CN106602522A - 一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于变电站单母分段接线方式的电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，属于电力***继电保护及其自动化技术领域，包括交流插件、CPU插件、信号插件和人机对话插件，通过检测自动并列控制逻辑的状态，实现对电压互感器并列的自动控制，并具有电压采样及参数显示、母线低电压保护、母线过电压保护、电压互感器断线检测功能，可对电压互感器进行有效的保护和监控，能有效防止电压互感器异常并列、二次回路反充电等电压并列事故的发生，可用于35kV及以下电压等级的电压互感器自动并列领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，属于电力***继电保护及其自动化技术领域。
背景技术
目前，在变电站单母分段接线方式中，每段母线都有一台电压互感器，并设置有两段母线电压互感器并列回路。当某段母线的电压互感器因检修或故障停役而母线不停役时，为保证保护装置、测量仪表等设备采集的二次电压与一次电压对应，避免发生保护装置误动、拒动，要求通过电压互感器并列回路使电压互感器二次侧并列，使该段母线上所接的保护装置、测量仪表等可以继续正常运行。
传统的电压互感器并列回路通常采用母联断路器、隔离开关的辅助触点和中间继电器构成。传统的电压互感器并列装置为简单的继电器控制装置，仅仅通过判断母联断路器、隔离开关等的位置信息来实现电压互感器二次侧并列，当母联断路器、隔离开关的辅助触点或继电器的触点接触不良时，容易造成电压并列失败、电压互感器二次回路失压、电压互感器二次电压反充电等事故。而且这类装置缺少交流电压采样与显示、开关量检测等功能，不具有故障自动判别功能，不能实时监视变电站电压回路运行状态，影响电网的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种具备交流电压采样与显示、开关量检测功能，能够实时监视变电站电压回路运行状态，能够结合交流电压进行自动并列逻辑判断，并具有故障告警、母线低电压保护、母线过电压保护、母线接地保护、电压互感器断线检测功能的电压互感器并列装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，采用插件式结构，包括交流插件、CPU插件、信号插件和人机对话插件，所述交流插件包括交流信号输入采样电路、信号调理电路和A/D转换电路，所述CPU插件包括电源电路、ARM处理器、网络通信电路和模拟量输出电路，所述信号插件包括开关量输入电路和开关量输出电路，所述人机对话插件包括液晶显示电路、信号灯指示电路和键盘电路，所述交流插件、所述信号插件、所述人机对话插件与所述CPU插件通过总线板相连。
进一步地，所述交流插件包括10个交流信号输入采样电路，所述10个交流信号采样电路包括Ⅰ母线A相电压U_A1采样电路、Ⅰ母线B相电压U_B1采样电路、Ⅰ母线C相电压U_C1采样电路、Ⅰ母线零序电压U_L1采样电路、Ⅰ母线抽取电压U_X1采样电路、Ⅱ母线A相电压U_A2采样电路、Ⅱ母线B相电压U_B2采样电路、Ⅱ母线C相电压U_C2采样电路、Ⅱ母线零序电压U_L2采样电路、Ⅱ母线抽取电压U_X2采样电路，所述交流信号采样电路的输入端与所述的被采样电压相连，所述交流信号采样电路的输出端与所述信号调理电路输入端相连。
进一步地，所述交流插件中的信号调理电路包括第一集成运放A1、第二集成运放A2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2，所述第一二极管D1的负极与所述交流信号采样电路的输出端、所述第二二极管D2的正极、所述第一集成运放A1的反相输入端相连，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极、所述第一集成运放A1的同相输入端相连共同接地，所述第一电阻R1的一端与所述第一集成运放A1的反相输入端相连，所述第一电阻R1另一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第一电容C1的一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电阻R2的一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第二电阻R2的另一端与所述第二集成运放A2的反相输入端相连，所述第三电阻R3的一端与所述第二集成运放A2的同相输入端相连，所述第三电阻R3的另一端接地，所述第四电阻R4的一端与所述第二集成运放A2的反相输入端相连，所述第四电阻R4另一端与所述第二集成运放A2的输出端相连，所述第五电阻R5的一端与所述第二集成运放A2的输出端相连，所述第五电阻R5的另一端与所述第二电容C2的一端连接后共同与所述A/D转换电路的输入端相连，所述第二电容C2的另一端接地。
