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高压双电源智能控制系统的研究

2021-03-06 ryder

随着电力事业的发展,电力质量日益受到人们的重视。供电的继续性是电力质量的一个紧要方面,关于某些用电部门,如医院、机场、大型加工线等尤为紧要。保证供电继续性的方法是给供电对象供应主、备两路独立的电源,对两路电源都进行实时监控。当一侧电源发生故障时,能依据设定的切换程序准确完成向另一侧电源的切换,以最大限度地保证供电的继续性。今朝的新式高压双电源切换装置有两个高压隔离开关.有分明的隔离断口.较好地保证了检修的安全,但需两套驱动机构联动,故产品的工作可靠性受到极大的制约。本文开发研制的控制系统可用一套驱动机构驱动主、备两路电源,两侧都实现了实时监控。且当故障发生时,能安全、可靠地实现电源转换,并且具备通信功能[1],可在无人职守情况下实现双电源自动切换,切换时间精确到0.3s,并有自投自复、自投不自复、手动等多种工作方式,可广泛用于冶金、消防、化工、煤矿、高层建筑和住宅小区等场所。


1主体结构


高压双电源自动切换系统是由装置本体和控制器两大部分组成。装置本体见图l,由两台带有电动操动机构的断路器及附件(辅助报警触头等)、机械联锁机构、电器联锁、熔断器、接线端子等组成。


2双电源转换控制器


2.1组成


控制器由ARM及输入输出、显示、电源和485通信等模块组成,见图2。CpU采用S3C44BOX作为微解决器.ARM在基本RISC结构上加强的特性使ARM解决器在高性能、低代码规模、低功耗和小的硅片尺寸方面取得良好的平衡。输入/输出采用串行接口芯片74LS164/165,液晶模块采用LCM12232,RS232/RS485接口部分采用Maxim系列芯片进行电平转换,控制器的实时时钟用DS1302实现,FlashMemory选用SSTT的39VF020存储器,选用ISSI的62LV1024SRAM芯片作为外扩数据交换区,两路三相电压电流的采样采用隔离变压器完成,采样精度为1%。控制器电源电压为220V(50Hz/60Hz)或12V/24V直流电源。


2.2功能


双电源转换控制器监测主、备两路电源,紧要实现以下功能:


(1)测量与显示:能够测量两路三相相电压、电流、频率、功率因数,测试转换开关的状态是合闸、分闸或者脱扣等。若两电源存在过压、欠压,则采样整流得到的直流电压信号与设定的所要求的电压相比较,会偏大或者偏小。若存在缺相情况,则经整流后得到的直流电压较三相电整流后得到的直流电压会低,且会出现过零现象。将系统的状态在面板上用LCD和发光二极管显示出来。


(2)判断与控制:控制器对两路电的供电质量进行延时判断后,具有0min~1.5min可调的自动切换时间来控制转换开关爱换。转换开关可以是两个机械联锁的接触器。


(3)编程与设置:准许用户对工作状态自动/手动、一路优先供电、二路优先供电和无优先供电通信参数、转换要的各种延时等参数进行更改设定


(4)直流电源:控制器的供电电源可以外接直流供电(12V~24V)也可以不接;不接时,当两路A相电压都没有时.系统报警。


(5)参数整定:控制器的所有参数均采用数字化调整,每个参数均可以单独调整,因此不会对其它参数造成影响,提高了整机的可靠性和稳定性。在两个电源转换的过程中.为了使供电电路稳定。保证切换过程的准确性和安全性,戒备由于短时电压变化导致的误动作要人为延时,延时时间由用户通过分档开关进行选择,由开关量输入系统。


(6)双电源供电双分状态:系统负载于双分状态时.不论两组电源是不是正常以及系统处于手动和自动的预置状态,系统都依然保持双分状态[2]


(7)产品保护功能:具有过负荷和短路保护.断相和断路保护.失压和欠压保护。


(8)高性能ARM程序控制:采用模块化结构设计.具有极强的抗电磁干扰能力.适合在强电磁干扰的复杂环境中使用.无噪声运行。采用嵌入式安装方式,结构紧凑.节能降耗。符合国家绿色电气产品标准。同时具有RS232、RS485串行通信接口,借助于pC或数据采集系统上运行的软件,能供应一个简单实用的对工业和民用建筑物的双电源切换管理办法。


2.3软件系统


在高压环境中,不可戒备地会遇到电源波动、电磁波辐射等干扰。当遇到强干扰时,运行的程序会出现异常、出错、跑飞,甚至死循环,造成了系统的崩溃。因此,除了在电路上新增抗干扰的措施外,单片机型号的选取和一些软件措施也是必要的。在软件中设置了看门狗程序,以监控系统的运行。


控制器的软件功能以测试和控制为主,采用C语言编写。外部硬件电路已经完成了电压故障的判定,程序只需读取相应的故障状态位输入.经位判断后转入相应故障解决程序即可。其切换过程的控制是双电源转换控制器的核心功能之一,双电源转换控制器的软件流程见图3。


2.4抗干扰措施


干扰会影响控制器的稳定运行,所以在电路设计方面采取了多种抗干扰措施:


(1)通过隔离器件传输信息,在电气上将单片机与各种传感器、开关等隔离开来,可以较好地戒备串模干扰。


(2)合理布置地线,将系统中的数字地与模拟地分开,最后在一点相连.戒备了数字信号对模拟信号的干扰。


(3)电源进线端加去耦电容,在削弱各类高频干扰。


3远程监控模块


远程监控包括设备状态及电力参数采集、GpRS通信网络和监控中心3大部分。电力设备在加工现场安装,通过现场的控制系统采集设备状态及电力参数;GpRS通信网络是监控中心与现场设备问数据传输的桥梁,通过GpRS网络使现场设备的相关参数能够按时传送到监控中心计算机:监控中心一方面通过GpRS网络与现场监测器进行双向通信,另一方面为用户供应一个可视化界面,让用户足不出户即可知道远方设备相对实时的运行状况[3]。远程监控模块结构见图4。


4实验探测


依据国家技术标准.本研究对研制成功的样品进行了性能指标探测,探测结果声明,控制器能在不同的设定故障情况进行识别,并按照用户的要求准确动作,所测结果完全满足设计要求与实际使用要。


5总结


本文研制的双电源转换控制器能够对双路电源的过压、欠压和缺相等故障进行测试,不仅能实现自投自复、只常、只备、自投不自复、自动脱扣测试、断电再扣等工作模式,且能准确地实现两路电源间的可靠切换。其紧要有以下几点:①设有3工位自动隔离开头,有3个投切位置;②为了防选源向全离闸非得先解保险锁;③操作机构除自动切换系统外还保留了手动切换方式,供应了备用的操作办法。

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