微機自動裝置分析論文

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摘要：簡略介紹了MAS-2型自動準同期裝置的原理及其主功能特點，并與手動準同期裝置進行比較，從而得出微機自動準同期裝置的優越性。

關鍵詞：微機自動準同期手動準同期同期點并列操作

1引言

在電力系統中，有些被稱為同期點的斷路器在進行合閘操作時，斷路器的兩端都有可能因由不同的電系統供電而帶電。此時，就必進行一系列的操作，最終才能將斷路器合閘。這一系列的操作加上斷路器合閘操作統稱為并列操作。

同期點的并列操作時電力系統中一項主要的操作內容。因為斷路器的兩端均有電源，若同期點斷路器的合閘時機不適當，兩端的電參數相差較大，就將會引起斷路器爆炸甚至整個電力系統穩定破壞而導致崩潰，發生大面積停電的重大惡性事故。

我廠以前采用的手動準同期裝置基本上也能將同期點斷路器的合閘時間控制在一定的范圍之內。但在一下方面存在一定缺陷：

a、沒有自動選擇時機的功能，合閘時機很難把握，所以對操作人員的要求較高，經常出現操作人員多次合閘不成功的事件。

b、合閘時機隨意性大。只要操作人員合閘瞬間在同期裝置的允許范圍之內，斷路器就能合閘。但斷路器由于有機械和電氣傳動延時和斷路器的固有合閘時間，很可能斷路器的合閘時實際上已經不在并列操作的允許范圍之內，從而造成非同期合閘，對斷路器、發電機以及電系統造成沖擊。

c、不能自動調節。對于發電機的各項電參數，必須由操作人員進行手工調節。特別是頻率（轉速），必須由主控室運行人員與汽輪機操作室相互聯系協調好，才能進行調節。這使得一個發電機的并網操作往往需要半個多小時才能成功。

d、原有的手動準同期裝置至投運至今已經近30年，繼電器已嚴重老化，可靠性已大大降低。

基于以上的原因，我們采用一種能自動調節各種電參數，在條件滿足的情況下，自動發出合閘脈沖指令的微機智能型準同期裝置已勢在必行。

2自動準同期裝置的原理

眾所周知，電力系統中任一點的電壓瞬時值可以表示為u=Umsin(t+φ)。可以看出，同期點斷路器并列的理想條件就是斷路器兩側電壓的三個狀態量全部相等，即待并系統電壓UG和大系統電壓UX兩個相量完全重合并且同步旋轉。用公式表示則為：

（1）ωG＝ωX或fG＝fX（即頻率相等）

（2）UG＝UX（即電壓幅值相等）

（3）δe＝0（即相角差為0）

此時，并列合閘的沖擊電流等于零，并且并列后兩個系統立即進入同步運行，不會產生任何擾動現象。

為了使并列操作滿足條件，盡量使合閘時達到理想條件。自動準同期裝置必須設置三個控制單元。（如圖1）

（1）頻差控制單元。它的任務是檢測待并系統（發電機）電壓UG與大系統電壓UX之間的滑差角頻率ωS，且調節發電機轉速，使發電機電壓的頻率接近系統頻率。

（2）電壓差控制單元。它的功能是檢測UG和UX之間的電壓差，且調節發電機電壓UG，使之與UX之間的的差值小于規定允許值，促使并列條件的形成。

（3）合閘信號控制單元。檢查并列條件，當待并機組的頻率、電壓都滿足并聯條件時，合閘控制單元就選擇合適的時間發出合閘信號，使并列斷路器的主觸頭接通時，相角差δ接近0或控制在允許范圍之內。

3MAS-2微機自動準同期裝置的主要特點

經考察，我們最后采用了南瑞系統控制公司的MAS-2型微機自動準同期裝置。該裝置以INTEL公司的80C196單片機為核心，配以高精度交流變流器，準確快速的交流采樣以及嚴格的計算技術，準確計算開關兩側的電壓、頻率和相角差；輸入/輸出光電隔離，采用進口密封快速中間繼電器作為合閘輸出和電壓切換，裝置的抗干擾能力強，技術先進。

（1）通過控制待并系統機組調速、調壓實現頻率和電壓的自動跟蹤，使頻差、壓差盡快進入準同期允許的范圍，平均每半個工頻周期測量出相角差Δδn，在Δδn＝Δδdq＝Δω·Tdq+Δaω·Tdq·Tdq/2時，即T＝Tdq時發出合閘脈沖，實現快速并網。在同頻不同相時，也可以發出合適的調速脈沖以縮短并列過程。由于計及角速度（ω）和角加速度，確保了斷路器合閘時相角差Δδn接近零。

（2）該裝置檢同期合閘具有頻差閉鎖（Δf）、壓差閉鎖（ΔU）和加速度閉鎖（dΔf/dt）功能。

（3）除具有檢同期合閘功能外，還具備無壓（一側無壓或兩側均無壓）、電網環并（開關兩側為同一電源）等自動快速合閘功能。

（4）對輸入的各側電壓和頻差都進行雙回路測量，雙回路測量結果應一致，保證測量和計算的正確性。

（5）裝置具有液晶顯示屏菜單顯示，便于監視和參數的設定和修改。裝置掉電后，參數不會丟失。

（6）具有自試和自檢功能。

（7）裝置可以單獨使用，也可與監控系統配合使用，實現遠方遙控同期裝置。多個同期點只需一臺準同期裝置。采用各同期點輸入電壓、合閘出口和調節出口選點開關切換，切換選點切換和裝置上人工操作選點開關切換。