进一步地，所述一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，还包括外部母联断路器QF、Ⅰ母线隔离开关QS11、Ⅱ母线隔离开关QS12、Ⅰ母线电压互感器隔离开关QS12、Ⅱ母线电压互感器隔离开关QS22、Ⅰ母线电压互感器重动继电器KMR1、Ⅱ母线电压互感器重动继电器KMR2、电压互感器切换继电器BLJ、电压互感器二次电压回路中带漏电保护的交流空气开关ZK。
进一步地，本发明还提供了一种用于变电站电压互感器并列装置的自动并列控制逻辑，用以判断电压互感器自动并列的条件，所述自动并列控制逻辑包括：
（1）所述电压互感器并列装置中的外部母联断路器QF处于合位；
（2）所述电压互感器并列装置中的Ⅰ母线隔离开关QS11和Ⅱ母线隔离开关QS12同时处于合位；
（3）所述电压互感器并列装置中的Ⅰ母线电压互感器隔离开关QS12处于合位，或者Ⅱ母线电压互感器隔离开关QS22处于合位；
（4）所述电压互感器并列装置中Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路的同相电压差U_A12、U_B12和U_C12均小于二次回路同相电压差的整定值U_SET。
进一步地，所述电压互感器并列装置对上述（1）、（2）、（3）、（4）进行逻辑判断，当同时满足上述条件时，将其对应的逻辑状态设置为逻辑1；当不满足上述条件时，将其对应的逻辑状态设置为逻辑0，当上述（1）、（2）、（3）、（4）的逻辑状态全部为逻辑1时，所述电压互感器并列装置经过一定的延时时间T_SET后输出电压互感器自动并列控制信号。
作为本发明的进一步优化方案，所述CPU插件中的ARM处理器的芯片型号为MB9BF618S。
作为本发明的进一步优化方案，所述CPU插件中的网络通信电路包括2路RS485总线接口和2路RJ45以太网接口，其中RS485总线接口采用的芯片型号为SN65LBC184D，以太网接口采用的芯片型号为DP83849ID。
作为本发明的进一步优化方案，所述Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路同相电压差整定值U_SET的整定范围为0V～50V，延时时间T_SET的整定范围为0.1s ~100s，步长0.01s。
作为本发明的进一步优化方案，所述一种电压互感器并列装置配置有故障告警、Ⅰ母线低电压保护、Ⅱ母线低电压保护、Ⅰ母线过电压保护、Ⅱ母线过电压保护、Ⅰ母线接地保护、Ⅱ母线接地保护、Ⅰ母线电压互感器断线检测和Ⅱ母线电压互感器断线检测功能，所述一种电压互感器并列装置支持IEC-103、MODBUS-RTU、TCP-103、IEC6185通信规约，能够远程监控母联断路器、隔离开关的位置信号，支持在线进行电压模拟量采集、参数设置、故障报警等功能，可以对电压互感器进行远程并列或解列操作。
本发明同已有技术相比可产生如下积极效果：所述电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，在实现电压互感器自动并列控制时，增加了Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路同相电压差的判别条件，当Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路同相电压差满足整定条件时，电压互感器允许并列，当同相电压差不满足整定条件时，电压互感器不允许并列，同时所述电压互感器并列装置还具有电压参数采集与显示、开关量状态检测、故障告警、母线低电压保护、母线过电压保护、母线接地保护、电压互感器断线检测功能，整个装置可靠性高、抗干扰能力较强，能够有效避免电压互感器异常并列、二次回路反充电等事故的发生，可以用于35kV及以下电压等级的电压互感器自动并列领域。
四、附图说明
图1为本发明所述电压互感器并列装置的结构示意图。
图2为本发明所述信号调理电路的原理示意图。
图3为本发明所述单母分段一次接线示意图。
图4为本发明所述自动并列控制逻辑的示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
如图1所示，一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，采用插件式结构，包括交流插件、CPU插件、信号插件和人机对话插件，所述交流插件包括交流信号输入采样电路、信号调理电路和A/D转换电路，所述CPU插件包括电源电路、ARM处理器、网络通信电路和模拟量输出电路，所述信号插件包括开关量输入电路和开关量输出电路，所述人机对话插件包括液晶显示电路、信号灯指示电路和键盘电路，所述交流插件、所述信号插件、所述人机对话插件与所述CPU插件通过总线板相连。
所述交流插件包括10个交流信号输入采样电路，所述10个交流信号采样电路包括Ⅰ母线A相电压U_A1采样电路、Ⅰ母线B相电压U_B1采样电路、Ⅰ母线C相电压U_C1采样电路、Ⅰ母线零序电压U_L1采样电路、Ⅰ母线抽取电压U_X1采样电路、Ⅱ母线A相电压U_A2采样电路、Ⅱ母线B相电压U_B2采样电路、Ⅱ母线C相电压U_C2采样电路、Ⅱ母线零序电压U_L2采样电路、Ⅱ母线抽取电压U_X2采样电路，所述交流信号采样电路的输入端与所述的被采样电压相连，所述交流信号采样电路的输出端与所述信号调理电路输入端相连。
