模式自适应的微机型备用电源自投装置

王曼（上海申瑞电力科技股份有限公司）
郁惟镛（上海交通大学电力学院）

摘  要
    传统备用电源自投装置采用继电器逻辑，具有二次接线复杂、功能僵化等缺点，尤其在厂站运行方式改变时，容易造成不正确动作。为了改善这种情况，充分利用数字电子技术的灵活性，本文提出一种新型的微机备用电源自投装置原理。根据对主接线特点的分析，以及软件的智能性，一种装置即可对不同主接线方式的厂站自动进行模式识别，而不需要继保人员频繁操作。使用模式自识别的微机备自投装置在低成本和高可靠性方面，是传统备自投无法相比的。经过试验和运行，本文中所提出的模式自识别方式已被证明是可行的，根据此原理设计的备用电源自投装置具有良好性能和实用价值。

关键词
    备用电源自投     自适应     微机型

引  言
   在现代电力系统中，为满足电网经济运行及可靠供电，常采用备用电源自动投入装置。备自投装置使系统自动装置与继电保护装置相结合，是一种对用户提供不间断供电的经济而又有效的技术措施。

    传统电磁型备自投装置是使用继电器构成的逻辑回路，如果对于某一主接线形式，已设定其中一个开关为永久备投点，则可以用继电器搭出比较简单可靠的备自投回路。但对于实际的运行方式来说，不可能永远在一种方式下送电，顾及到电网的灵活性，则传统电磁型的备自投装置存在的缺点不可忽视。

    首先，目前的电网在设计时，都考虑了足够的灵活性，在这种情况下，如果无法确定母线的长期运行方式，则备用电源自投功能就要适合各种运行方式，这样，相应的逻辑回路就错综复杂得多。这无疑给运行维护带来很大的工作量，同时也给可靠运行带来陷患。

    其次，在老站改造时，对已运行设备加装备自投装置。这时，因为备自投面对的是一系列断路器，在屏上难以安装足够的继电器，这时只有两种选择，一种是缩小自动投切范围，这样必将导致某段母线断电时无法及时送电，另一种选择就是分散安装继电器，在屏背后或其下部横档甚至相邻屏上安装继电器，使一套回路接线更加复杂。给正常的管理带来极大的不便。

    现在，由微机系统构成的备自投装置，以其性能可靠、功能齐全、使用方便的独有优势，正在逐步地代替传统电磁型的备自投装置。对于不同的主接线方式及逻辑要求，微机备自投装置仅需换一片程序片，即可满足运行要求。而且在某种主接线方式下，微机备自投装置可以根据所采集的开入量，自动进行模式识别，自适应选择与之配合的自动投切方式。

1 主接线方式及备自投功能
    电力系统中，一次系统的运行方式可能会根据需要而变动。为了自适应一次系统，备自投也有多种运行方式，但基本上都遵循以下的总则：
    1． 工作母线失压（非PT断线造成）；
    2． 跳开与原工作电源相连接的断路器，以免备用电源合闸于故障；
    3． 检查备用电源是否合格，如满足要求则合上工作母线与备用电源相连的断路器。
    4． 备自投只动作一次。
    备自投适用的常见主接线方式如下：

图1 常见主接线方式
Fig 1 Normal main connection diagram

    图中，UX1和UX2表示进线的任一相电压；IX1和IX2表示进线任一相电流；UI、UII为一段母线和二段母线电压。1DL、2DL、3DL为系统中的断路器。

    在这种接线方式下，共有三种可能的运行方式，从而也就有三种备自投方式。以下分别详细说明。

    第一种运行方式：
    3DL处于断开位置，I、II段母线分裂运行，分别由进线1、进线2供电。在这种运行方式下，如果进线1故障，导致I段母线失压，此时备自投装置应能自动断开运行断路器1DL，然后再投入分段开关3DL，使母线I恢复供电。反之亦然。

    第二种运行方式：
    1DL与3DL处于合闸位置，2DL断开。正常运行时由进线1给两条母线供电。在这种运行方式下，如果进线1故障，导致两段母线均失压，此时备自投装置应能自动断开运行断路器1DL，然后再投入2DL，使进线2给母线供电。

    第三种运行方式与第二种相似，正常时由进线2工作，进线1备用。

    对于老式电磁型备自投装置来说，同时完成以上三种运行方式下的备用功能是相当困难的，对于一些厂家所生产的微机型备自投装置来说，它一般也只能完成其中一到两种功能。我们经常可以在产品目录上看到进线备自投或母联备自投等装置的型号。

    在本文中提出，只要有足够的开入量和模拟量信息，利用80C196单片机芯片，在这种主接线方式就可以完成各种备自投功能。经过计算，80C196芯片不仅可以轻松地识别运行方式，判别自投类型，进行备用电源自投，还可以自动进行过负荷联切，监视电压PT断线，甚至还可以自带母线充电保护，当分段开关3DL合闸瞬间，根据母线上的电流判别是否有故障存在，从而跳开分段开关，缩小停电范围。

    以下分别给出模式自适应的逻辑算法及备自投充电的逻辑框图。

    2 模式自适应
    模式自适应识别是微机保护优于传统装置的一大强项，主要是根据主接线系统中，各断路器位置的不同来判定的。由于在给定的运行方式下，备自投所控制的各开关开合位置是一定的，因而可以通过采集开关位置的状态，来完成对备自投运行模式的识别。在这种情况下，对于施工人员来说，只需把相关断路器位置接点接在装置上，而不需要进行繁杂的二次接线。因为模式自适应识别的基础就是各种开关量，故开关量的正确与否、接点是否粘连至关重要。对于这一点，可以利用微机保护的智能性，结合所采集的电流电压量，对各种断路器位置开关进行监视。

    在图1所示主接线中，以第一种方式为例说明应如何进行模式自动识别。

    装置不停地检测1DL、2DL、3DL的位置接点，如果1DL、2DL为合位，3DL为开位，并稳定持续一段时间后，则自动认为处于“进线2备用”方式。当开关位置不满足要求的时候，持续一段时间后，模式自动转变为其他类型，或认为不满足备自投投入条件，备自投退出运行。

    模式识别在整个备自投动作逻辑中占先决性地位，其模式识别时间应稍长一些，条件应严格一些。建议为30秒钟左右。

    在上述识别过程中，令以上三种运行方式依次为方式1、方式2、方式3，非正常运行模式一律称为方式0。则根据上述思路，有如下的程序框图。

图2 备自投装置的逻辑框图1
Fig 2 Logic diagram 1 of spare power automatic switch

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