电源自复

2024-05-05

电源自复（精选七篇）

电源自复篇1

在电力生产和传输过程中, 为确保供电可靠性, 最大限度地减少用户停电时间, 变电站和重要用户一般采用双电源或多电源互为备用的供电方式, 其安全可靠运行是保证电源备投成功的关键。

2. 综合自动化变电站备自投实现方式

备自投装置由于要面对系统运行方式的多种变化, 造成备自投装置逻辑关系复杂, 接线方式也复杂。如图1所示:

“三进线两母联”接线方式具有多种的备自投方式, 这就要求备自投装置能自动识别系统运行方式, 自动选择相应的备自电源自动投入、备自投自复方案。综合自动化变电站的备自投装置需要采用大量的二次电缆, 采集开关量、电气量、保护动作信号再进行逻辑编程, 从而实现备用电源自投自复功能, 但大量的二次电缆容易造成接线错误, 导致装置误动作或拒动。

3. 基于GOOSE变电站备自投实现方式

对于“三进线两母联”接线方式, 实现自投自复功能, 利用分散安装的间隔层保护完成, 三条进线两个母联分别配置支持GOOSE功能的微机保护装置, 并配置一台具有VLAN优先级控制功能的交换机, 实现间隔层微机保护之间的数据交换。

如图2所示:

逻辑实现:各分散安装的微机保护装置只需采集本间隔的信息 (无压、无流、位置信号、备投投入等) , 将获得的信息利用GOOSE发布给各分散保护装置, 各保护装置收到GOOSE信息后完成逻辑运算及动作输出, 保护装置之间没有任何二次电缆的连接, 全部通过间隔层GOOSE网络交换机来实现数据交换, 备投动作执行功能。

4. GOOSE实现备投详细介绍

电气主接线为三电源单母线分段, 其中两路主供, 一路备供, 呈“三进两联”结构。正常运行时, 母线分段运行, 两台分段断路器断开, 两段母线分别由两路主供电源供电、备供电源热备用, 其自投、自复功能由进线微机保护装置及分段微机保护装置通过GOOSE信号逻辑编程共同实现, 先对下面所用符号说明如表1:

备投充电条件:保护装置之间的数据交换采用GOOSE报文。

I段进线、II段进线、III段进线, 有压;I段进线、II段进线、III段进线, 在合位;I/III分段开关、II/III分段开关, 在分位且无流;KK备投投入开关在投入位置;满足上述条件, 经延时充电成功。

以I段进线举例备投动作自复逻辑如下 (备自投在充电成功后, 正常供电失压下动作, 任何电流保护动作跳闸后闭锁备投下面不再介绍) :

(1) 自投:U1Uy、U3>Uy, 即II、III段进线电压正常, 发送II、III段进线有压、开关合位位置GOOSE信号到所有关联间隔保护, I段进线保护收到II、III段进线、I/III分段开关、II/III分段开关保护装置的GOOSE信号, 装置将延时Td (自投动作延时定值) 后动作, 发送合闸GOOSE信号到I/III分段保护装置合上I/III分段开关。

(2) 自复:U1>Uy, 即I段进线失电后有压;发送有压、开关分位位置GOOSE信号到所有关联间隔保护, U2>Uy、U3>Uy, 即II、III段进线电压正常在合位, 且I/III分段开关合闸, 发送II、III段进线有压、开关合位位置GOOSE信号, I/III分段开关合位位置GOOSE信号到所有关联间隔保护, I段进线保护收到II、III段进线、I/III分段开关、II/III分段开关保护装置的GOOSE信号, 装置将延时Tf (自复动作延时定值) 后动作, 发送跳闸GOOSE信号到I/III分段保护装置, 跳开I/III分段开关, 收到I/III分段保护装置反馈的开关分闸位置GOOSE信号后再合上I段进线开关。

(3) 自投:U1>Uy, 即I段进线电压正常;发送有压、开关合位位置GOOSE信号到所有关联间隔保护, U2

5. GOOSE对设计人员要求

保护装置采用GOOSE信号后, 装置之间的联络信号采用报文形式实现, 设计人员除画出保护本间隔的开入开出信号及端子排, 还要画出保护装置与保护装置之间的GOOSE连接信号, 我们也通常把GOOSE信号称为“虚端子”, 虚端子的正确性非常重要, 调试人员将根据此图进行GOOSE的配置, 如有偏差, 会导致一系列的错误, 给调试、运行、检修人员带来困扰, 因此要求设计人员对整个二次系统的逻辑、原理、闭锁有着更深层的理解。

6. 结束语

本文介绍了基于GOOSE实现备投自投自复的应用, 此方式利用分散安装的间隔保护采集本间隔的数据, 通过GOOSE报文在保护装置之间进行数据交换, 利用保护装置逻辑编程实现复杂的备投自投自复功能, 大大降低了二次电缆的使用量, 也避免了由于二次电缆的故障、接线错误导致保护装置误动作, 此方式对维护人员提出了更高的要求, 故障的处理方法不但检查二次线, 更重要的是利用装置配置软件了解GOOSE报文及保护装置的逻辑编程。

参考文献

[1]DL/T 860.72-2004/IEC 61850-7-2:2003变电站通信网络和系统[S].

[2]DL/T 860.72-2004/IEC 61850-7-2:2003变电站通信网络和系统[S].

[3]郭玉亮.李明.李胜男.基于GOOSE方式的网络化备自投应用[J].云南电力技术, 2011 (05) :50-54.

[4]李海星.王政涛.王锐.曹丽璐.基于IEC61850标准的网络化备自投功能[J].电力系统保护与控制, 2009.7.

微机备用电源自投装置应用探析篇2

1 了解和掌握微机备用电源自投装置的设计思路和构成

1.1 微机备用电源自投装置的设计思路

备用电源自投装置的设计思路, 实际上也就是在设计备自投装置之前, 应该首先考虑备自投装置在一步步达到哪些技术性能后, 才能充分发挥备自投装置设备应起到的作用, 即当工作电源出现故障时, 备自投装置能够快速自动地投切备用电源, 继续为电路提供电源。因此, 电气工程人员要想很熟练地应用备自投装置, 就必须首先了解和掌握备自投装置的整个设计思路, 熟悉备自投装置的每一步技术性能。首先, 要保证备用电源在投入运行之前, 原来运行的工作电源必须是断开的, 避免两路电源应用到同一电路中, 由于相序不符或电压升高而造成短路。备自投装置在投入备用电源的断路器时, 必须经过一段时间的延时处理, 用来保证工作断路器与备用断路器之间形成一定的时间差, 不至于同时工作造成事故。同时, 备用断路器的延时时间必须大于最长的外部故障切除时间, 以防止由于外部线路出现故障时, 造成备用断路器与工作断路器之间不停地转换, 进而损坏设备。如果在用手动断开工作电源时, 备自投装置应该不动作, 否则, 会造成短路。为了防止备用电源投到故障的元件上, 造成严重事故的发生, 因此, 备自投装置还应具备闭锁装置的逻辑功能。在备用电源无压状态下, 备自投装置应不动作。为了使备自投装置在电压互感器二次熔断器熔断的状态下不误动, 所以备自投装置系统应该设有电压互感器断线告警装置。在满足系统投退的条件下, 为了防止系统受到多次冲击而扩大事故, 备自投装置只能投退一次。

1.2 微机备用电源自投装置的构成

微机备用电源自投装置的核心部分是以高性能的单片机为骨架, 以CPU模块、继电器模块、交流电源模块、人机对话模块、保护模块等主要模块构成它的硬件系统, 与通过固化程序后的软件系统相结合, 采用交流不间断的采样方式, 把采集到信号按傅立叶法提供给CPU进行实时计算, 把计算结果通过输出设备接口输出, 就能精确地判断电源状态, 并实施延时切换电源。由于微机备用电源自投装置的元器件均采用稳定性高、可靠性强的军品或工业品, 所以可以再恶劣的环境下稳定运行。由于采用一体化机箱设计、完善的软硬件自检功能和免调试电路设计, 所以使微机备用电源自投装置的维护更方便、调试更简单。因此, 这样的微机备用电源自投装置就具有抗干扰能力强、工作性能稳定可靠、使用调试方便、动作快捷准确等优点。

2 了解和掌握微机备用电源自投装置的运行条件与过程

微机备用电源自投装置的主要运行方式分为线路备投、桥备投、分段备投、母联备投、变压器备投。每一种运行方式都有各自的运行条件。现以线路备投这种运行方式为例, 来说明微机备用电源自投装置的运行条件与过程。

