变电站备用电源自动投入装置--课程设计

1.概述

1.1概念

为保证供电的可靠性，电力系统经常采用两个或两个以上的电源进行供电，并考虑相互之间采取适当的备用方式。当工作电源失去电压时，备用电源由自动装置立即投入，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可靠供电的重要措施。

备用电源自动投入装置遵循的基本原则如下：

①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配合。

②备用电源的电压应工作于正常范围，或备用设备应处于正常的准备状态，备自投装置方可动作，否则应予以闭锁。

③必须在断开工作电源的断路器之后，备自投装置方可动作。

工作电源消失后，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。按照上述逻辑动作，可以避免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情况发生。

④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，立即使备自投放电，实现闭锁。

⑤避免备用电源合于永久性故障

在考虑运行方式和保护配置时，应避免备自投装置动作使备用电源合于永久性故障的情况发生，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跳主变各侧时，一般表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。

⑥备自投装置只允许动作一次。

以往常规的备用电源自动投入装置通过装置内部电容器的充放电过程来保证只动作一次。为了便于理解，微机装置仍然引用充放电这一概念，只不过微机备自投装置由软件通过逻辑判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立即放电。

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基本方式。系统正常时，备用电源或备用设备不工作，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单接线图。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 几种备用方式的简单接线图

1.2.1 明备用的控制

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1-1（a）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Ⅲ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。当工作母线Ⅲ因某种愿意失电时，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Ⅲ的供电。

1.2.2 暗备用的控制

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

1-1（B）(C)所示。

在图1-1（B）中，正常工作时，母线Ⅲ和母线Ⅳ分别由T1、T2供电，分段断路器QF5处于断开状态。当母线Ⅲ和母线Ⅳ因某种原因失电时，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1-1（B）中。T1或T2也可工作在明备用的方式下。这样，对于图1-1（B）又有以下备用方式：

（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Ⅲ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Ⅳ由T1供电。

（3）备用方式3。QF5合上，QF4断开，母线Ⅲ、Ⅳ由T1供电；当QF2跳开后，QF4由AAT装置动作自动合上，母线Ⅲ和母线Ⅳ由T2供电。

（4）备用方式4。QF5合上，QF2断开，母线Ⅲ、Ⅳ由T2供电；当QF4跳开后，QF2由AAT装置动作自动合上，母线Ⅲ和母线Ⅳ由T1供电。

2.装置硬件设计

2.1 硬件结构

以图1-1（b）所示的双电源互为备用一次接线为例，其硬件结构如图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 硬件结构示意图

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，由逻辑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1-1（b）】可以看出，测量TV3和TV4二次电压来判别母线III和IV上有、无电压，测量

的事三相电压并非单相电压。

（2）采用母线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辅助判据，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提供，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，切除预先准备切除的若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3个。参照四门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机CPU224（14入/10继电器输出），此最为经济。

2.3 控制系统的I/O点及地址分配