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高压、低压开关柜的原始检验记录和检验报告!谢谢希望大家给与我帮助!
摘 要:电力系统中高压开关柜的一次开关设备工作状态、温湿度控制、高压带电指示等功能一般是由信号灯和独立的电气元件实现的,这势必会带来集成度低、配线复杂、可靠性差的缺点。本文介绍了一种开关柜智能测控装置,适用于3~35kV户内高压开关柜,用于一次开关设备状态模拟显示、高压带电指示、防凝露温湿度控制、电参数测量等,大大提高了开关柜操控和测显的集成度和智能化程度。关键词:MC9S08AW32;开关柜;一次系统图;智能测控装置Abstract: According to the survey, working state of the switching device, control of temperature and humidity and high-voltage live instruction are usually achieved by some signal lamps and several independent electronic devices in a high-voltage switchboard of power system, which will inevitably bring about the shortcomings of low integration, complex wiring, and lower reliability. An intelligent monitoring and control device for switchboard named ASD is introduced in this paper, which is used in 3 ~ 35kV indoor high voltage switchboard. The device is used for the indicate of switching device status, high-voltage live instructions, anti-condensing temperature and humidity control, electrical parameter measurement and so on, which is highly increased the integration and intelligence of manipulation and measurement of the switchboard.Key words: MC9S08AW32; switchboard ; primary system diagram; intelligent monitoring and control device0 引言 开关柜一般有断路器(负荷开关)、隔离刀闸、接地刀闸等一次开关设备。在运行或调试中,监测这些一次开关设备状态是至关重要的。在传统的开关柜上,一般使用信号灯来指示这些状态的,这样做显示不直观,且接线不方便。开关柜智能测控装置将一次设备状态显示与开关柜的一次方案图相结合,LED显示器件置于一次方案图中设备符号所处位置,电路状态一目了然,生动直观,如图1 同时集成的高压带电显示、自动温湿度控制、电参数测量功能使开关柜盘面简洁大方,降低二次接线工作量。1 硬件设计方法1.1 设计平台 中央处理器采用Freescale公司的第一款基于高度节能型S08核的器件MC9S08AW32高性能单片机,该单片机片上资源丰富,支持BDM片上调试功能,片内集成看门狗电路,抗干扰能力突出,具有业内最佳的EMC性能。CPU总线频率最高可达20MHz,最高运行速率可达40MHz。丰富的片上资源:32KB在线可编程FLASH存储器,内部时钟发生器,带有2个可编程定时器,丰富的I/O口:双SCI口,SPI、I2C等接口,极大的方便了硬件的扩展。 电能计量芯片采用美国ADI公司的高精确度三相电能测量芯片ADE7758。该芯片的测量精度高,功能强大。该IC内嵌高精度的模数转换器和固定模式的数字处理信号处理器( DSP),具有数字积分、数字滤波、实用电能监测、计量功能。芯片带有一个SPI串行口、有功电能脉冲输出、无功电能脉冲输出,可用于各种三相系统中有功功率、无功功率、电能、电压电流有效值的测量以及以数字方式校正系统误差所必须的信号处理电路。 ADE7758为各相提供系统校准功能,包括有效值偏移校准、相位校准、功率校准。1.2 设计框图 装置硬件电路设计框图如下,整个系统以MC9S08AW32为核心,按功能可划分为中央处理单元、电源模块、电压电流采样及运算、开关量控制模块、温湿度采集模块、人机交互模块、通讯模块等。1.3 部分电路1.3.1 中央处理单元 中央处理单元电路图如图3所示,CPU对采样信号进行处理计算,根据测量得到的电流、电压、温湿度值与预先设定的各种保护数值进行对比,由此来判断开关柜的电压电流是否正常、温湿度状况是否正常,若不正常则输出相应的告警信息。外部扩展了铁电存储器,用于存储一些重要的参数,即使以后升级程序也不会丢失先前的重要数据。1.3.2 开关量控制模块 开关量控制模块包括开关量输入和告警输出,其电路图如图4所示。