2.1 线路备投的运行条件

两条线路投入运行时各带一段低压母线, 使两段低压母线分列运行。当采用线路备自投时, 假设进线二运行, 进线一备用, 即2DL、3DL在合位, 1DL在分位;当进线二电源因故障或其它原因被断开, 进线一备用电源自动投入, 且只允许动作一次。为了满足这个要求, 要求进线一自投充电, 只有在充电完成后才允许自投。

2.2 线路备投的充电条件

母线有PT时, Ⅰ母、Ⅱ母均三相有压;母线无PT时, 进线二有压;2DL、3DL在合位, 1DL在分位;进线一有压, 经备自投充电后充电完成。

2.3 线路备投的放电条件

1DL在合位, 经短延时。

2.4 线路备投的启动条件

Ⅱ母线无压、无流, I母线有压。

2.5 线路备投的动作过程

当充电完成后, 母线有PT时, Ⅰ母、Ⅱ母均无压, 母线没有PT时, 进线Ⅱ无压, 进线Ⅱ无流, 经延时跳开2DL, 则瞬时空跳2DL, 确定2DL跳开后, 经延时合1DL。

假设进线一运行, 进线二备用, 即1DL、3DL在合位, 2DL在分位, 具体工作条件与过程与假设进线二运行, 进线一备用相反, 它们之间可互为备投。

3 了解和掌握微机备用电源自投装置的调试和维护技巧

在实际工作过程中, 电气工程人员必须了解和掌握微机备用电源自投装置的调试与维护技巧, 才能更好地发挥微机备用电源自投装置的作用。

微机备用电源自投装置在电力系统中投入运行之前, 必须首先进行装置的调试工作, 只有在装置调试工作完成之后, 才能投入运行。微机备用电源自投装置虽然比较先进, 但如果在应用过程中, 装置的外围线路设计不够合理, 容易导致所构成的回路不科学。如果出现装置参数定值的设置不精确、不全面、不客观、不符合现场的实际电路的状况、软件编制不合理、设备安装的位置不当等方面的不足, 都可能影响到微机备用电源自投装置的安全可靠地动作。所以, 微机备用电源自投装置在投入运行之前, 必须根据现场的实际情况进行科学的调试工作。首先, 要进行整定值的调试。装置的整定值的类型可分投退型和数值型两种。投退型的整定值在现场就可以通过选择相应的投退型定值, 来选择所需要的保护和告警功能。而数值型的整定值则需要根据现场参数经过计算得出。为了使投退可靠稳定, 对工作母线无压的低压值, 一般整定为工作母线电压的25%U。备用电源有压的过压值, 一般整定为备用电源电压的70%U。有压无流的整定, 进线无电流一般是指工作电源进线的一相电流小于线电流定值, 而且该定值应小于最小负荷电流, 这样可以防止电压互感器空开被误碰断开, 导而导致微机备用电源自投装置的误动。在对微机备用电源自投装置的时间整定时, 要求装置动作的时限与继电保护相配合, 并且要尽可能短, 以利于电动机的自启动;装置的动作时限与断路器合闸时间相配合时, 应进行综合考虑, 保证微机备用电源自投装置的整定时间。

在微机备用电源自投装置投入运行之后, 要做好日常的维护工作, 这是保障微机备用电源自投装置安全可靠运行的前提。微机备用电源自投装置在投入运行的一年之内, 必须对其控制装置的控制过程的准确性、工作参数的准确性进行一次校验, 确保其运行的安全可靠。第一次校验之后, 每隔三年需要进行一次校验。在对微机备用电源自投装置进行定检校验前, 为了保证工作电源和备用电源的安全性, 要采取一定的措施做好风险点的拆除工作, 以免发生误动事故。在对微机备用电源自投装置进行定检校验时, 为了降低风险和难度, 只检查微机备用电源自投装置的出口接点导通与否, 可以不进行带断路器的整组试验, 也可以采取分步传动的进线开关轮停的方法进行定检校验。在对微机备用电源装置进行日常维护时, 应该先检查装置的充电标志是否正常。为了防止维护过程中发生装置误动事故, 电气工程人员在停用微机备用电源自投装置的操作时, 应该严格按照先退出出口压板、再停用其直流电源、最后退出交流电源的顺序进行;在进行微机备用电源自投装置投入运行的操作时, 应该严格按照先投送双路交流电源、再通其设备的直流工作电源、最后投入出口压板的顺序进行。如果电气工程人员因为意外操作而导致压板变位或定值拨轮改变时, 必须及时地按复位开关在30秒内加以确认, 否则会启动告警装置。总而言之, 在对微机备用电源自投装置进行调试与维护时, 一定要慎之又慎, 对一些不允许随意操作和更改的程序要禁止操作, 一旦遇到装置出现异常情况, 要冷静地进行妥善处理, 避免造成严重的后果。

总之, 作为一名电气工程人员, 要想在应用微机备用电源自投装置时得心应手, 就必须了解和掌握微机备用电源自投装置的设计思路、构成、运行条件和过程、调试和维护技巧, 才能更好地发挥它在电力系统中的作用。

摘要：备用电源作为可靠供电的后备保障, 在现在的供电系统中发挥着越来越重要的作用。在实际工作中, 作为一名电气工程人员, 必须正确地了解和掌握微机备用电源自投装置的设计思路、构成、运行条件和过程、调试和维护技巧, 才能更好地发挥它在电力系统中的作用。本文根据自己的工作实践经验, 对微机备用电源自投装置的应用进行探析, 提出自己的认识和见解。

关键词：设计思路,构成,运行条件和过程,调试和维护

参考文献

电网中备用电源自投装置的安全应用篇3

继电保护专业人员对电网中备用电源自投装置(以下简称BZT)的分类、二次回路接线和其动作原理并不陌生,但对于保证其正确动作的计算方法和配合关系,不是专业的计算人员可能就不是很熟悉。虽然整定计算规程有所规定,但其已远远不能满足实际需求,造成实际工作中的BZT的不正确动作,现举例说明电网中常用备用电源自投装置的动作逻辑和整定计算方法。

1 常用备用电源自投方式及动作逻辑

目前电网中常用的备用电源自投方式有分段自投、主变自投和进线自投三种,它们的动作逻辑分述如下。

1)分段或桥开关自投动作逻辑

如图1所示,Ⅰ段母线失电,跳开1DL;在Ⅱ段母线有压的情况下,合3DL;Ⅱ段母线失电,2DL在合位时跳开2DL,在Ⅰ段母线有压的情况下,合3DL;为防止母线PT失压时备自投误动,取线路电流作为母线失压的闭锁判据。

2)主变自投动作逻辑

主变自投示意图见图2。母线失电,相应主变断路器处于合位,在备用变压器高压侧有压情况下跳开工作变压器断路器,合备用变压器断路器;当工作变压器偷跳,合备用变压器断路器。为防止母线PT失压时备自投误动,取主变电流作为母线PT失压的闭锁判据。

3)进线自投动作逻辑

进线自投示意图见图3。

工作线路失电,相应断路器处于合位,在备用线路有压情况下跳开工作线路断路器,合备用线路断路器;当工作线路断路器偷跳,合备用线路断路器。为防止母线失压时BZT误动,取线路电流作为母线PT失压的闭锁判据。

2 常用备用电源自投装置定值项

《3~110 k V电网继电保护装置运行整定规程》规定,电压鉴定元件的取值:低电压元件应能在所接母线失压后可靠动作,而在电网故障切除后可靠返回,一般整定为0.15~0.3倍额定电压,如母线上接有并联电容器,则低电压定值应低于电容器低电压定值。有压检测元件应能在所接母线电压正常时可靠动作,一般整定为0.6~0.7倍额定电压。动作时间要求大于本级线路电源侧后备保护动作时间,延时跳开工作电源,需考虑重合闸时应加上重合闸动作时间,同时,还应大于工作电源母线上运行电容器的低压保护动作时间。综合常用备用电源自投方式及动作逻辑,备用电源自投装置的关键定值项有如下几项:

1)失压定值。一般取30 V(相间电压)。

2)有压定值。一般取70 V(相间电压),对于变压器备自投装置,有压定值取PT额定电压的0.6~0.7倍。

3)无流定值。进线无电流定值,用于母线失压判别(区别于PT断线)。

4)跳闸时间。断路器跳闸延时,一般大于本级线路保护的灵敏段动作时间与重合闸动作时间之和。

5)合闸时间。一般取1 s。对于主变备自投装置,根据运行操作习惯,先合高压侧,后合低压侧。高、低压侧合闸时间分别取0.5~1 s。

3 案例1

某变电站10 k V分段自投动作情况,接线如图4所示,该变电站因负荷转移,致使Ⅰ主变运行负荷很轻(10 k V负荷电流一次值为320 A),此时恰逢10 k VⅠ母PT1小开关断开,二次电压失去,造成10 k V分段自投动作,跳IDL,合3DL。虽未损失负荷,但对站内造成一定冲击。

分析:因10 k VⅠ母PT小开关断开,BZT满足失压定值,而在轻负荷情况下,无流定值过大(一次值为300 A,二次值为0.5 A),造成10 k V分段自投误认为Ⅰ主变无电流,不能正确闭锁PT断线导致的母线失压情况下的BZT起动,导致该变电站10 k V分段BZT动作。

解决方案:相关整定规程中对于BZT无流闭锁定值无说明,仅凭经验取值。根据实际运行经验,该定值不能整定过大,需考虑轻负荷时负荷电流本身就很小,若该定值过大,会造成装置误判无流,在PT断线时使备自投误动作。该定值也不能整定过小,因装置受自身精度和零漂限制,若该定值过小,可能在开关断开时误判有流,从而造成一段母线失压时闭锁BZT。以南自PSP 642型号装置为例,该项定值的取值范围为0.2~100 A,经咨询厂家技术人员,建议最好不取最小值。综合考虑,BZT无流定值可取0.3 A(二次值)。

4 案例2

图5为某110 k V变电站BZT配置图,该站配有110 k V桥自投和10 k V分段自投。当线路2发生永久性故障时,该线路两侧开关跳开,110 k V桥自投成功动作,跳2DL,然后合3DL。在110 k VⅡ母失压的同时,10 k VⅡ母也失压,10 k V分段BZT检无压启动,跳5DL,合6DL,由Ⅰ主变带10 k V两段负荷,在负荷较重时,可能会导致Ⅰ主变过负荷。

分析:该站BZT定值如下:110 k V桥自投跳闸时间为4 s,合闸时间为1 s;10 k V分段自投跳闸时间为5 s,合闸时间为1 s。两级BZT时间并未进行配合,造成各级自投独立分别动作。虽然规程没有关于两级自投时间配合的要求,但同时动作对运行方式不利。

解决方案:针对该种情况,在整定备自投方案时应注意上下级配合,具体方案如下:

设110 k V桥自投跳闸时间为T1,合闸时间为T2,10 k V分段自投跳闸时间为T3,合闸时间为T4。

若线路2故障时,我们首先希望由线路对侧保线路全长有灵敏度的线路保护动作跳线路对侧开关,然后经对侧线路重合闸动作重合,恢复正常送电,此时两级自投均不应动作。若为永久性故障,再由线路对侧加速段保护切除故障,此时110 k VⅡ母和10 k VⅡ母同时失压,满足110 k V桥自投和10k V分段自投启动条件,两套自投装置同时启动,但我们希望由110 k V桥自投先出口,由T1时间跳2DL,T2时间合3DL,由线路1带两台主变的负荷恢复10 k V母线送电。10 k V分段自投虽也一起启动,但不希望其在该种方式下动作。如何避免就靠自投装置的动作时间整定,将10 k V分段自投跳闸时间整定的大于110 k V桥自投跳闸T1与合闸时间T2之和就能实现上述逻辑。

因此10 k V BZT跳闸时间为

其中:△t为裕度时间,考虑到实际开关动作时间等因素,一般为1~2 s。

综上分析得出110 k V桥自投和10 k V分段自投跳闸时间、合闸时间应分别整定为:

110 k V桥自投跳闸时间T1取4 s,合闸时间T2取1 s;

10 k V分段自投跳闸时间T3取6 s,合闸时间T4取1 s。

该方案的优点在于110 k V母线失压时,由110k V自投先动作,动作不成功时,低压侧BZT再动作,这样的自投动作顺序和运行方式是最合理的,而且还能提高BZT动作的成功率。

5 结论

BZT在电网稳定运行中的地位不言而喻,而相关规程对于这方面的整定原则却尚不完善,从而造成一些BZT定值不能完全满足系统稳定要求。本文针对BZT的原理及动作逻辑进行了阐述,结合实际案例指出了目前整定工作中存在的缺陷,并提出了相应的解决方案。本地区按照这些改进方案执行多年,BZT一直运行良好,正确动作率明显提高,电网安全稳定运行水平也得到提高。

摘要：简单介绍了电网中常用的三种备用电源自投方式及动作逻辑,分析了常用备用电源自投装置关键定值项的整定方法。分别对变电站运行中的两个备自投动作案例做了详细的研究分析,并各自给出了相应的解决方案。案例1给出了备自投无流电流的选取方法。案例2指出了规程没有关于两级备自投时间配合的缺陷,并提供了相应的计算方法,解决了两级备自投时间配合问题,提高了备自投动作的成功率。

关键词：动作逻辑,备用电源自投装置,定值配合,整定计算,两级备自投

参考文献

[1]DL/T584-20073～110kV电网继电保护装置运行整定规程[S].北京:中华人民共和国国家发展和改革委员会,2007.DL/T584-20073～110kV power protection devices to run the entire set of order[S].Beijing:The People's Republic of China National Development and Reform Commission,2007.

[2]PSP642数字式备用电源自投装置技术说明书[S].南京:国电南京自动化股份有限公司,2007.PSP642digital standby power automatic switch device data sheet[S].Nanjing:State Power Nanjing Automation Co.,Ltd,2007.

备用电源自投的问题以及应对措施篇4

惠炼电气主系统由三大部分组成:(1)220 kV总变:双母接线;(2)35 kV配电中心:双母双分段接线,(3)各区域变电所、动力站及原油罐区的6 k V、0.4 k V系统:均为单母分段接线。

1 备自投相关方面知识介绍

1.1 备用电源自投原理

备自投分为明备用、暗备用两种形式。对于双电源供电系统,一路电源工作,另一路电源备用,作为工作电源的备用电源称为明备用。两路电源同时工作,且互为备用的形式称为暗备用。

无论明备用还是暗备用,配备ATS的供配电系统,当工作电源失去后,备用电源将自动投入运行,尽可能快的恢复了用户供电,提高了供电的可靠性。

1.2 备自投电源自投逻辑

下面以前文所述系统进行分析,220 k V、35 k V系统单线图如图1所示。备自投逻辑分为两个部分:(1)做好动作前准备工作即满足充电条件不满足放电条件;(2)当工作电源出现故障,判断的动作过程。现简单介绍惠州炼油220 kV总变在昭炼线QF1开关带Ⅰ母,经母联QF3开关带Ⅱ母,风炼线QF2开关热备用运行方式下,且相应备自投方式投入时采用的逻辑图如图2所示。

图2中,CD1为方式1充电条件;Tcd为充电时间;U1max、U2max为I、II母电压最大值;Uzd为无压整定值;Izd为无流整定值;fzd为低频整定值;twy为无压延时整定值;tdp为低频延时整定值;BS1为闭锁备自投方式1;BS1234为总闭锁。

1.3 备自投时限配合

各电压等级备自投时限整定一般遵循以下原则:(1)尽可能快的恢复供电;(2)动作过程中尽可能少的开关动作。惠炼各电压等级备自投动作时限按阶段式配合:动作时限如下,220 kV系统动作时限整定为0.5 s,35 k V系统动作时限整定为1 s,6 k V系统动作时限整定为1.5 s,0.4 kV系统动作时限整定为2 s。按上述阶段式时限配合,则故障发生时,可以在最短的时间内最少的开关动作恢复供电。如220 k V风炼线故障引起的失压,则最长0.5 s后备自投动作,220 kV以下系统电源进线开关均不需动作,且能在220 kV系统自投成功后恢复正常供电,各电压等级电源故障依此类推,即35 kV系统失压则最长1 s可以恢复供电,6 kV系统失压则最长1.5 s可以恢复供电,0.4 kV系统失压则最长2 s可以恢复供电。如不按此时限配合,假设220 kV系统动作时限整定为1 s,35 kV系统动作时限整定为0.5 s,若同样220 kV风炼线故障引起的失压,则0.5 s也可以恢复35 kV以及一下系统的供电,但1 s后220 kV系统备自投也会动作,这样动作的开关多了,对系统恢复没有任何意义,当220 kV故障电源恢复时,恢复整个系统正常运行的倒闸操作也会相应增加。若按照与上述恰好相反的阶段式配合方式,若220 kV系统故障,则各电压等级的备自投都需动作,这样动作的开关多了,误动、拒动的可能性将相应增加。而且当电源恢复时增加了大量的倒闸操作任务,而且220 k V系统合环运行时间较长,在电网中是要尽量避免长时间合环运行。

