才開始充電）；備用方式1和備用方式2閉鎖投入（不去用備用方式1、備用方式2的備用方式）。這三個(gè)條件滿足其中之一，t3會瞬間放電，閉鎖AAT裝置?？梢钥?/p>

16、出,T1、T2投入工作10-15S，等t3充足電后，AAT裝置才有可能動作。AAT裝置動作使QF5合閘后，t3瞬時(shí)放電；若QF5合于故障上，則由QF5上的加速保護(hù)使QF5立即跳閘，此時(shí)母線III（備用方式2工作時(shí)為母線IV）三相無壓，Y6不動作，t3不可能充電。于是,AAT裝置不再動作，從而保證了AAT裝置只動作一次。(4) AAT裝置的動作過程。當(dāng)備用方式1運(yùn)行15秒后，AAT裝置的動作過程如下：工作變壓器T1故障時(shí)，T1保護(hù)動作信號經(jīng)H1使QF2跳閘；工作母線III上發(fā)生短路故障時(shí)，T1后備保護(hù)動作信號經(jīng)H1使QF2跳閘；工作母線III的出線上發(fā)生短路故障而沒有被該出線斷路器斷開時(shí)，同樣由

17、T1后備保護(hù)動作經(jīng)H1使QF2跳閘；電力系統(tǒng)內(nèi)故障使母線III失壓時(shí)，在母線III無進(jìn)線電流、母線IV有壓的情況下經(jīng)時(shí)間t1使QF2跳閘；QF1跳閘時(shí)，母線III失壓、母線III進(jìn)線無電流、母線IV有壓的情況下經(jīng)時(shí)間t1使QF2跳閘，或QF1跳閘時(shí)連跳QF2跳閘。QF2跳閘后，在確認(rèn)已跳開（斷路器無電流）、備用母線有壓情況下，Y11動作，QF5合閘。當(dāng)合于故障上時(shí)，QF5上的保護(hù)加速動作，QF5跳開，AAT裝置不再動作?？梢?，圖4-8所示的AAT裝置邏輯框圖完全滿足AAT裝置的基本要求。3.2程序變電站備用電源自動投入裝置的軟件設(shè)計(jì)對應(yīng)的簡要程序如圖3-2所示?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用情況適當(dāng)改變程序以

18、達(dá)到工作要求。圖3-2 簡要程序3.3 AAT裝置參數(shù)整定整定的參數(shù)有低電壓元件動作值、過電壓元件動作值、AAT裝置充電時(shí)間、AAT裝置動作時(shí)間、低電流元件動作值等。(1) 低電壓元件動作值。低電壓元件用來檢測工作母線是否失去電壓的情況，當(dāng)工作母線失壓時(shí)，低電壓元件應(yīng)可靠動作。為此，低電壓元件的動作電壓應(yīng)低于工作母線出線短路故障切除后電動機(jī)自啟動時(shí)的最低母線電壓；工作母線（包括上一級母線）上的電抗器或變壓器后發(fā)生短路故障時(shí)，低電壓元件不應(yīng)動作。考慮上述兩種情況，低電壓元件動作值一般取額定電壓的25%。(2) 過電壓元件動作值。過電壓元件用來檢測備用母線（暗備用時(shí)是工作母線）是否有電壓的情況。如

19、圖中以備用方式1、備用方式2運(yùn)行時(shí)，工作母線出現(xiàn)故障被該出線斷路器斷開后，母線上電動機(jī)自啟動是備用母線出現(xiàn)最低運(yùn)行電壓Umin，過電壓元件應(yīng)處動作狀態(tài)。故過電壓元件動作電壓Uop為Uop=式中：Krel為可靠系數(shù)，取1.2；Kr為返回系數(shù)，取0.9；Ntv為電壓互感器變比。一般Uop不應(yīng)低于額定電壓的70%。(3) AAT裝置充電時(shí)間。圖所示以備用方式1、備用方式2運(yùn)行時(shí)，當(dāng)備用電源動作于故障上時(shí)，由設(shè)在QF5上的加速保護(hù)將QF5跳閘。若故障是瞬時(shí)性的，則可立即恢復(fù)原有備用方式，為保證斷路器切斷能力的恢復(fù)，AAT裝置的充電時(shí)間應(yīng)不小于斷路器第二個(gè)“合閘跳閘”間的時(shí)間間隔。一般間隔時(shí)間取1015s?？梢?，AAT裝置的充電時(shí)間是必需的，且充電時(shí)間應(yīng)為1015s.(4) AAT裝置動作時(shí)間。AAT裝置動作時(shí)間是指由于電力系統(tǒng)內(nèi)的故障使工作母線失壓跳開，工作母線受電側(cè)斷路器的延時(shí)時(shí)間。 因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)內(nèi)短路故障時(shí)低電壓元件可能動作，顯然此時(shí)AAT裝置不能動作，所以設(shè)置延時(shí)是保證AAT裝置動作選擇性的重要措施。AAT裝置的動作時(shí)間Top(t1、t2)為Top=Tmax+t式中：Tmax為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生使低電壓元件的短路故障時(shí)，切除短路故障的保護(hù)最大動作時(shí)間；t為時(shí)間常數(shù)，取0.4s。(5) 低電流元