4MAS-2微機自動準同期裝置的硬件組成

MAS-2型微機自動準同期裝置的硬件框圖如圖2，其核心是16為的單片機，裝置軟件存儲在EPROM內，EEPROM中存放定值，RAM是數據存儲器，存放運行數據、事故記錄等。現場PT送來的交流電壓信號經過隔離變換后送采樣保持回路，再由單片機內部的A/D變換器變為數字信號，CPU進行采樣、有效值的計算。

另外，交流信號波形變為方波后，進行頻率和相位角的測量，再由單片機計算出頻率的變化率。晶振分頻產生600Hz的信號，作為采樣保持信號和CPU的中斷源。并行I/O擴展芯片8255的C口用于開關量輸入，A口、B口經過出口邏輯電路同時控制輸出信號繼電器和合閘繼電器。同期信號插件與同期切換插件控制信號輸出、電壓切換和合閘電流的保持。調速調壓插件在發電機并網時經自動調節發電機有功同步馬達和勵磁電流，縮短同期并列的過程。

5MAS-2微機自動準同期裝置的軟件結構與功能

MAS-2微機自動準同期裝置的軟件流程如圖3所示：

該裝置的軟件結構分為主循環程序和中斷處理程序兩大部分。定時中斷由晶振電路分頻產生，每隔1.666ms進入一次中斷。中斷程序主要完成電壓瞬時值采樣；電壓有效值計算、頻率值計算、相位角計算與dΔf/dt的計算；啟動判斷、檢同期判斷、檢無壓開入判斷等；合閘輸出及中央信號控制等。主循環程序主要完成面板顯示、定值修改、回路自檢、信號復歸以及仿真試驗、打印輸出等功能。

MAS-2微機自動準同期裝置還具有比較獨特的功能：

（1）裝置的異常閉鎖功能

a、裝置微機能對內部存儲器和一些芯片進行自檢，一旦發現異常，立即閉鎖同期出口，并輸出裝置異常接點信號；

b、對每個電壓回路都有雙回路進行測量，如發現兩個回路測得的同一個電壓和頻率相差很大，則立即閉鎖同期出口，并發出裝置異常接點信號；

c、對于變電站多線路、多同期點，為了避免誤合閘以及不同線路的PT二次側短路，一次只能允許執行一個同期點的并列操作。如果檢測到選點命令（啟動）多于兩點時，則立即自動解除同期切換板電源，閉鎖同期出口，并發出異常接點信號。

（2）裝置的復歸功能：

復歸是指切除裝置所有TQH（同期切換模件）、TQX（同期信號模件）、TJC（調速調壓模件）中所有繼電器的24V控制電源。復歸的方式有三種：

a、通過按同期信號模件（TQX）上的復歸按鈕（FA）人為復歸；

b、合閘脈沖發出后延時2秒由軟件控制TQX模件中的繼電器復歸；

c、同期點啟動后，超過選點啟動自復歸時間定值Trs后仍未合閘，由軟件控制TQX模件中的繼電器自動復歸。

（3）裝置與監控系統分通訊功能

MAS-2微機自動準同期裝置的通訊接口為RS-232方式，能與監控系統進行通訊，后臺監控機能在遠方控制同期點的并列操作，并能取得準同期裝置所有的定值和同期操作時的所有實時數據

6應用情況及其效果

MAS-2型微機自動準同期裝置在我廠投用一年多，運行情況一直良好。由于其具有一定的智能性，能夠根據采集到的電參數，通過計算，自動發出指令，對發電機的電壓、頻率進行調節，一旦準同期條件滿足，則能自動在適當的時間發出合閘脈沖，使同期點斷路器能在最佳時機合閘。

其應用效果主要體現在以下幾個方面：

（1）操作方便簡單。操作人員在選擇了不檢、檢無壓和檢同期任一方式后，只需按一下同期切換插件上的按鈕，便無需其它任何操作。以后部分由微機裝置自動完成采樣、計算、分析以及執行。

（2）能自動選擇適當的時機發出合閘脈沖。不象手動準同期裝置那樣，操作人員合操作把手的瞬間必須和同期檢定繼電器的角度配合得非常好才能合閘成功。以前半個小時的并列操作現在只需1分鐘不到就能更好的完成，大大降低了操作人員的技術要求和勞動強度，也大大降低了能源的損耗和設備的損傷。

（3）能針對不同的同期點斷路器而不同對待，通過整定各個同期點斷路器的合閘導前時間Tdq（約等于斷路器的機械和電氣傳動時間和斷路器固有合閘時間之和），使哥哥不同的斷路器均能在最佳時機合閘成功。

（4）由于計算機的快速性和可靠性，使得斷路器合閘時兩側的電參數基本接近一致，減小了因兩側電壓、頻率和相位存在較大差異而引起的合閘瞬間的沖擊，有力的保障了電力設備特別是發電機和斷路器的安全，大大加強了電力系統安全運行的可靠性。

實踐證明，微機自動準同期裝置在我廠的應用是成功的。