CN102074902B - 具联锁保护功能的可视化交流配电板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种联锁保护功能的可视化交流配电板，包括与交流电源相联接的母排，母排上设置有断路器和接触器，其特征在于：它还包括：检测采集单元，与交流电源相联接，用于采集交流电源电压值、电流值、功率因数和功率；联锁控制单元，与所述的断路器和接触器联接，对所述的断路器和接触器取状态信号、对状态信号进行处理、并输出控制信号反馈给所述的断路器和接触器；综合显示单元，与检测采集单元和联锁控制单元联接，接收各项信号并分屏进行状态显示。本发明引入了可视化功能和联锁保护功能，实现了对交流电源和供电网络的实时运行监控，和对交流配电板内所有开关保护元件的控制和保护。

Description

具联锁保护功能的可视化交流配电板

技术领域

本发明涉及交流供配电网络。

背景技术

交流配电板为陆用、船用电网中最重要的配电设备，负责对用电设备的供配电，具有电网管理、保护、操作等综合功能。随着现代科技的发展，一方面配电设备对电网的保护功能要求越来越完善，另一方面用户对于配电板对全船电网综合操作的安全性、人性化的要求也越来越高。

随着交流电网复杂程度的增加，交流配电板操作的安全性、可靠性、合理性越来越重要。一方面，操作人员若缺乏对全网络运行状态的实时认识，往往需要在对交流配电板进行操作前对电网供配电状态进行清查确认，效率较低；另一方面，操作人员在进行操作时需保证头脑清晰、操作得当，严格按照操作规程进行，否则极易误操作，可能引发失电事故，对交流电网及用电设备带来不良影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种联锁保护功能的可视化交流配电板。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：具联锁保护功能的可视化交流配电板，包括与交流电源相联接的母排，母排与断路器和接触器联接，其特征在于：它还包括：

检测采集单元，与交流电源相联接，用于采集交流电源电压值、电流值、功率因数和功率；

联锁控制单元，与所述的断路器和接触器联接，对所述的断路器和接触器取状态信号、对状态信号进行处理、并输出控制信号反馈给所述的断路器和接触器；

综合显示单元，与检测采集单元和联锁控制单元联接，接收各项信号并分屏进行状态显示。

按上述方案，所述的检测采集单元为智能型集成传感器。

按上述方案，所述的断路器包括交流电源控制断路器、母排连接断路器、岸电控制断路器、变压器控制断路器和支路控制断路器；所述的接触器包括交流电源控制接触器和并联回路接触器。

按上述方案，所述的联锁控制单元包括可编程逻辑控制器及其扩展模块和多个继电器，所述的每个断路器分别与联锁控制单元的一个继电器联接，所述的每个接触器分别与联锁控制单元的一个继电器联接。

按上述方案，所述的综合显示单元由智能液晶显示屏及其处理单元构成，所述的处理单元为嵌入式CPU；所述的可编程逻辑控制器与嵌入式CPU之间采用RS485通讯协议联接。

按上述方案，所述的综合显示单元包括5种分屏状态界面，分别为：

待机界面，显示生产厂家和监测内容；

回路界面，显示交流配电板拓扑图、各接触器状态和各断路器状态，通过不同颜色显示线路是否有电信息；

并联界面，显示汇集并独立出来的与交流电源并联有关的内容；

数据界面，显示所有交流电源的实时电压值、电流值、功率值、频率值和功率因数；

帮助界面，显示以上界面的说明，包括界面划分、色彩配置、按钮意义和报警功能。

本发明的工作原理为：

首先根据电网运行状态确定出各保护元件之间的相互制约条件，在此称之为“联锁条件”，即明确当不满足此条件时，某些特定的开关是不能够闭合的，即使是手动开关也无法人工闭合，这样就可有效的避免操作失误带来的不良后果；其次是通过合理的软硬件配置方式，有效地实施“联锁条件”。

