变电站备用电源自动投入装置课程设计报告.docx

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1、1. 概述1.1 概念为保证供电的牢靠性，电力系统常常承受两个或两个以上的电源进展供电，并考虑相互之间实行适当的备用方式。当工作电源失去电压时，备用电源由自动装置马上投入，从而保证供电的连续性，这种自动装置称为备用电源自动投入装置，简称 AAT。备用电源自动投入是保证电力系统连续牢靠供电的重要措施。备用电源自动投入装置遵循的根本原则如下：当工作母线上的电压低于检无压定值，并且持续时间大于时间定值时，备自投装置方可起动。备自投的时间定值应与相关的保护及重合闸的时间定值相协作。备用电源的电压应工作于正常围，或备用设备应处于正常的预备状态，备自投装置方可动作，否则应予以闭锁。必需在断开工作电源的断路

2、器之后，备自投装置方可动作。工作电源消逝后，不管其进线断路器是否已被断开，备自投装置在起动延时到了以后总是先跳该断路器，确认该断路器在跳位后，方能合备用.电源的断路器。依据上述规律动作，可以避开工作电源在别处被断开，备自投动作后合于故障或备用电源倒送电的状况发生。人工切除工作电源时，备自投装置不应动作。装置引入进线断路器的手跳信号作为闭锁量，一旦采到手跳信号，马上使备自投放电，实现闭锁。避开备用电源合于永久性故障在考虑运行方式和保护配置时，应避开备自投装置动作使备用电源合于永久性故障的状况发生，一般通过引入闭锁量或检开关位置使备自投发电。例如，就主变低压侧分段开关备自投而言，变压器差动保护动作

3、跳主变各侧时，一般说明主变本体发生故障，此时无需闭锁主变低压侧分段开关备自投；而变压器后备保护动作时，可能是低压侧母线或其出线上发生了故障，此时一般应闭锁低压侧分段开关备自投。备自投装置只允许动作一次。以寻常规的备用电源自动投入装置通过装置部电容器的充放电过程 来保证只动作一次。为了便于理解，微机装置仍旧引用充放电这一概念， 只不过微机备自投装置由软件通过规律推断实现备自投充放电。当备自投充电条件满足时，经 15 秒充电时间后，进入充电完毕状态。当放电条件满足、有闭锁信号或退出备自投时马上放电。.1.2 备用电源的备用方式备用电源的配置一般有明备用和暗备用两种根本方式。系统正常时， 备用电源或

4、备用设备不工作，处于备用状态，成为明备用；系统正常是， 备用电源也投入工作 ，称为暗备用。暗备用实际上是两个工作电源互为备用。图 1-1 所示为几种备用方式的简洁接线图。图 1-1 中 TV 为电压互感器，TA 为电流互感器。a明备用.(b) 暗备用之一(c) 暗备用之二图 1-1 几种备用方式的简洁接线图.1.2.1 明备用的掌握有一个工作电源和一个备用电源的接线，即为明备用的配置，如图1-1a所示。图中。TI 为工作变压器，T2 为备用变压器。正常工作时。QF1、QF2 处于合闸位置，工作母线上的负荷由工作电源通过 T1 供给； 此时 QF3 合上也可断开、QF4 断开，T2 处于别用状态

5、。当工作母线 因某种情愿失电时，在 QF2 断开后，QF4 合上QF3 断开时，要与 QF4 同时合上，恢复对工作母线的供电。1.2.2 暗备用的掌握有两个工作电源互为备用的接线，两回进线或电源同时供电，如图1-1B(C)所示。在图 1-1B中，正常工作时，母线和母线分别由 T1、T2 供电， 分段断路器 QF5 处于断开状态。当母线和母线因某种缘由失电时，在进线断路器 QF2 或者 QF4 断开后，QF5 合上，恢复对工作母线的供电。这种 T1 或 T2 既工作又备用的方式，称为暗备用。需要指出的是，在图1-1B中。T1 或 T2 也可工作在明备用的方式下。这样，对于图 1-1B又有以下备用

6、方式：（1） 备用方式 1。T1、T2 分列运行，QF2 跳开后 QF5 由 AAT 装置自动合上，母线由 T2 供电.（2） 备用方式 2。T1、T2 分列运行，QF4 跳开后 QF5 由 AAT 装置动作自动合上，母线由 T1 供电。（3） 备用方式 3。QF5 合上，QF4 断开，母线、由 T1 供电；当QF2 跳开后，QF4 由 AAT 装置动作自动合上，母线和母线由 T2 供电。（4） 备用方式 4。QF5 合上，QF2 断开，母线、由 T2 供电；当QF4 跳开后，QF2 由 AAT 装置动作自动合上，母线和母线由 T1 供电。.2. 装置硬件设计2.1 硬件构造以图 1-1b所示