如图2所示，所述交流插件中的信号调理电路包括第一集成运放A1、第二集成运放A2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2，所述第一二极管D1的负极与所述交流信号采样电路的输出端、所述第二二极管D2的正极、所述第一集成运放A1的反相输入端相连，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极、所述第一集成运放A1的同相输入端相连共同接地，所述第一电阻R1的一端与所述第一集成运放A1的反相输入端相连，所述第一电阻R1另一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第一电容C1的一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电阻R2的一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第二电阻R2的另一端与所述第二集成运放A2的反相输入端相连，所述第三电阻R3的一端与所述第二集成运放A2的同相输入端相连，所述第三电阻R3的另一端接地，所述第四电阻R4的一端与所述第二集成运放A2的反相输入端相连，所述第四电阻R4另一端与所述第二集成运放A2的输出端相连，所述第五电阻R5的一端与所述第二集成运放A2的输出端相连，所述第五电阻R5的另一端与所述第二电容C2的一端连接后共同与所述A/D转换电路的输入端相连，所述第二电容C2的另一端接地。
本实施例中，所述交流信号采样电路的外部电压采样范围为0~120 VAC，使用变比为2 mA/2 mA的微型电流型电压互感器采样输入电压，经过所述信号调理电路将电流信号转换为电压信号，使用16位高精度模/数转换器AD7606将电压信号转换为数字量，供所述CPU插件中的ARM处理器使用。
进一步地，所述CPU插件中的ARM处理器选用32位处理器MB9BF618S，MB9BF618S的主频可达144 MHz，片内集成有128 KB的SRAM和1024 KB的FLASH ROM，含有8个多功能串行通信口，含有16个基本定时器和3个多功能定时器，内部集成有2路以太网控制器，具有足够多的I/O接口和快速处理数据能力。
进一步地，所述CPU插件中的网络通信电路包括2路RS485总线接口和2路RJ45以太网接口，其中RS485总线接口采用的芯片型号为SN65LBC184D，以太网接口采用的芯片型号为DP83849ID。
进一步地，所述信号调理电路中的第一集成运放A1、第二集成运放A2采用的芯片型号为OP07，第一二极管D1、第二二极管D2采用的型号为1N4148，第一电阻R1取值2.5kΩ，第二电阻R2取值2kΩ，第三电阻R3取值1kΩ，第四电阻R4取值1kΩ，第五电阻R5取值750Ω，第一电容C1取值1nF，第二电容C2取值100nF。
如图3所示，所述电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，用于变电站单母分段式接线方式中，还包括外部母联断路器QF、Ⅰ母线隔离开关QS11、Ⅱ母线隔离开关QS12、Ⅰ母线电压互感器隔离开关QS12、Ⅱ母线电压互感器隔离开关QS22、Ⅰ母线电压互感器重动继电器KMR1、Ⅱ母线电压互感器重动继电器KMR2、电压互感器切换继电器BLJ、电压互感器二次电压回路中带漏电保护的交流空气开关ZK。
如图4所示，所述一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，电压互感器自动并列的控制逻辑包括：
（1）所述电压互感器并列装置中的外部母联断路器QF处于合位；
（2）所述电压互感器并列装置中的Ⅰ母线隔离开关QS11和Ⅱ母线隔离开关QS12同时处于合位；
（3）所述电压互感器并列装置中的Ⅰ母线电压互感器隔离开关QS12处于合位，或者Ⅱ母线电压互感器隔离开关QS22处于合位；
（4）所述电压互感器并列装置中Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路的同相电压差U_A12、U_B12和U_C12均小于二次回路同相电压差的整定值U_SET。
进一步地，所述电压互感器并列装置对上述（1）、（2）、（3）、（4）进行逻辑判断，当同时满足上述条件时，将其对应的逻辑状态设置为逻辑1；当不满足上述条件时，将其对应的逻辑状态设置为逻辑0，当上述（1）、（2）、（3）、（4）的逻辑状态全部为逻辑1时，所述电压互感器并列装置经过一定的延时时间T_SET后输出电压互感器自动并列控制信号。
进一步地，所述Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路同相电压差整定值U_SET的整定范围为0V～50V。延时时间T_SET的整定范围为0.1s ~100s，步长0.01s。
作为本发明的进一步优化方案，所述一种电压互感器并列装置配置有故障告警、Ⅰ母线低电压保护、Ⅱ母线低电压保护、Ⅰ母线过电压保护、Ⅱ母线过电压保护、Ⅰ母线接地保护、Ⅱ母线接地保护、Ⅰ母线电压互感器断线检测和Ⅱ母线电压互感器断线检测功能，所述一种电压互感器并列装置支持IEC-103、MODBUS-RTU、TCP-103、IEC6185通信规约，能够远程监控母联断路器、隔离开关的位置信号，支持在线进行电压模拟量采集、参数设置、故障报警功能，可以对电压互感器进行远程并列或解列操作。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