本发明分别从硬件和软件方面来实现保护元件的相互联锁：硬件实现联锁的含义为在特殊保护元件边上增加继电器等控制回路，附加给该保护元件一些闭合的条件；软件实现联锁的含义则是通过编制程序，把上述“联锁条件”编制成信息处理元件能够理解的语言；最后，选择可靠、安全的信息处理单元作为联锁控制单元来实现对保护开关元件的联锁保护。

为了保证显示单元的有效性，准确迅速的信息传输、明确清晰的信息显示、完整的显示界面是其前提。良好的可视化方式可有助于操作人员迅速准确的掌握所需信息，反之则可能对操作人员产生误导作用，造成对电网状态的反复确认。

本发明的有益效果为：

1、引入了可视化功能，实现了对交流电源和供电网络的实时运行监控，增加了配电板与操作人员之间的“人机互动”，为操作人员提供了非常直观的感性指示，使操作人员能够迅速掌握电源和电网各种状态，指引操作人员正确操作；

2、引入了联锁保护功能，实现了对交流配电板内所有开关保护元件的控制和保护，避免了由于操作失误而引起的电源自保护、停机或非正常并联，保护电源装置不受损伤；避免了由于操作失误而引起的电网过载、短路等对保护元件的冲击，减少了元器件故障的几率，大大提高了交流配电板自身的可靠性和交流电网的安全性；

3、对每个对象设置继电器作为状态检测点，简单可行；选取可编程逻辑控制器(即PLC)作为信号的处理单元，与嵌入式CPU之间采用RS485通讯协议，能够高效准确传输数据；

4、将显示信息进行分类，并分屏显示，既保证了所有显示信息的完整性，又凸现了各分屏信息具备的突出点，操作人员可根据需要选择分屏状态界面，若要掌握更多信息只需要在各屏之间进行切换，避免了由于所有信息集中于单屏而导致的数据遗漏或者不便选择有用信息。

5、为了凸现人性化设计特点，还可以设置帮助功能，对各屏信息进行了详细的说明，帮助操作人员迅速了解和理解各屏显示信息。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构框图

图2为本发明一实施例的工作原理流程图

具体实施方式

图1为本发明一实施例的结构框图，在现有的交流配电板上增设检测采集单元、联锁控制单元和综合显示单元，以实现联锁保护和可视化功能。

检测采集单元与交流电源相联接，用于采集交流电源电压值、电流值、功率因数和功率。本实施例对每台交流电源设置一个智能型集成传感器件作为检测采集单元，共计要检测3相电压值、3相电流值共6个参数，需要输出电流值、电压值、功率因数和功率共4种参数。

联锁控制单元，与所述的断路器和接触器联接，对所述的断路器和接触器取状态信号、对状态信号进行处理、并输出控制信号反馈给所述的断路器和接触器。根据电网结构，确定交流电源控制断路器及接触器、母排连接断路器、岸电控制断路器、并联回路接触器、变压器控制断路器和支路控制断路器的状态作为检测对象，对每个对象设置辅助常开触点(继电器)作为状态检测点，共计36个监测点。选择可靠、安全的信息处理单元来实现对保护开关元件的联锁保护，本实施例的硬件载体选用了广泛应用于船舶***、技术成熟可靠的西门子S7-200可编程控制器(PLC)及其扩展模块。

综合显示单元，包括智能液晶显示屏及其处理单元，与检测采集单元和联锁控制单元联接，接收各项信号并分屏进行状态显示。本实施例选用的智能液晶显示屏的处理单元采用赛扬M嵌入式版CPU，主频为800Hz，内存256M，硬盘4G，操作***采用Microsoft WindowsXP嵌入式版，运行速度快，显示画面清晰，可扩展性强。内置软件功能强大，能够快速处理大量数据；与PLC之间采用了RS485通讯协议，能够高效准确传输数据。

图2为本发明一实施例的工作原理流程图，各类信息状态检测处理后在综合显示单元进行显示，PLC对继电器进行检测判断，若满足闭合条件则接通保护继电器，若不满足闭合条件则继续进行检测。