7、的双电源互为备用一次接线为例，其硬件构造如.图 2-1 所示。通过电压互感器和电流互感器将母线上的电压和电流反映给电压继电器和电流继电器，其中电流互感器的输出接电流继电器，电压继电器的输出接过压继电器和欠压继电器。再通过这些继电器的触点将母线有压、无压和母线进线有流、无流反映给 PLC。图 2-1 硬件构造示意图外部电流和电压输入经变换器隔离变换后，由低通滤波器输入至A/D 变换器，经过 CPU 采样和数据处理后，由规律程序完成各种预定的功能。.AAT 装置的主要输入与输出有以下几种：（1） 从备用电源自动投入的一次接线方案图【图 1-1b】可以看出，测量 TV3 和 TV4 二次电压来判别母

8、线 III 和 IV 上有、无电压，测量的事三相电压并非单相电压。（2） 承受母线 III 和母线 IV 进线电流测量 TV1 和 TV2 的二次电流，防止 TV 断线误判工作母线失压导致误启动 AAT 装置；利用母线III和母线 IV 进线电流闭锁 AAT，同时兼做进线断路器跳闸的关心判据，闭锁用电流只需一相即可。（3） QF2、QF4、QF5 的跳位与合位的信息由跳闸位置继电器和合闸位置继电器的触点来供给，并识别系统运行方式及选择自动投入方式。（4） 引入断路器 QF2(或 QF4)的合后位置触点，作为手跳断路器后闭锁自动投入和外部闭锁自动投入输入触点。（5） 装置输出 3 对触点分别跳断

9、路器 QF2、QF4、QF5；输出 2 对触点用于自动投入 QF5，输出 9 对触点用于过负荷联切。所谓过负荷联切， 是指在投入备用电源后，利用母线 III 和母线 IV 进线电流，如发生过负荷，切除预先预备切除的假设干条不重要的负荷线路。2.2 PLC 选型从上面分析可以知道，系统共有开关量输入点 11 个、开关量输出点.I1.2方式 1、方式 2 闭锁KF53 个。参照四门子 S7-200 产品名目及市场实际价格，选用主机 CPU22414 入/10 继电器输出，此最为经济。2.3 掌握系统的 I/O 点及地址安排输入地址名称代号I0.0母线 III 无压KV1I0.1流母线 III 进线

10、无KI1I0.2母线 IV 有压KV2I0.3方式 1 投入KF1I0.4T1 保护KF3I0.5母线 IV 无压KV3I0.6母线IV 进线无流KI2I0.7母线 III 有压KV4I1.0方式 2 投入KF2I1.1T2 保护KF4输出地址名称代号Q0.0跳 QF2QF2Q0.1跳 QF4QF4Q0.2合 QF5QF5掌握系统的输入/输出信号的名称、代号及地址编号如表 2-1 所示。表 2-1 输入/输出点代号及地址编号.2.4 电气掌握系统原理图如图 2-2 所示为掌握电路图。图中:SF 为急停开关，TA 为隔离变压器， 专为 PLC 供电，抗干扰，QF2、QF4、QF5 均由 PLC

11、的输出继电器掌握，图中 Q0.0、Q0.1、Q0.2 为 PLC 的继电器触点。图 2-2 掌握电路图如图 2-3 所示为 PLC 的外接线图，如有需要，还可以参加扩展模块。有条件的话可以接入触摸屏，通过对其设定和操作，即可按规定的程序工作。.图 2-3 PLC 局部接线图3. 装置软件设计3.1 备用电源自动投入装置的软件原理在图 1-1B所示的双电源互为备用一次接线中，有四种根本备用方式，备用方式 1 和备用方式 2 是变压器 T1 和 T2 各带一组母线分列运行QF5 必处断位，靠母线分段断路器 QF5 的合闸实现互为供电的两种备用方式，是暗备用方式；备用方式 3 和备用方式 4 是一个

12、变压器带母线III 和母线 IV 运行QF5 必处于合位，另一个变压器备用的工作方式，是明备用方式。图 3-1 所示为暗备用方式 1 的 AAT 装置软件规律框图。.图 3-1 暗备用方式的AAT 装置软件规律框图(1) AAT 装置的启动方式。图 1-1B接线以备用方式 1 正常运行时， QF1、QF2 的掌握开关必在投入状态，变压器 T1 和变压器 T2 分别供给电能给母线 III 和母线 IV。在 t3 时间元件 10-15S 充分电后，只要确认 QF2 已跳闸，在母线由电压的状况下，Y9、H4 动作。QF5 就合闸。这说明工作母线受电侧断路器的掌握开关处合闸位与断路器位置处跳闸位不是对