Claims (8)
1.一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：采用插件式结构，包括交流插件、CPU插件、信号插件和人机对话插件，所述交流插件包括交流信号输入采样电路、信号调理电路和A/D转换电路，所述CPU插件包括电源电路、ARM处理器、网络通信电路和模拟量输出电路，所述信号插件包括开关量输入电路和开关量输出电路，所述人机对话插件包括液晶显示电路、信号灯指示电路和键盘电路，所述交流插件、所述信号插件、所述人机对话插件与所述CPU插件通过总线板相连。
2.根据权利要求1所述的一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：所述交流插件包括10个交流信号输入采样电路，所述10个交流信号输入采样电路包括Ⅰ母线A相电压U_A1采样电路、Ⅰ母线B相电压U_B1采样电路、Ⅰ母线C相电压U_C1采样电路、Ⅰ母线零序电压U_L1采样电路、Ⅰ母线抽取电压U_X1采样电路、Ⅱ母线A相电压U_A2采样电路、Ⅱ母线B相电压U_B2采样电路、Ⅱ母线C相电压U_C2采样电路、Ⅱ母线零序电压U_L2采样电路、Ⅱ母线抽取电压U_X2采样电路。
3.根据权利要求1所述的一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：所述交流插件中的信号调理电路包括第一集成运放A1、第二集成运放A2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2，所述第一二极管D1的负极与所述交流信号采样电路的输出端、所述第二二极管D2的正极、所述第一集成运放A1的反相输入端相连，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极、所述第一集成运放A1的同相输入端相连共同接地，所述第一电阻R1的一端与所述第一集成运放A1的反相输入端相连，所述第一电阻R1另一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第一电容C1的一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电阻R2的一端与所述第一集成运放A1的输出端相连，所述第二电阻R2的另一端与所述第二集成运放A2的反相输入端相连，所述第三电阻R3的一端与所述第二集成运放A2的同相输入端相连，所述第三电阻R3的另一端接地，所述第四电阻R4的一端与所述第二集成运放A2的反相输入端相连，所述第四电阻R4另一端与所述第二集成运放A2的输出端相连，所述第五电阻R5的一端与所述第二集成运放A2的输出端相连，所述第五电阻R5的另一端与所述第二电容C2的一端连接后共同与所述A/D转换电路的输入端相连，所述第二电容C2的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：所述自动并列控制逻辑，包含的判断条件如下：
（1）所述电压互感器并列装置中的外部母联断路器QF处于合位；
（2）所述电压互感器并列装置中的Ⅰ母线隔离开关QS11和Ⅱ母线隔离开关QS12同时处于合位；
（3）所述电压互感器并列装置中的Ⅰ母线电压互感器隔离开关QS12处于合位，或者Ⅱ母线电压互感器隔离开关QS22处于合位；
（4）所述电压互感器并列装置中Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路的同相电压差U_A12、U_B12和U_C12均小于二次回路同相电压差的整定值U_SET。
5.根据权利要求1所述的一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：所述CPU插件中的ARM处理器的芯片型号为MB9BF618S。
6.根据权利要求1所述的一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：所述CPU插件中的网络通信电路包括2路RS485总线接口和2路RJ45以太网接口，其中RS485总线接口采用的芯片型号为SN65LBC184D，以太网接口采用的芯片型号为DP83849ID。
7.根据权利要求4所述的一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：所述自动并列控制逻辑，当满足权利要求4中的判断条件时，将其对应的逻辑状态设置为逻辑1，当不满足上述条件时，将其对应的逻辑状态设置为逻辑0，当权利要求4中的判断条件的逻辑状态全部为逻辑1时，所述电压互感器并列装置经过一定的延时时间T_SET后输出电压互感器自动并列控制信号。
8.根据权利要求4所述的一种电压互感器并列装置及其自动并列控制逻辑，其特征在于：所述Ⅰ母线二次回路与Ⅱ母线二次回路同相电压差整定值U_SET的整定范围为0V～50V，延时时间T_SET的整定范围为0.1s ~100s，步长0.01s。
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