开关量输入经光电耦合接入CPU;告警由GPIO口经光电耦合器连接到继电器输出。开关量输入设有8路,依次对应一次图中的断路器合、断路器分、手车工作位置、手车试验位置、接地刀位置以及弹簧储能指示,其余预留。开关量输入对应一次图可编程设置。开关量输出设有6路,依次输出加热器1、加热器2、风扇、告警、照明、闭锁的状态。1.3.3 人机交互单元 本装置高端产品的人机交互界面采用LCD液晶显示模块。LCD采用128*128点阵显示,初始界面为电参量显示界面,通过按键输入进入菜单设置界面,菜单选项均采用中文显示界面,使得操作直观易懂。通过菜单选项可以设置诸如接线方式、电压变比、电流变比、告警定值、通信地址波特率等参数。低端产品则采用双排四位LED数码管显示来温湿度信息及各种可编程信息。用户可根据实际需要进行设置各种告警定值参数、通信地址波特率等。1.4 评述 本装置采用的电源模块为开关电源模块。该电源模块输入电压为AC90~285V或DC100~300V,输入频率45~60Hz,输出电压稳定、故障率小,输出纹波<1%,转换效率≥75%。具有过压、过流保护。该模块经实际现场使用,具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力。 温湿度传感器采用SHT10,该系列产品是一款高度集成的温湿度传感器芯片,具有超快响应、抗干扰能力强等优点,提供全标定的数字输出。CPU与SHT10采用串行接口,在传感器信号的读取及电源损耗方面,都做了优化处理。 高压带电显示模块由高压带电传感器输入电信号,由此判断此高压柜是否带电。由于母线电压较高,所以高压带电显示电路采用了各种过压保护、隔离保护器件来确保装置内部电路的正常工作。 此外,本装置还集成有操控功能、人体感应功能、语音防误提示功能等。2 软件设计流程 系统软件设计包括主程序、通讯模块2个部分。 主程序完成上电或复位初始化,电能芯片初始化,其他外设初始化,温湿度测量,读取电参数,电量计算,状态显示及报警处理,LCD显示刷新及按键处理等功能,程序设计流程如图5。 CPU初始化主要指对CPU的特殊状态寄存器SFR进行配置,设置I/O口的输入输出状态及初始状态,读取铁电寄存器数据等;电能芯片初始化主要指对ADE7758功能寄存器的配置;主程序其余部分则是对各项功能的完成,只有合理安排程序流程来完成这些功能,装置才能可靠工作。 通讯模块以中断方式实现,主要完成接收数据,协议处理等功能。通讯协议采用标准MODBUS-RTU规约,便于上位机的通讯,与其他网络仪表组网使用,实现对开关柜状态的实时监测。3 实现的技术指标及性能 ASD系列开关柜智能测控装置的技术指标见表1。产品设计时采用优异的电磁干扰PCB设计技术,生产时经过整机带电老化与出厂检验测试,确保了产品的长期工作的稳定性和可靠性。 表1 ASD装置技术指标技术参数指标输入网络三相三线、三线四线频率45~60 Hz[t
一、高压变频调速系统方案1.系统切换方案http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/12/201312031444_480482_2831619_3.jpg 注:开关QF1、QF7、QF8、QF14和电机M1、M2为现场原有设备。上图以同步电机为例。两套变频器的协调控制由独立的一台协调控制柜实现。此套系统包含同步投切电抗器+激磁涌流抑制柜、高压变频器、协调控制柜和真空开关柜。主要功能:可以实现两台风机变频调速装置的互为备用和在线切换。在互为备用的两台变频调速装置中,当一台故障时,另一台可以启动故障变频调速装置所带的电机的要求;以两台变频调速装置分别对应拖动两台风机运行,当TF1变频调速装置出现故障的工况为例,系统切换过程如下:协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M2提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率,经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%;相位误差≤3°;频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF14合闸,合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF12分闸,M2完全转换为工频直接拖动→协调控制单元向TF2发出的同步切换请求指令撤销,同时向QF8、QF13发合闸指令,由TF2拖动M1→协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M1提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率,经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%;相位误差≤3;频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF7合闸,合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF13分闸,M1完全转换为工频直接拖动。2.