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    產品知識
    高壓雙電源智能控制系統的研究
    發布時間:2020-06-05 來源:浙江啟業電氣有限公司


    0 引言

    隨著電力事業的發展,電力質量日益受到人們的重視。供電的連續性是電力質量的一個重要方面,對于某些用電部門,如醫院、機場、大型生產線等尤為重要。保證供電連續性的辦法是給供電對象提供主、備兩路獨立的電源,對兩路電源都進行實時監控。當一側電源發生故障時,能根據設定的切換程序準確完成向另一側電源的切換,以最大限度地保證供電的連續性?,F在的新式高壓雙電源切換裝置有兩個高壓隔離開關.有明顯的隔離斷口.較好地保證了檢修的安全,但需兩套驅動機構聯動,故產品的工作可靠性受到極大的制約。本文開發研制的控制系統可用一套驅動機構驅動主、備兩路電源,兩側都實現了實時監控。且當故障發生時,能安全、可靠地實現電源轉換,并且具備通信功能[1],可在無人職守情況下實現雙電源自動切換,切換時間精確到0.3s,并有自投自復、自投不自復、手動等多種工作方式,可廣泛用于冶金、消防、化工、煤礦、高層建筑和住宅小區等場所。

    1 主體結構

    高壓雙電源自動切換系統是由裝置本體和控制器兩大部分組成。裝置本體見圖l,由兩臺帶有電動操動機構的斷路器及附件(輔助報警觸頭等)、機械聯鎖機構、電器聯鎖、熔斷器、接線端子等組成。



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    2 雙電源轉換控制器

    2.1 組成

    控制器由 ARM及輸入輸出、顯示、電源和485通信等模塊組成,見圖2。CPU采用S3C44BOX作為微處理器.ARM在基本RISC結構上增強的特性使ARM 處理器在高性能、低代碼規模、低功耗和小的硅片尺寸方面取得良好的平衡。輸入/輸出采用串行接口芯片74LS164/165,液晶模塊采用 LCM12232,RS232/RS485接口部分采用Maxim系列芯片進行電平轉換,控制器的實時時鐘用DS1302實現,Flash Memory選用SSTT的39VF020存儲器,選用ISSI的62LV1024SRAM芯片作為外擴數據交換區,兩路三相電壓電流的采樣采用隔離變壓器完成,采樣精度為1%??刂破麟娫措妷簽?20V(50Hz/60Hz)或12V/24V直流電源。

    2.2 功能

    雙電源轉換控制器監測主、備兩路電源,主要實現以下功能:

    (1)測量與顯示:能夠測量兩路三相相電壓、電流、頻率、功率因數,檢測轉換開關的狀態是合閘、分閘或者脫扣等。若兩電源存在過壓、欠壓,則采樣整流得到的直流電壓信號與設定的所要求的電壓相比較,會偏大或者偏小。若存在缺相情況,則經整流后得到的直流電壓較三相電整流后得到的直流電壓會低,且會出現過零現象。將系統的狀態在面板上用LCD和發光二極管顯示出來。


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    (2)判斷與控制:控制器對兩路電的供電質量進行延時判斷后,具有0min~1.5min可調的自動切換時間來控制轉換開關切換。轉換開關可以是兩個機械聯鎖的接觸器。

    (3)編程與設置:允許用戶對工作狀態"自動/手動"、"一路優先供電、二路優先供電和無優先供電"通信參數、轉換需要的各種延時等參數進行更改設定

    (4)直流電源:控制器的供電電源可以外接直流供電(12V~24V)也可以不接;不接時,當兩路A相電壓都沒有時.系統報警。

    (5)參數整定:控制器的所有參數均采用數字化調整,每個參數均可以單獨調整,因此不會對其它參數造成影響,提高了整機的可靠性和穩定性。在兩個電源轉換的過程中.為了使供電電路穩定。保證切換過程的準確性和安全性,避免由于短時電壓變化導致的誤動作需要人為延時,延時時間由用戶通過分檔開關進行選擇,由開關量輸入系統。

    (6)雙電源供電雙分狀態:系統負載于雙分狀態時.不論兩組電源是否正常以及系統處于"手動"和"自動"的預置狀態,系統都仍然保持雙分狀態[2]

    (7)產品保護功能:具有過負荷和短路保護.斷相和斷路保護.失壓和欠壓保護。

    (8)高性能ARM程序控制:采用模塊化結構設計.具有極強的抗電磁干擾能力.適合在強電磁干擾的復雜環境中使用.無噪聲運行。采用嵌入式安裝方式,結構緊湊.節能降耗。符合國家綠色電氣產品標準。同時具有RS232、RS485串行通信接口,借助于PC或數據采集系統上運行的軟件,能提供一個簡單實用的對工業和民用建筑物的雙電源切換管理方案。

    2.3 軟件系統

    在高壓環境中,不可避免地會遇到電源波動、電磁波輻射等干擾。當遇到強干擾時,運行的程序會產生異常、出錯、跑飛,甚至死循環,造成了系統的崩潰。因此,除了在電路上增加抗干擾的措施外,單片機型號的選取和一些軟件措施也是必要的。在軟件中設置了看門狗程序,以監控系統的運行。

    控制器的軟件功能以檢測和控制為主,采用C語言編寫。外部硬件電路已經完成了電壓故障的判定,程序只需讀取相應的故障狀態位輸入.經位判斷后轉入相應故障處理程序即可。其切換過程的控制是雙電源轉換控制器的核心功能之一,雙電源轉換控制器的軟件流程見圖3。


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    2.4 抗干擾措施

    干擾會影響控制器的穩定運行,所以在電路設計方面采取了多種抗干擾措施:

    (1)通過隔離器件傳輸信息,在電氣上將單片機與各種傳感器、開關等隔離開來,可以較好地防止串模干擾。

    (2)合理布置地線,將系統中的數字地與模擬地分開,最后在一點相連.避免了數字信號對模擬信號的干擾。

    (3)電源進線端加去耦電容,在削弱各類高頻干擾。

    3 遠程監控模塊

    遠程監控包括設備狀態及電力參數采集、GPRS通信網絡和監控中心3大部分。電力設備在生產現場安裝,通過現場的控制系統采集設備狀態及電力參數;GPRS通信網絡是監控中心與現場設備問數據傳輸的橋梁,通過GPRS網絡使現場設備的相關參數能夠定時傳送到監控中心計算機:監控中心一方面通過 GPRS網絡與現場監測器進行雙向通信,另一方面為用戶提供一個可視化界面,讓用戶足不出戶即可了解遠方設備相對實時的運行狀況[3]。遠程監控模塊結構見圖4。

    4 試驗測試

    根據國家技術標準.本研究對研制成功的樣品進行了性能指標測試,測試結果表明,控制器能在不同的設定故障情況進行識別,并按照用戶的要求準確動作,所測結果完全滿足設計要求與實際使用需要。

    5 總結

    本文研制的雙電源轉換控制器能夠對雙路電源的過壓、欠壓和缺相等故障進行檢測,不僅能實現自投自復、只常、只備、自投不自復、自動脫扣檢測、斷電再扣等工作模式,且能準確地實現兩路電源間的可靠切換。其主要有以下幾點:①設有3工位自動隔離開頭,有3個投切位置;②為了防選源向全離閘必須先解保險鎖;③操作機構除自動切換系統外還保留了手動切換方式,提供了備用的操作方法。

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