13、应要启动 AAT 装置在备用母线由电压状况下，即 AAT 装置的不对应启动方式，是 AAT 装置的主要启动方式.然而，当系统侧故障使工作电源失去电压，不对应启动方式不能使AAT 装置启动时，应考虑其他启动方式关心不对应启动方式。在实际应用中，使用最多的关心启动方式是承受低电压来检测工作母线是否失去电 压。在图 4-8(A)中，电力系统的故障导致工作母线 III 失压，母线 III 进线无电流，备用母线IV 有电压，通过Y2 启动 t1 时间元件，跳开QF2， AAT 装置动作。可见，图4-8A是低电压启动 AAT 装置局部，是AAT 装置的关心启动方式，这种关心启动方式能反映功过母线失去电压的

14、全部状况，但着中国关心启动方式的主要问题是如何抑制电压互感器二次回路断线的影响。可见 AAT 装置启动具有不对应启动和低电压启动两局部，实现了工作母线任何缘由失电均能启动 AAT 装置的要求。同时可以看出，只有在QF2 跳开后，QF5 才能合闸，实现了工作电源断开后 AAT 装置才动作的要求； 工作母线母线 III与备用母线母线IV同时失去电压，AAT 不动作； 备用母线母线 IV无压，依据图 4-8 规律框图，AAT 装置也不动作。（2） AAT 装置的充电过程。微机型备用电源自动投入装置为了保证正确动作且只动作一次，在规律中设计了类似自动重合闸装置的充电过程10-15S。只有充电完成后 A

15、AT 装置才进入工作状态。如图 4-8C所示要使 AAT 装置进入工作状态，必需要使时间元件 t3 充分电，充电时间需 10-15 秒，这样才能为 Y11 装置动作预备好条件。.AAT 装置充电条件是：变压器 T1T2 分列运行，即QF2 处合位、QF4 处合位 QF5 处跳位，所以与门 Y5 动作；母线 III 和母线 IV 均三相有压说明 QF1、QF3 均合上，工作电源均正常，与门 Y6 工作。在满足上述条件，没有 AAT 装置的放电信号状况下，与门 Y7 的输出对大事原件 t3 进展充电。当经过 10-15S 充电过程后，为与门 Y11 预备好了动作条件，即AAT 装置动作预备好了条件

16、。一旦与门 Y11 的另一输入信号AAT 装置动作命令到来，AAT 装置就动作，最终合上 QF5 断路器。（3） AAT 装置的放电功能。对 AAT 装置的放电功能，就是在某些条件下要取消 AAT 装置的动作力量，实现 AAT 装置的闭锁。t3 的放电条件有：QF5 处合位AAT 装置动作成功后，备用工作方式 1 不存在了，t3 不必再充电；母线 III 和母线 IV 均三相无压T1、 T2 不投入工作，t3 制止充电；T1、T2 投入工作后t3 才开头充电；备用方式 1 和备用方式 2 闭锁投入不去用备用方式 1、备用方式 2 的备用方式。这三个条件满足其中之一，t3 会瞬间放电，闭锁 AA

17、T 装置。可以看出,T1、T2 投入工作 10-15S，等 t3 充分电后，AAT 装置才有可能动作。AAT 装置动作使 QF5 合闸后，t3 瞬时放电；假设 QF5 合于故障上， 则由 QF5 上的加速保护使 QF5 马上跳闸，此时母线III备用方式 2 工作时为母线 IV三相无压，Y6 不动作，t3 不行能充电。于是,AAT 装置不再动作，从而保证了 AAT 装置只动作一次。(4) AAT 装置的动作过程。当备用方式 1 运行 15 秒后，AAT 装置的动作过程如下：工作变压器T1 故障时，T1 保护动作信号经 H1 使 QF2 跳闸； 工作母线III 上发生短路故障时，T1 后备保护动作

18、信号经H1 使QF2 跳闸；工作母线 III 的出线上发生短路故障而没有被该出线断路器断开时，同样由 T1 后备保护动作经 H1 使 QF2 跳闸；电力系统故障使母线 III 失压时， 在母线 III 无进线电流、母线 IV 有压的状况下经时间 t1 使 QF2 跳闸；QF1跳闸时，母线 III 失压、母线 III 进线无电流、母线 IV 有压的状况下经时间 t1 使 QF2 跳闸，或 QF1 跳闸时连跳 QF2 跳闸。QF2 跳闸后，在确认已跳开断路器无电流、备用母线有压状况下，Y11 动作，QF5 合闸。当合于故障上时，QF5 上的保护加速动作，QF5 跳开，AAT 装置不再动作。可见，图