2 电压互感器PT备自投目前存在的缺陷及应对措施

2.1 PT二次空气开关三相断线时备自投可能误动

随着目前用户负荷逐渐增加,电流互感器CT额定变比较大,且保护装置电流精确范围一般大于0.05In,而目前备自投三相PT断线的判据,其核心思路采用了无压有流。就如惠州炼油35 kV配电中心进线CT变比为2 500/1,而采用南瑞RCS-9000系列A型ATS,电流精确范围0.05In至20In,考虑到消去互感器误差,微机型备自投零漂等因素的影响,无流门槛值整定为0.1In,折合一次侧电流250 A对应的负荷约为15 000 k W,炼油行业开工,各装置是逐步开车试机,在开工初期负荷小、负荷电流一般小于无流门槛值。在该阶段操作过程中若出现误拉PT二次空气开关(现PT二次一般采用空气开关)或出现PT断线时不满足PT断线判据不会闭锁备自投,备自投就会出现误动。2008年10月31日倒闸操作过程中就发生了误拉PT二次空开导致备自投误动作。引起这次误动的原因为:(1)设备双编号还未完善;(2)运行人员对设备熟悉程度不够;(3)运行人员对备自投原理了解不够;(4)备自投自身存在的缺陷。

主要从以下两个方面可以解决这些问题:(1)严格管理、加强人员培训。设备投运前尽可能完成设备双编号工作;PT二次空气开关由联体改为分相单体;运行人员加强设备投运前的熟悉;加强运行人员相关方面知识培训工作。(2)改进技术措施。备自投启动时增加电压检测,防止小负荷母线PT三相断线或误拉PT时装置误动。220 kV高压系统一般可以采取增加检测电源线抽取电压,而对于如35 kV配电中心可以采相应高压侧母线电压且同时变压器高压侧开关在合位。将其增加的电压检测低于整定电压作为一个辅助启动条件。即在图2中增加一条判断条件。增加这一启动条件后能大大降低备自投在母线PT三相断线或误拉PT时装置误动的可能性。

2.2 35 kV配电中心备自投运行时存在的缺陷

日常运行过程中根据发电机开停的实际情况决定惠州炼油35 kV配电中心备自投投退跳母联开关压板。发电机运行(正常情况发电机G1、G2接IB、IIB运行)时,将跳母联QF11开关压板退出,而与相连的发电机升压变空载运行时将跳母联QF11开关压板退出,发电机运行时投入该压板是为了备自投能够正常的动作,所以发电机运行时该压板一定要投入。这样的压板投退方式实际是存在缺陷的。

3 35 kV配电中心备自投动作过程中的风险评估及应对措施

3.1 备自投动作过程中存在的风险

炼化行业一般采用了35 kV配电中心给各装置区域变供电,备自投方式采用暗备用形式,若在35 kV配电中心设置备用电源自投,当备用电源自投时,各35 kV区域变电所变压器,以及直接启动的高压电机,将会对备用电源变压器产生巨大的冲击,不仅可能对变压器本身受到影响,而且将直接影响备用电源的供电质量。下面以惠州炼油35 kV备自投动作时各区域变变压器、带低电压延时的高压电机对系统的冲击危害为例进行分析。

各35 k V区域变电所高压变压器容量见表1。

由表1可算出简单放射网对应的单段变压器容量为241 MVA;根据此容量估算备自投动作时各35 k V变压器冲击电流大小,做一个简单的计算,若浪涌电流按照3倍额定电流计算,折算为容量则为723 MVA,若为120 MVA主变压器的6倍,则将导致35 kV母线电压降低到接近60%的水平,将直接影响系统的正常运行,此时正常运行的负荷电流也将随之增大,电压将降到更低水平,而且一般低电压整定值为60%额定值,若低于此值一段时间低电压保护将动作。负荷的正常运行将直接受到影响。若与发电机相连的升压变空载运行时跳母联开关压板不投入则风险将进一步的增大。

3.2 应对风险的相关措施

考虑到大的冲击电流对系统的影响,且其冲击电流将直接影响到母线电压水准,而且35 kV配电中心电压质量将直接影响整个供电质量。为避免动作过程中的风险,可采取措施:(1)取消35 kV配电中心备自投;(2)调整6 kV备自投时间(分为1.5 s、2 s两个时限)也不会影响正常运行的负荷就是当主变出现问题时开关动作的要多。通过与装置工艺人员的沟通,30 s以内的失电恢复对装置影响区别不大;(3)主变选择时可以增大主变容量,但是会增加基本公摊费用,大大降低了经济性。

4 备自投对提高系统可靠性的实际意义

备自投动作时间配合是否合理以及目前存在缺陷的改进情况,将直接影响到供电可靠性,合理的整定时间可以最大限度使失电母线恢复供电,为工艺装置尽快恢复生产提供了安全保障。

目前惠炼供配电系统是一个自动化程度高,而且工作人员配置精简,若备自投时限设置得不合理,以及不采用ATS,当故障发生时需要工作人员到现场操作,即使按照事故处理不填写操作票,但炼厂范围大,各区域变分布在全厂势必需要大量的时间,将影响对生产装置尽快恢复生产供电时间。

“晃电”是石化行业中常见的事故,可以把电源故障备自投动作成功看作一次“晃电”过程,“晃电”过程中生产装置会受到影响,但尽量缩短这段时间可以使生产装置损失以及危害降到最低。在“晃电”结束后,尽可能快将一些重要或影响设备安全的电动机再起动,可保证设备以及装置安全。另外可以在“晃电”后尽快恢复一些可能影响到工艺流程以及装置安全的机泵电源。对于可能影响装置的低压电机电气可以设置分批再起动将影响降到最低。因此在石化行业供配电系统中设置备自投以及最优化的时限配合对提高供电可靠性起着至关重要的作用。

5 结语

目前石化行业供配电系统中现有的微机ATS,多数存在本文所述的缺陷,按照本文提出的方法对其进行改造,将会大大提高备自投的可靠性,减少误动作,随着供电可靠性的提高,对经济效益的提高有着显著的作用。

摘要：介绍了备用电源的自投原理、自投逻辑及备自投时限配合,通过加强管理和增加电压检测技术措施,使得目前备用电源自投装置存在的缺陷得到了改进,通过调整动作时限、增加主变容量等方法降低了动作过程中存在的风险,实际应用表明改进后的装置大大提高了备自投的可靠性,减少了误动作。

电源自复篇5

2008年08月22日, 某220k V站35KV分段3023备自投动作, 跳开了3#主变低压侧受总313开关, 合上了35KV分段3023开关。

当时运行方式:312、313开关在运行状态, 3023开关热备用。35KVⅢ母线上的负荷只有站变330开关处于运行状态, 3321、3322、3323电容器开关处于热备用状态 (如图一) 。

现场检查发现35KVⅢ母PT (33PT) 的多功能消谐装置告警灯亮, 33PT的A、C相一次保险熔断, 保险端部有过热迹象。

2 RCS-9651备自投装置原理解析

2.1 RCS-9651备自投装置数据采集

如图二所示:

●本站RCS-9651备自投装置所取的六个电压分别取自35KV侧32PT、33PT, 均为角结输入, 即接入UAB2、UBC2、UCA2、UAB3、UBC3、UCA3相间电压。装置引入两段母线电压目的在于有压、无压判别。 (本站无压定值为30V)

●装置所取的三个开关位置:1QF、2QF、3QF。装置引入312、313、3023开关位置接点 (TWJ) , 用于系统运行方式判别, 自投准备及自投动作。

●装置所取的两路电流:I1、I2为两进线一相电流, 用于防止PT断线时装置误起动。本站为312、313开关电流。每个进线开关各引入一相电流, 是为了防止PT断线后造成分段开关误投, 也是为了更好地确认进线开关已跳开。有电流输入时若电压采样低, 装置可判断出母线实际未失压, 进线开关未跳开。装置被闭锁, 不会动作, 简称有流闭锁。对于轻负荷可能该电流太小, 小于闭锁值, PT断线后装置不闭所。

