微机自动准同期装置的原理及应用

李文通

[摘要]阐述微机自动准同期装置的功能，基本原理，硬件设计及主要技术数据。

[关键词]准同期 并网 压差 频差 导前时间

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120113－01

一、概述

电力系统中微机式产品以其精度高、通讯方便、体积小、耗电少等优点备受用户青睐，就准同期装置而言，从性能方面来看，微机式准同期较以前集成电路式准同期产品在可靠性、测量精度和并网速度等方有较大程度改善，且其能够通讯优点更是集成电路所无法比拟的，而电力系统少人值守和无人值守的发展趋势要求准同期必须具有通讯功能。因此我们开发了RAS-100微机自动准同期装置（以下简称装置），该装置是为实现水、火电厂发电机快速并网而设计的智能控制器，可用于一至十六台机组的场合，装置对输入、输出、通讯信号均采用了光电隔离技术增强抗干扰能力。采用均频均压控制快速促成并网条件到来。装置采用双机并行运行系统合闸脉冲经“与”输出，此外对于合闸脉冲的发出在硬件和软件上加入多种闭锁增加并网的可靠性。在发合闸脉冲时考虑到了频差变化率的影响，保证并网质量，除本地操作外装置还可由上微机直接完成各种操作，或由开关量实现远方操作。调频、调压可单独设置为投入或退出状态，各种实验证明该装置技术先进，可靠运行。

二、主要特点

1．一台发电机可专用一台装置并网，也可16台发电机公用一台装置并网；

2．现场各输入、输出信号与装置内部隔离，输入电源隔离，通讯隔离；

3．装置为双机系统（两个CPU），并网过程中两个CPU并行工作，他们发出的合闸信号在输出单元经“与”后由继电器输出，硬件上每个CPU板上调频、调压、闭锁、报警信号闭锁合闸信号；

4．软件中装置采用压差、频差、频率变化率、最大相角、最小相角同时闭锁合闸回路；

5．装置具有自检，断线监视，故障报警的功能；

6．并网过程除本地和上微机操作外，也可由开关量操作（此种工作方式不能修改参数）；

7．通过装置的工作方式选择可使发电机工作于准同步方式也可以工作于自同步方式；

8．各种控制参数均可独立设置，参数可就地或远方修改；

9．调频、调压均可单独设置为投入和退出状态，调频退出并不表示并网时装置发出合闸脉冲不受频差限制，而是不由本装置发出调频脉冲，同理调压退出也是如此；

10．调频、调压采用模糊控制尽快促成同期条件到来，模糊控制系数通过设置调频、调压系数完成；

11．并网后显示“断路器操作回路实际合闸时间”；

12．装置能向上微机适时传送并网过程中的信息；

13．液晶显示；

14．通讯接口RS485、RS232或以太网接口，通信规约采用IEC60870-5-103、MODBUS等通信规约；

15．当发电机和系统出现同频不同相时会导致并网时间过长，此时装置能自动发出冲击脉冲。

三、工作原理

RAS-100微机自动准同期装置应用于电力系统二次回路中，完成两个相互独立的电力系统与发电机间按准同步要求进行并列运行，具体讲就是：装置检测发电机和系统频差和压差，当压差和频差都满足用户要求时，装置就控制断路器主触头在发电机和系统电压相位差为零时闭合。当发电机和系统压差、频差不满足要求时装置自动发出调压和调频脉冲。

（一）构成

装置主要由输入单元、CPU单元、输出单元、显示单元、电源单元组成。

（二）输入单元工作原理

1．输入信号内容。发电机、系统PT电压信号；1-16组来自同期开关的并列点选择信号（常开空接点），远方来复位及启动并网信号（常开空接点）。

2．输入单元输出信号。来自发电机和系统的电压信号经由输入回路后，整形为体现发电机电压周期、系统电压周期、发电机和系统电压相位差的方波信号和经整流后发电机和系统电压信号；开入量经抗干扰处理后送CPU单元。

3．输入回路组成。由互感器，过零检测电路，整流回路等部分组成。

（三）CPU单元由CPU1和CPU2两部分组成

CPU单元是本装置的核心，用来完成数据采集、计算、逻辑判断处理、与上微机通讯、向输出单元发出各种控制命令。

CPU1接收输入单元送来的方波和整流后的电压信号，处理后发出闭锁、报警、调频、调压和断路器合闸脉冲给输出板。除此外，CPU1还接收处理键盘输入信息，控制液晶，负责装置和上位机通讯。

CPU2接收输入单元送来的方波和整流后的电压信号，处理后发出闭锁、报警以及合闸脉冲送给输出板。

CPU1和CPU2间通讯由80C196KB单片机的串行口实现，通过串行口实现定值传送，错误信息传送，CPU1和CPU2间同步控制等功能。

硬件上CPU1和CPU2都采用高性能的80C196KB型16位单片机（集成有定时器/计数器、通讯接口、模拟及数字I/O等外围电路）、12MHz晶振、32K的数据存储器62C256和程序存储器27C256、4K的参数存储器28C17、地址锁存器74HC573、译码器GAL16V8、出口锁存器74HC273等构成单元的核心部分。

（四）输出单元工作原理

输出单元接收CPU1、CPU2传送来的信息，经逻辑电路后由继电器输出调频、调压、合闸、报警等控制信息，输出为继电器常开空接点。

（五）显示单元

显示键盘回路由液晶、动作指示灯、运行指示灯、故障指示灯、电源指示灯、按键电路组成。

（六）电源单元

装置采用高效率开关稳压电源。

（七）软件组成

装置软件主要由主程序、His中断、soft中断、A/D中断等组成。

主程序中主要对采集的数据进行计算、判断、向输出单元发出各种控制信息。

His中断测量发电机和系统电压周期，发电机电压信号和系统电压信号的相位差。

soft中断作为装置内部记时，同时与主程序结合发出各种控制信息。

A/D中断测量发电机和系统电压。

四、主要技术数据

1．交流额定电压值：100V 50Hz；

2．导前时间：40～990ms，间隔1ms；

3．允许发合闸脉冲的相角差为0～45°，整定间隔为1°；

4．允许发合闸脉冲的频差为0.1～0.5Hz，整定间隔为0.01Hz；

5．允许发合闸脉冲的压差为±3%～±20%，整定间隔为0.1%；

6．调频系数0.00～1，整定间隔为0.01；

7．调压系数0.00～1，整定间隔为0.01；

8．调频和调压可单独设置成投入和退出状态，退出不表示装置不闭锁频差或压差，而是不发调频和调压脉冲；

9．频差≤0.3Hz时，合闸相角差A≤1.8°；

10．开关量输出；

继电器：容量AC220V/5A，DC220V/0.5A。

五、结束语

各项实验表明该装置软件运行正常，抗干扰能力强，能正确发出合闸、调频、调压等各种控制信号且满足技术要求，装置各种功能运行良好，达到用户要求。

参考文献：

[1]李佑光、林东，电力系统继电保护原理及新技术，北京科学出版社，2003.

[2]张新国，继电保护原理，北京中国电力出版社，2004.

[3]李火元，电力系统继电保护与自动装置，中国电力出版社，2006.