19、 4-8 所示的 AAT 装置规律框图完全满足 AAT 装置的根本要求。3.2 程序变电站备用电源自动投入装置的软件设计对应的简要程序如图 3-2 所示。可依据实际应用状况适当转变程序以到达工作要求。.图 3-2 简要程序3.3 AAT 装置参数整定整定的参数有低电压元件动作值、过电压元件动作值、AAT 装置充电时间、AAT 装置动作时间、低电流元件动作值等。(1) 低电压元件动作值。低电压元件用来检测工作母线是否失去电压的状况，当工作母线失压时，低电压元件应牢靠动作。为此，低电压元件的动作电压应低于工作母线出线短路故障切除后电动机自启动时的最低母线电压；工作母线包括上一级母线上的电抗器或变压

20、器后发生短路故障时，低电压元件不应动作。考虑上述两种状况，.低电压元件动作值一般取额定电压的 25%。(2) 过电压元件动作值。过电压元件用来检测备用母线暗备用时是工作母线是否有电压的状况。如图中以备用方式 1、备用方式 2 运行时， 工作母线消灭故障被该出线断路器断开后，母线上电动机自启动是备用母线消灭最低运行电压 Umin，过电压元件应处动作状态。故过电压元件动.作电压 Uop 为Uop=UminKrelKrNtv式中：Krel 为牢靠系数，取 1.2；Kr 为返回系数，取 0.9；Ntv 为电压互感器变比。一般 Uop 不应低于额定电压的 70%。(3) AAT 装置充电时间。图所示以备

21、用方式 1、备用方式 2 运行时， 当备用电源动作于故障上时，由设在 QF5 上的加速保护将 QF5 跳闸。假设故障是瞬时性的，则可马上恢复原有备用方式，为保证断路器切断力量的恢复，AAT 装置的充电时间应不小于断路器其次个“合闸跳闸”间的时间间隔。一般间隔时间取 1015s。可见，AAT 装置的充电时间是必需的，且充电时间应为 1015s.(4) AAT 装置动作时间。AAT 装置动作时间是指由于电力系统的故障使工作母线失压跳开，工作母线受电侧断路器的延时时间。由于网络短路故障时低电压元件可能动作，明显此时 AAT 装置不能动作，所以设置延时是保证AAT 装置动作选择性的重要措施。AAT 装

22、置的动作时间 Top(t1、t2)为Top=Tmax+t式中：Tmax 为网络发生使低电压元件的短路故障时，切除短路故障的保护最大动作时间；t 为时间常数，取 0.4s。(5) 低电流元件动作值。设置低电流元件用来防止 TV 二次回路断线时误启动 AAT，同时兼做断路器跳闸的关心判据。地电流元件动作值可取TA 二次侧额定电流值的 8%。心得体会通过本次课程设计，使自己加强了学习与生产、理论与实际的联系， 对专业学问有初步了解，稳固已学根底学问，加强了劳动观念、实践观念，切实提高了动手实践力量，为毕业后走向工作岗位和进一步的学习奠定根底。在这次课程设计过程中中，我最直接的感受是，实际工作真的很简

23、单，很辛苦。但是这是一个人走向社会必需担当的压力之一。所以这正是课程设计的意义所在。通过设计，我提前体验了工作，为毕业走向工作岗位打下了根底。成长是每个人的必经之路，无论向往也好，排斥也罢，我们都迟早要面对。作为学生，要充分利用在校的课余时间，保证学业的同时，尽可能的多参与社会实践，为自己制造时机接触外面的社会。我始终坚信，付出总会有收获，并且一个小的成功是下一个成功的必要预备，时机总是垂青那些有预备的人。我们每个人所能做的，不是埋怨与成功人士的差距，而是争取时机奋起直追，成功的得来不是靠运气，而是凭借一朝一夕积存的力量。特别感教师在课程设计过程中赐予我的指导和帮助。感设计过程中帮助我的其他教师和同学们。参考文献1、变电站综合自动化现场，中国电力，丁书文主编；2、电力工程电气设计 200 例，中国电力，卓乐友等编著；3、现代电气掌握及 PLC 应用技术，航空航天大学，王永华编著；4、电力工程根底，机械工业，丽华主编5、电力系统继电保护，中国电力，保会主编