2.2 RCS-9651备自投装置母联自投逻辑

●充电条件:

a) 装置所取六个电压量均为有压; (本站为32PT、33PT电压)

b) 1QF、2QF在合位, 3QF在分位; (本站为312、313开关合, 3023分位) 经15秒后充电完成。 (本站35KV正常方式:II、III母分裂运行, 3023热备用, 装置充电良好)

●动作过程:

a) 装置III母无压 (UII<整定值, 本站为III母相间电压小于30V) 、IL2进线无流 (IL2<整定值, 本站为313电流小于0.1A) , II母有压 (UI>整定值, 本站为II母相间电压大于70V) , 经延时后跳开2QF (313开关) , 确认2QF跳开后合上3QF (3023开关) 。

3 装置动作原因分析

综上所述, III母线失压、313电流达到无流判别, 符合备自投装置的动作逻辑。装置的动作行为是正确的。为此我们针对III母线失压、313无流的判别进行的进一步的分析。

3.1 装置判为III母失压的原因分析

RCS-9651备自投装置采样为角接, 采UAB、UBC、UCA电压, 判UAB、UBC电压值。即采ZAB, ZBC, ZCA上电压, 在PT的A、C相无输出时, UAB、UBC电压值为UB (57V) 在回路中的分压。

UAB=UB*ZAB/ (ZAB+ZA) ;UBC=UB*ZBC/ (ZBC+ZC) , 理论上分压值可能低于30V定值。经现场实际测量为17V。因此装置判为III母失压。

3.2 装置判313开关为无流的原因分析

装置无流定值整定为0.1A, 已经是采样精度要求的最低限值。而当时35KVIII母线只带了站变, 全部负荷电流为1A (一次值) 。313开关的CT变比3000/1, 二次电流理论上为0.00033A, 装置实际采样为0, 远小于定值, 因此判为无流。

4 结论

本次事件中, 35KVⅢ母33PT A、C相一次保险熔断, PT A、C相二次电压因回路阻抗原因不为零, 相间电压满足了无压条件 (小于30V) ;313开关负荷电流太小 (仅带一台站变负荷) , 未能起到有流闭锁功能, 满足无流条件;另外备用母线35KVⅡ母电压正常, 最终满足了3023备投的动作逻辑。跳开313开关, 合上3023开关。

在这种运行方式下发生PT断线, 二次回路及备投装置均设计要求正确动作。对于轻负荷状态由于电流太小, PT断线后装置不能被闭所, 但装置动作后对系统 (负荷) 影响十分轻微。

5 采取措施

a) 提高一次设备质量, 相关专业对35KV PT加强跟踪。

b) 尽量降低有流闭锁电流定值 (本站已经整为最小值0.1A, 变比3000/1) 。

c) 提高安装PT一次保险工作质量, 安装时用力旋紧, 防止接触不良。

摘要：本文针对一起较为典型的备用电源自投装置的动作行为进行分析, 结合实际运行状态, 分析了备自投动作原理及相应判据的实现, 并对其不足之处提出了相应的防范措施。

关键词：备自投,无压判别,有流闭锁

参考文献

[1]南京南瑞继保电力有限公司著.RCS-9651数字式备自投装置技术说明书.南京:南京南瑞继保电力有限公司, 2008

电源自复篇6

辅助电源是任何能量变换装置的心脏, 包括变频器、斩波器、不间断电源、有源滤波器件等电力电子变流系统, 它为所有模数控制及其驱动电路提供电源, 一般其输入电压在200~1200 V之间, 输出电压范围为3.3~48 V, 额定功率通常小于100 W[1]。随着技术的进步, 对辅助电源的要求也越来越高, 包括高效率、高功率密度和小尺寸及应用于高输入电压场合。中高压、大容量电力电子变流系统的辅助电源就近功率单元布置并采用柜体内直流母线作为其输入, 在很大程度上简化了变流系统二次线路连接, 降低了对二次线路的绝缘要求, 减小了二次线路受其他功率单元电磁干扰的影响, 有利于整个变流器系统的模块化、标准化, 能提高系统可维护性, 但上述方案的实现需要高电压宽范围输入的辅助电源[2]。

相比其他拓扑, 反激和正激DC/DC变换器具有输入/输出电气隔离、安全可靠性等优势, 现广泛应用于各种辅助电源中[3,4,5]。相比正激变换器, 反激型DC/DC变换器结构简单, 成本低廉[6]。单管反激电路主开关的电压应力大[7], 若增加RCD吸收电路, 则效率不高[8,9,10]。双管反激变换器的主开关电压应力仅为输入电压, 并且漏感能量回馈到输入侧, 无需增加任何吸收, 非常适合高输入电压、较高性能要求的场合[11,12,13]。单管或双管反激辅助电源, 其启动方式一般是输入电压通过启动电阻给PWM芯片相应电容预充电, 来实现PWM芯片自启动, 此后由辅助绕组为其提供工作电源。对于高电压输入的辅助电源, 电源正常工作后应能自动切除启动支路, 以降低启动损耗。PWM芯片自启动后, 辅助绕组若能及时建立电压为PWM芯片供电, 则辅助电源启动成功。

高电压宽范围输入的双管反激式辅助电源自激启动是否成功, 决定了依其提供控制电压的变流系统能否运行, 但现有文献鲜有研究。基于此, 本文对此类辅助电源自激启动过程展开研究。

本文分析了辅助电源启动原理;推导了辅助电源启动相关公式, 包括启动过程中输出绕组电压及辅助绕组电压;提出了辅助电源自激启动条件;确定了影响辅助电源自激启动的主要因素。最后, 基于PSPICE对建立的双管反激电路进行了仿真分析, 并在设计的300~2 500 V输入、24 V输出的双管反激辅助电源样机中进行实验验证。

1 辅助电源自激启动原理

辅助电源一般采用PWM芯片来控制开关管通断, 通过电压或电流反馈来调节占空比的大小, 实现输出电压稳定目的。基于图1所示电路, 对于高电压宽范围输入双管反激式辅助电源启动过程进行分析。

图1所示电路主要由高频变压器T1、驱动变压器T2、PWM控制芯片UC3844、储能电容C1、输出滤波电容C2、启动电阻RST、RT、检测电阻RSENSE、负载电阻RL、二极管VD1—VD5和开关管VT1、VT2、VT3组成。变压器T1原边输入绕组为NP, 绕组电感为LP, T1副边输出分别为输出绕组NS和辅助绕组NF, 绕组电感分别为LS和LF;变压器T2输入为PWM驱动脉冲, 而输出分别为PWM1和PWM2驱动脉冲。图中, Udc (in) 为辅助电源输入电压, Uout为输出电压, βUout (0<β<1) 为输出反馈电压, UAUX为辅助绕组电压, UCC为芯片UC3844电源电压。

辅助电源启动原理如下:直流输入电压Udc (in) 通过电阻RT为MOS管VT1栅极供电, 当VT1栅-源极电压大于其开通阈值电压时, 开关管VT1开通;当VT1开通后, Udc (in) 通过电阻RST (RST垲RT) 、开关管VT1给电容C1充电。UCC为电容C1电压, 也作为芯片UC3844电源电压, 当UCC电压大于芯片启动电压时, 芯片开始输出PWM脉冲来驱动开关管VT2、VT3, 与此同时, 辅助绕组开始建立电压UAUX, 当电压UAUX大于电压UCC与二极管VD3导通压降之和时, 电压UAUX就能为电容C1充电;当VT1栅-源电压小于其开通阈值电压时, 开关管VT1关闭。由于图1中两稳压管稳压值相同, 则电源正常工作时, 开关管VT1栅-源电压为零, 即电源正常工作后RST支路将自动断开。对于低电压小范围输入辅助电源, 一般不设置电阻RT启动支路, 以降低成本, 但对于高电压宽范围输入自激辅助电源, 由于输入电压较低时需保证电源正常启动工作, 电阻RST不能设置太大, 但当输入电压较高时, 小阻值的RST损耗将很大, 因此电源工作时需将启动支路RST自动切除, 以降低电源启动损耗。此外, 辅助电源为降低损耗, 一般仅通过RST支路无法为芯片UC3844提供正常工作所需电流, 故设置了电源自激启动后由辅助绕组为芯片供电电路, 辅助绕组能否及时提供PWM芯片工作所需电流和电压决定了辅助电源能否自激启动成功。