本实施例PLC中的软件是针对某特定型船的操作使用特征设计而成。PLC根据电网要求理清各断路器、接触器之间的关系，确定了联锁条件，并列出了联锁关系表。以岸电断路器(5Q)为例，当使用岸电的时候，要求船用电源一律不准在网，那么此时岸电断路器(5Q)能够接通的一个必要条件就是控制交流电源在网的接触器(KM1-KM4)处于断开状态。用表格的形式表示如下：

开关的状态用“0”表示断开，用“1”表示闭合，若是上述表格中KM1-KM4任一个为“1”状态，5Q都不允许闭合。5Q能够闭合的条件还有很多，同时每个断路器、接触器又有很多必须满足才能闭合的条件，累加起来就形成了“联锁条件表”。

PLC准确接收到各接触器和断路器的状态信号，经写入联锁条件程序之后，对多种信息进行处理，并且输出控制信号，能够有效的控制各断路器、接触器的接通和断开。

确定好智能液晶显示屏与智能型集成传感器件、PLC之间的通讯协议，并比对各自接口，明确传输内容和连接线。

智能液晶显示屏显示的5种分屏状态界面：

待机界面——显示生产厂家和监测主要内容；

回路界面——显示电网配电单线拓扑图，显示各接触器状态和各断路器状态，通过不同颜色显示线路是否有电信息；

并联界面——将与电源并联有关的内容汇集并独立出来，在操作员进行电源并联操作时可以清晰的知道待并电源及电网的并联相关状态；

数据界面——集中显示所有电源的实时电压值、电流值、功率值、频率值和功率因数。

帮助界面——对以上几种界面进行说明，包括界面划分、色彩配置、按钮意义、报警功能等，使人机交互更加人性化。

本实施例中检测状态准确、监测数据迅速，根据联锁条件，PLC能有效控制和保护开关保护元件的状态，各环节之间通讯正常、数据交换稳定，智能液晶显示屏能够准确显示各项状态检测量，色彩鲜丽，反应迅速能够有效的、实时的、准确的、迅速的显示电网运行状态，显示各项运行参数，具备报警功能，能够给操作者鲜明的感性指示，最终实现了交流配电板的可视化联锁保护功能。

Claims (1)

1.具联锁保护功能的可视化交流配电板，包括与交流电源相联接的母排，母排与断路器和接触器联接，其特征在于：它还包括：

检测采集单元，与交流电源相联接，用于采集交流电源电压值、电流值、功率因数和功率；

联锁控制单元，与所述的断路器和接触器联接，对所述的断路器和接触器取状态信号、对状态信号进行处理、并输出控制信号反馈给所述的断路器和接触器；

综合显示单元，与检测采集单元和联锁控制单元联接，接收各项信号并分屏进行状态显示；

所述的检测采集单元为智能型集成传感器；

所述的断路器包括交流电源控制断路器、母排连接断路器、岸电控制断路器、变压器控制断路器和支路控制断路器；所述的接触器包括交流电源控制接触器和并联回路接触器；

所述的联锁控制单元包括可编程逻辑控制器及其扩展模块和多个继电器，所述的每个断路器分别与联锁控制单元的一个继电器联接，所述的每个接触器分别与联锁控制单元的一个继电器联接；

所述的综合显示单元由智能液晶显示屏及其处理单元构成，所述的处理单元为嵌入式CPU；所述的可编程逻辑控制器与嵌入式CPU之间采用RS485通讯协议联接；

所述的综合显示单元包括5种分屏状态界面，分别为：

待机界面，显示生产厂家和监测内容；

回路界面，显示交流配电板拓扑图、各接触器状态和各断路器状态，通过不同颜色显示线路是否有电信息；

并联界面，显示汇集并独立出来的与交流电源并联有关的内容；

数据界面，显示所有交流电源的实时电压值、电流值、功率值、频率值和功率因数；

帮助界面，显示以上界面的说明，包括界面划分、色彩配置、按钮意义和报警功能。

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