高压变频系统的主要构成整套变频调速系统由2套变压器柜、2套功率柜、2套控制柜、2套电抗器+激磁涌流抑制柜(含QF3/QF4/QF10/QF11)、一套协调控制柜、4高压开关柜(QF5/QF6/QF12/QF13)组成。 2.1激磁涌流抑制柜该柜内主要元器件为限流电阻和真空断路器等,可限制上电时的激磁涌流。变频器上电时充电电流可达额定电流的6~10倍,此充电电流对电网构成强烈的冲击,造成电网电压瞬间跌落,干扰其他设备的正常运行;其次高压变频器短时间内断电重新上电,虽然直流环节残电电压较高,充电电流较小,但由于变压器的剩磁与合闸时电网电压相位的不匹配,使得变压器在高压上电时激磁偏磁导致铁心饱和,进而产生2至10倍于额定电流的激磁涌流,对电网构成干扰。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/12/201312031445_480483_2831619_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/12/201312031445_480483_2831619_3.jpg为解决上述问题,在变频调速装置内特设激磁涌流及预充电电路,该电路能够将变频器高压上电电流限制在1倍额定电流之内,真正实现对电网的零冲击。该电路由高压真空断路器和高压限流电阻构成。高压上电前,真空断路器处于分断状态,高压上电时,电网通过高压限流电阻向变频器充电,1秒后充电完成,变频器自动闭合真空断路器切除限流电阻。2.2高压变频器调速系统:ATV1200系列高压变频调速系统本体由变压器柜、功率柜及控制柜组成。下图为高压变频调速系统示意图: http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/12/201312031445_480484_2831619_3.jpg注:上图仅为示意,针对此项目一台变频器配一台移相变压器。ATV1200系列变频调速装置采用单元串联多电平结构,为高-高结构,10kV输入,10kV直接输出,即每相9个低压的功率单元串联实现高压输出,输入侧的变压器采用移相方式,将网侧高压变换为二次侧的多组低压,各二次绕组在绕制时采用延边三角形接法,相互之间有固定的相位差,形成多脉冲整流方式,使得变压器二次侧各绕组(即各功率单元输入)的谐波电流相互抵消,不反映到高压侧,从而大大改善了网侧的电流谐波,基本消除了对网侧的谐波污染;变压器的每个二次侧低压绕组相互独立,并单独为一个功率单元供电;而功率单元为变频器实现变压变频输出的基本单元,每个功率单元相当于一台交-直-交电压型单相输出的低压变频器,每个模块输出等幅PWM电压波形,但相互之间有确定的相位偏移,串联叠加之后,在变频器输出侧得到正弦阶梯状PWM波形,其输出为完美无谐波正弦波,高压变频器在不加任何滤波器的情况下,对电网的谐波完全符合IEEE 519 -1992 国际标准,以及GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的要求。2.3 协调控制柜该柜可实现两台变频器的协调控制,所有自动切换功能均自动完成,无需人工干预,自动化程度高,避免人为频繁操作相关断路器的繁重工作,同时避免由于人为错误操作导致设备损坏或系统瘫痪。主要功能:可以实现两台风机变频调速装置的互为备用和在线切换。在互为备用的两台变频调速装置中,当一台故障时,另一台可以启动故障变频调速装置所带的电机的要求;以两台变频调速装置分别对应拖动两台风机运行,当TF1变频调速装置出现故障的工况为例,系统切换过程如下:协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M2提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率,经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%;相位误差≤3°;频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF14合闸,合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF12分闸,M2完全转换为工频直接拖动→协调控制单元向TF2发出的同步切换请求指令撤销,同时向QF8、QF13发合闸指令,由TF2拖动M1→协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M1提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率,经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%;相位误差≤3;频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF7合闸,合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF13分闸,M1完全转换为工频直接拖动。2.4 同步投切同步投切过程:http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/12/201312031445_480485_2831619_3.jpg