2 辅助电源启动相关公式

为进一步分析辅助电源启动过程, 对辅助电源启动相关公式进行了推导。

辅助电源在输入电压范围内能否正常启动, 一般考核最小输入电压时电源能否启动成功。本文设计的高电压宽范围输入辅助电源最小输入电压Udc (in) 为300 V, PWM芯片选用ON半导体公司的UC3844芯片, 芯片内阻RUC3844约为30 kΩ, 芯片启动电压、最小工作电压分别为Uhigh和Ulow。

a.芯片UC3844电源电压UCC的计算。

其中, UCC≥Uhigh是辅助电源能启动的前提。

b.最大启动电阻RST的计算。

c.启动电流IST的计算。

由于设计的电源, 故IST可由式 (3) 近似计算。一般要求IST大于芯片最小启动电流ISTmin, 易知电阻RST越小, 电流IST越大。

d.启动时间Δt1的计算。

由式 (4) 知, Δt1与电容C1、电压Uhigh成正比, 与电流IST成反比, 式 (4) 没有考虑电容C1漏电流及芯片自身功耗。

e.启动后, 芯片工作时间Δt2的计算。

芯片在电源电压UCC≥Uhigh时, 开始工作;当UCC<Ulow时, 芯片停止工作。芯片启动后, 仅电容C1供能下芯片工作时间Δt2计算公式如下:

其中, ΔU2为U2high与U2low之差;QG为开关管栅极总电荷;fSW为开关频率;ICC为芯片工作电流;对于双管拓扑电路m=2, 对于单管拓扑电路m=1。

由于Δt2非常小, 电压Udc (in) 给电容C1充电电流IST也很小, 故式 (5) 没考虑Δt2时间内Udc (in) 给电容C1充电增加的电量。

f.Δt2时间内芯片启动次数n的计算。

由式 (5) 、 (6) 知, 启动次数n与电容C1成正比。

g.芯片启动占空比d的计算。

当芯片工作时, 误差放大器输出电压为α (2.5-βUout) , 其中α为误差放大倍数, β (0<β<1) 为输出电压反馈系数, Uout为输出电压。芯片正常工作时, 电源原边电流峰值可表示为:

此外, IP还可用式 (8) 进行计算:

由式 (7) 、 (8) 可得芯片输出占空比d见式 (9) :

由式 (9) 知, 占空比d与原边电感LP、开关频率fSW成正比, 与电阻RSENSE及输入电压Udc (in) 成反比。输出电压Uout增加时, 占空比d减小。

h.启动相关电流的计算。

电源启动相关电流主要是变压器T1副边辅助绕组电流。变压器T1原边电流IP和副边输出绕组电流IS、辅助绕组电流IF满足式 (10) 的关系。

为进一步分析变压器电流关系, 基于Co PEC开发的悬臂模型可将图1所示变压器T1简化为图2所示电路。

图中, LPS、LPF分别为变压器输入绕组与输出绕组、辅助绕组之间的漏感;LFS为变压器输出绕组与辅助绕组之间的漏感。对于悬臂模型结构变压器, 电流IP、IS、IF三者关系满足式 (11) 、 (12) 。

其中, δ=LPF/LPS。

由式 (11) 、 (12) 知, 输出绕组及辅助绕组电流与变压器原边电流成正比。

i.启动相关电压的计算。

电源启动相关电压主要为变压器T1副边输出绕组电压Uout和辅助绕组电压UAUX。辅助电源为尽快启动, 在启动过程中, 可认为其工作于连续模式, 以下的分析推导也是基于电源工作于连续模式下进行。

辅助绕组在开关管导通n次后建立的电压UC3 (n) 计算公式如下:

由式 (12) 、 (13) 知, 电压UC3 (n) 与峰值电流IP、电容C1成正比, 与电容C3成反比, 随着占空比d的增加而增加。

输出绕组在开关管导通n次后建立的电压UC2 (n) 计算公式如下:

由式 (11) 、 (14) 可知, 开关管导通n次后, 当电阻RL、电容C1、电流IP或占空比d增加时, 电压UC2 (n) 增加;当电容C2增加时, 电压UC2 (n) 减小。

3 辅助电源启动条件

辅助电源启动过程示意图如图3所示, 图中UCC为UC3844芯片电源电压, 而UAUX、Uout分别为辅助绕组电压、输出绕组电压。

图3中, Uhigh为芯片启动电压;Ulow为芯片工作最小电压;Δt1=t1-t0为辅助电源第一次启动时间;Δt2=t2-t1为电容C1供能下芯片工作时间, t2为辅助绕组开始为芯片供能时刻, Δt2也即辅助绕组建压时间;Δt3=t3-t1为输出绕组建压时间。为确保辅助电源启动成功, 要求Δt2=t2-t1尽量小, 裕度γ尽量大[2]。

辅助电源要成功建压, 需满足以下3个条件。

a.辅助绕组为PWM芯片所提供的电流不小于芯片工作电源和齐纳电流ICC+IZ, 即需满足式 (15) 。

b.开关管开通n次后辅助绕组电压建立的电压UC3 (n) 不小于PWM芯片最小工作电压Ulow与二极管VD3正向压降UD3之和, 为确保启动成功, 一般留一定裕度γ, 如式 (16) 所示。

c.PWM芯片电源电压UCC≥Uhigh是辅助电源能启动的前提。

4 辅助电源启动仿真及分析

为了验证上述结论, 基于PSPICE仿真软件, 搭建图1所示双管反激电路仿真模型, 在有辅助绕组、无辅助绕组、启动电阻RST增加及电容C1增加4种情况下进行仿真分析, 图4 (a) — (d) 分别为其相应的仿真波形, 其他仿真情况见表1。

图4中, UPWM_IC、UCC波形分别为芯片UC3844输出驱动电压、电源电压, Uout波形为输出绕组在电源启动过程中建立的电压, UAUX波形为辅助绕组在电源启动过程中建立的电压。从图4 (a) 中可看出, 84 ms后输出绕组电压Uout波形平稳, 辅助电源启动成功, 启动时间为83.15 ms, 输出绕组建压时间为0.85 ms, 辅助绕组为芯片供电时间为2.7 ms, 相关参数见表1序号1所示。从图4 (b) 中UPWM_IC波形知, 其开通一段时间后关闭, 辅助电源启动失败。因为仅通过启动电阻所能提供的电流约为2 mA, 不够UC3844芯片工作所需电流 (最大17 mA) , 当芯片电源电压UCC低于工作最小电压Ulow时, 芯片关闭输出, 启动失败。相比图4 (a) 参数, 图4 (c) 为启动电阻RST由100 kΩ增加到120 kΩ时, 辅助电源启动过程。从图4 (c) 所示波形可知, 芯片启动时间为100 ms, Uhigh=16.6 V, 相比图4 (a) 所示波形, 其启动时间增加近17 ms。原因分析:由于启动电阻增加, 则通过启动电阻到电容C1充电电流减少, 由式 (4) 知, 要充电到同样的电压, 所需充电时间将增加, 从而增加了电源启动时间。根据表1序号7参数, 由式 (3) 知, 启动电流由约2 m A减少到约1.67 m A (注意PSPICE模型没考虑UC3844内阻) , 进而由式 (4) 知启动时间由约83 ms增加到约100 ms, 但没考虑UC3844芯片UCC引脚电压从0上升到Uhigh过程中芯片本身及电容C1消耗。相比图4 (a) 参数, 图4 (d) 为电容C1由10μF增加至15μF时, 辅助电源启动过程。从图4 (d) 中可以看出芯片启动时间为124.5 ms, 见表1序号8参数。由式 (4) 知, 芯片启动时间计算值约为124.5 ms, 仿真值与计算值一致。

此外, 对影响辅助电源启动的其他主要因素也进行了仿真, 结果如表1所示。

根据表1对辅助电源启动影响因素进一步分析如下:对比序号1与序号2 (辅助绕组断开) 知, 序号2方案启动失败, 原因为仅依靠启动电阻供电无法满足PWM芯片正常工作;对比序号1与序号3、序号9知, 变压器原边电感LP或检测电阻RSENSE增加, 输出绕组建压时间增加而辅助绕组供电时间缩短, 原因为原边电感LP增加或电阻RSENSE增加时, 由式 (7) 、 (8) 知电流IP减小, 则由式 (14) 知输出绕组建立电压UC2 (n) 将变小, 由式 (9) 知若UC2 (n) 降低则占空比d增加, 进而由式 (13) 知辅助绕组电压将升高, 从而建压时间缩短;对比序号1与序号4知, 辅助电容C3减小可以减少辅助绕组建压时间, 原因见式 (13) ;对比序号1与序号5知, 电容C2减小, 输出绕组建压时间缩短, 原因见式 (14) , 但辅助绕组建压时间稍有所增加, 进而由式 (9) 知占空比d减少, 则辅助绕组建压时间增加, 见式 (13) ;对比序号1与序号6知, 电阻RL减小, 辅助绕组供电时间缩短, 因为由式 (14) 知, 电阻RL减小, 则输出电压减小, 进而由式 (9) 知占空比d增加, 则辅助绕组建压变快, 建压时间减少, 见式 (13) ;对比序号1与序号7知, 启动电阻增加, 芯片启动时间大幅增加, 见式 (3) 、 (4) ;对比序号1与序号8知, 电容C1增加, 启动及辅助绕组建压时间增加, 输出绕组建压时间减少, 芯片启动时间增加原因见式 (4) , 电容C1增加, 则仅靠该电容给芯片供电时间增加, 导致辅助绕组建压后给电容C1供电时间增加, 电容C1增加, 由式 (14) 知输出绕组电压增加, 即建压时间减少;对比序号1与序号10知, 当输入电压降低时, 启动时间快速增加, 原因见式 (3) 、 (4) , 序号10启动失败。

5 辅助电源启动实验验证及分析

为进一步验证上述结论, 在设计的300~2500 V输入、24 V输出、额定功率为50 W的双管反激原理样机装置中对影响辅助电源启动的主要因素进行了实验验证, 原理样机电路图如图1所示, 开关管VT2、VT3驱动方式采用带耦合电感的变压器隔离驱动。图5给出了输入电压为2.60 kV (留出安全裕度) 、负载为50 W时, 辅助电源实验波形。

图5中, Udc (in) 为辅助电源输入电压;UVT2、UVT3分别为开关管VT2、VT3漏-源极电压;Ugs2为开关管VT3栅-源极电压。从图中可以看出双管反激辅助电源在满载情况下能正常启动工作。

下面进一步对影响辅助电源启动的主要因素进行实验研究。文中主要给出了有辅助绕组、无辅助绕组、电容C1减少、原边电感LP增加4种情况下的辅助电源启动过程波形, 分别如图6—9所示, 其中 (b) 图为 (a) 图中椭圆形区域放大图。

a.有辅助绕组情况下, 辅助电源启动过程。

从图6 (a) 中可以看出, 辅助电源成功启动, 电压Uout、UCC在时刻t3后平稳, 具体参数见表2中序号1。为了确保可靠启动, 辅助绕组起作用点 (时刻t2) 和芯片最小工作电压Ulow之间必须有足够的裕度γ, 如图6 (b) 所示。输入电压Udc (in) 通过启动电阻RST给电容C1充电, 使芯片电源电压UCC (即辅助绕组电压) 从零近似直线上升到启动电压Uhigh, 由图6 (a) 知Uhigh为15.4 V。当电压UCC达到Uhigh时, 芯片开始输出UPWM_IC驱动波形, UPWM_IC驱动脉冲通过变压器T2驱动辅助电源开关管VT2、VT3, 此后输出绕组开始建立电压, 见图6中Uout波形。由图6 (a) 知芯片电源电压UCC从0 V充电到Uhigh需1.64 s, 此后芯片启动工作, 辅助绕组开始为芯片供电的时间为芯片启动后约24 ms, 输出绕组建压时间为芯片启动后约43.6 ms。芯片UC3844内阻约为30 kΩ, 考虑到反馈、稳压管等并联电路, 估算UC3844等效电阻约为15 kΩ。由表2中序号1参数及式 (3) 可以计算芯片启动电流IST约为2 m A, 进而根据式 (4) 可得芯片第一次启动时间约为1.53 s。启动时间计算值与实测值1.64 s基本相符, 说明了辅助电源启动时间近似计算方法正确。计算值与实测值有误差原因在于计算值没有考虑芯片启动前自身消耗及电容C1漏电流。

b.无辅助绕组情况下, 辅助电源启动过程。

从图7 (a) 中可以看出, 输出绕组没有建立稳定的电压, 启动失败。由图7 (b) 可知, 当电压UCC>Uhigh时, 芯片开始启动输出UPWM_IC驱动脉冲;当UCC<Ulow时, 芯片关闭输出。由实验结果可知, 仅通过启动电阻无法为芯片提供工作所需电流。芯片UC3844电源电流和齐纳电流最大值 (ICC+IZ) 为30 m A, 由式 (3) 、 (4) 及序号3参数知, 芯片启动后仅靠电容C1供能下芯片工作时间Δt1为37.3 ms, 与实测值37.2 ms (即图中t2-t1) 一致, 同理可计算芯片第二次启动时间约为454 ms, 与第二次启动时间实测值460 ms (即图中t4-t2) 相近。

c.电容C1减少时, 辅助电源启动过程。

从图8 (a) 中可以看出, 输出绕组没有建立稳定电压, 启动失败, 原因在于电容C1过小, 储存的能量不足以确保电源启动工作。电容C1储能小, 则开关管导通次数n减少, 见式 (6) , 辅助绕组在有限的开关管导通次数中无法建立起足够高的电压及时为芯片供电。从图8 (b) 中可以看出, 辅助绕组工作点与芯片最小工作电压Ulow的裕度γ几乎为0, 一旦UCC<Ulow, 芯片将关闭输出, 导致启动失败。因此, 辅助电源要启动成功, 电容C1必须能为芯片提供足够长时间工作所需能量以确保辅助绕组建压并及时给电容C1供电。

d.电感LP增加时, 辅助电源启动过程。

从图9 (a) 中可以看出, 辅助电源快速启动成功, 电压Uout在时刻t3后平稳, 辅助绕组建压时间约为0.5 s, 辅助绕组工作点与芯片最小工作电压Ulow之间的裕度γ也很大, 如图9 (b) 所示。相比序号8, 电感LP增加后辅助绕组建压如此迅速是因为变压器绕组之间的漏感LPS、LPF改变所引起的, 见式 (11) 、 (12) , 即输出绕组及辅助绕组电流分配权重改变, 使得辅助绕组电流增加明显, 从而辅助绕组建压时间大幅减少。

此外, 对影响辅助电源启动的其他主要因素也进行了实验, 结果如表2所示。

表2中, 对比序号1与序号2知, 启动电阻RST减小, UC3844芯片建压时间缩短, 原因见式 (3) ;对比序号1与序号4知, 电容C1减少, 电源启动时间减少, 从而辅助绕组建压时间减少;对比序号2与序号3知, 序号3辅助绕组断开, 启动失败;对比序号4与序号5可知, 检测电阻RSENSE减小, 辅助绕组建压时间增加, 输出绕组建压时间减少;对比序号5、6、7可知, 随着电阻RL的增加, 输出绕组建压时间稍微缩短, 原因见式 (14) ;对比序号6与序号8可知, 输入电压升高, 启动时间Δt1快速减少, 输出绕组建压时间减少而辅助绕组建压时间有些许增加, 是因为输入电压增加, 启动前电容C1充电电流增加, 由式 (4) 知启动时间减少, 输入电压增加, 由式 (8) 、 (14) 知输出绕组建压快速增加, 若输出绕组电压增加, 由式 (9) 知占空比d将减少, 可由式 (13) 知辅助绕组建压时间增加;对比序号8与序号9知, 输出绕组滤波电容C2增加, 输出绕组建压时间增加, 而辅助绕组建压时间减少, 电容C2增加, 输出绕组建压时间增加, 原因见式 (14) , 则由式 (9) 知占空比d增加, 进而由式 (13) 知辅助绕组电压增加, 从而辅助绕组建压时间减少;对比序号8与序号10可知, 原边电感LP增加, 输出绕组建压时间有所增加, 但辅助绕组建压时间却大幅减少。

6 结论

a.分析了高电压宽范围输入辅助电源自激启动原理, 推导了辅助电源启动相关公式, 在此基础上, 给出了辅助电源自激启动条件;

b.确定了影响辅助电源启动的因素主要为启动电阻、原边电感、原边检测电阻、输出绕组电容、辅助绕组电容、芯片启动储能电容和负载, 在此基础上给出了影响辅助电源启动的相关结论;

c.分别基于PSPICE仿真软件和设计的300~2 500 V直流输入、24 V输出双管反激辅助电源样机, 对影响辅助电源启动的各种因素进行了仿真和实验验证, 结果均证明了理论分析的正确性。

摘要：分析了辅助电源自激启动原理, 推导了辅助电源启动相关公式, 给出了辅助电源自激启动条件, 确定了影响辅助电源启动的主要因素为启动电阻、启动电容、变压器原边电感、变压器原边检测电阻、输出电容和辅助电容及负载, 并得出以下结论:原边电感或原边检测电阻或输出电容增加时, 电源输出绕组建压时间增加而辅助绕组建压和供电时间减少;启动电容增加时, 电源启动时间和辅助绕组建压时间增加而输出绕组建压时间减少;负载增加时, 辅助绕组供电时间和输出绕组建压时间均减少。分别基于PSPICE仿真软件和3002 500 V输入、24 V输出的双管反激辅助电源样机对影响辅助电源启动的主要因素进行了仿真和实验验证, 结果表明上述结论正确。

电源自复篇7

1.1 全自动备用电源自投装置运行方式

35～110kV变电站常采用的一次接线如图1所示, 其运行方式是:正常运行时, 每条进线各带一段母线, 母联开关处于分闸状态, 2条进线互为备用。为了实现全自动备投, 一般采用了4种备自投逻辑。

4种备自投逻辑中, 关于无电压、无电流的判别显得尤为重要。Ⅰ段母线无压时Ua1、Ub1、Uc1均应小于母线无压整定值, 母线或线路无压整定值一般整定为0.15～0.30倍额定电压;线路Ⅰ无压时UL1应小于线路无压整定值且线路Ⅰ无电流时I1应小于线路有流整定值, 线路无电流与有电流门槛值一般整定为0.04～0.10倍额定电流。相反, Ⅰ段母线有压时Ua1、Ub1、Uc1均应大于母线有压整定值, 母线或线路有压整定值一般整定为0.60～0.80倍额定电压;线路Ⅰ有压时UL1应大于线路有压整定值, 线路Ⅰ有电流时I1应大于线路有流整定值。

判断Ⅱ段母线、线路Ⅱ有、无电压及线路Ⅱ有、无电流, 与上面类同。

1.2 备自投装置的充电与放电条件

备自投装置的充电条件, 是决定备自投装置正常工作的基本条件, 舍此不能工作, 即失去了备自投的意义。备自投装置的放电条件, 即闭锁备自投的措施, 是安全保障的措施。

(1) 充电条件。当基本条件满足备自投设置投入时, 经一定时间 (一般为15s) 后备自投装置充电状态为1, 全自动备投才允许投入运行。保证充电的基本条件是:Ⅰ母、Ⅱ母均三线有压;1DL、2DL在合位, 3DL在分位。

(2) 放电条件。下列任一条件满足立即放电, 备自投装置充电状态为0, 全自动备投装置被闭锁。允许放电的条件是:3DL在合位;Ⅰ、Ⅱ母均无压;1DL、2DL、3DL开关的位置异常;1DL、2DL、3DL开关控制回路断线、弹簧未储能、压力异常等;TV断线后需要闭锁备自投;有外部闭锁信号, 如母线故障时保护动作需要闭锁备自投;备自投装置退出全自动运行方式等。

2 全自动备用电源自投装置技术问题的分析

2.1 母线失压的分析与判断

(1) 进线线路发生故障, 线路对侧保护为了切除故障动作于对侧开关, 本侧母线失压; (2) 进线开关偷跳, 本侧母线失压; (3) 母线线路上发生了故障, 相应保护动作跳开了进线开关, 造成相应母线失压; (4) 手动、遥控跳开进线开关, 造成相应母线失压。

显然, 以上第1、2种情况下备自投应能正确动作, 保证设备正常供电。第3种情况下不允许备自投动作, 相应保护动作跳开进线开关的同时还要发闭锁命令闭锁备自投, 以免备自投误动扩大事故。第4种情况下, 按备自投的设计原则, 应手动或远方遥控分开工作线路开关。因为相应的母线需要停电, 要采取措施, 不允许备自投动作将母联开关合上。为了防止TV断线时备自投装置误判断母线无压, 则采取检测线路是否有电压, 且进线开关是否在合位或进线是否有电流是必要的。

2.2 对母线无压后延时跳开进线开关必要性的分析

(1) 经延时跳开进线开关, 是为了躲过母线馈线故障造成的母线电压下降。如图2故障点B, 馈线2开关保护跳闸即可切除故障, 进线开关延时跳开的时限应大于馈线故障的最长切除时间。

(2) 经延时跳开进线开关, 是为了躲过进线对侧开关保护动作与重合闸装置的重合闸周期。如图2进线上发生A点瞬时故障时, 如果本侧备自投无延时就合上母联开关3DL, 会造成线路Ⅰ所供电源与线路Ⅱ所供电源同时合上的问题, 可能将无故障的线路Ⅱ拉垮。因此, 经延时跳开进线开关、延时合上母联开关3DL, 其延时应大于进线对侧开关保护动作与重合闸装置的重合闸周期之和。

2.3 对进线开关跳开后快速合上母联开关3DL的分析

某一母线失压后, 无论其进线开关是否断开, 即使已经检测其进线电流为零, 还是要先断开进线开关, 并确认该进线开关位置确已断开后, 才能投入母联开关3DL。如图2, 如果故障A为永久性故障, 在未断开进线开关1DL情况下, 合上母联开关3DL后, 进线Ⅱ所带电源就投入到故障线路Ⅰ上, 必将扩大停电范围。当确认进线开关跳开后应快速合上母联开关3DL, 一般不需要带多少延时。合母联开关3DL延时时间一般控制在0.5s之内。

2.4 对全自动备用电源自投装置增加同期闭锁功能的分析

从全自动备用电源自投的工作原理可知, 进线Ⅰ、Ⅱ正常时都有电压, 即2组母线均带电, 母联开关处于分闸状态, 系统开环运行。这是为了防止由于各种失误, 使进线Ⅰ、Ⅱ电源合环, 导致系统可能非同期并列。一方面要求2路电源来自同一系统, 而且电气距离相对较小, 基本具备同期并列条件;另一方面要求对于存在非同期的进线Ⅰ、Ⅱ, 其母联开关3DL的合闸采用同期闭锁。采用同期闭锁的全自动备用电源自投应该增加以下功能:

(1) 无压判别功能, 当进线Ⅰ、Ⅱ其中的任一个开关跳开, 检查无压将母联开关3DL合上, 恢复负荷侧的供电。无压整定一般10～40V, 实际值须经计算得到。

(2) 同期判别功能, 当进线Ⅰ、Ⅱ均有电压, 母联开关3DL的合闸需同期闭锁。同期闭锁只反映两侧电压的相位角, 一般整定10°～45°, 实际值须经计算得到。

(3) 无压、同期功能同时具备, 方便采用。

2.5 位置异常、其它告警及相关的保护动作闭锁备自投装置的分析

(1) 进线Ⅰ有电流且1DL跳位, 持续一定时间后报进线Ⅰ跳位异常;备自投发跳1DL令后, 经一定时间后1DL跳位仍不出现, 报进线Ⅰ跳位异常。

(2) 进线Ⅱ有电流且2DL跳位, 持续一定时间后报进线Ⅱ跳位异常;备自投发跳2DL令后, 经一定时间2DL跳位仍不出现, 报进线Ⅱ跳位异常。

(3) 备自投发合3DL命令后, 经一定时间3DL合位仍不出现, 报3DL合位异常。

以上位置异常告警, 应闭锁备用电源自投装置;其它告警, 如控制回路断线告警、弹簧未储能告警、压力异常告警, 此类告警以及由于母线永久性故障引起的相关保护动作也应对备自投放电, 闭锁备用电源自投装置。

2.6 对母线TV断线判别方法的分析

目前, 国内备自投保护装置厂家对于母线TV断线判据各有不同, 但大致原则一致。下面以Ⅰ母TV断线的判别方法加以说明:

(1) 母线3个线电压均小于一定的值 (如18V) , 若进线Ⅰ有电流 (I1大于有流整定值) 。

(2) 母线3个线电压均小于一定的值 (如18V) , 进线Ⅰ有电压 (UL1大于有压整定值) 且进线Ⅰ开关在合位。