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1、青岛理工大学毕业设计（论文）摘 要为了使设备不会遭到损坏，同时又可以保证生产过程的顺利进行，就要求设备在运行中不能断电。因此，就需要在线路出现故障时，不但能够有备用的电源，并且可以及时的投入使用。备用电源自动投入的成功，能够及时地使工作中的设备持续运行，消除了运行人员手动操作时可能发生的不准确或错误的动作，减轻了运行人员的劳动强度，提高可劳动生产率，保证了用户用电的安全性、可靠性和连续性。本文介绍了可编程逻辑控制器PLC（三菱FX）在备用电源自投中的应用方案。PLC采集一次设备的正常运行状态信号,作为备用电源自动投入的启动条件和闭锁条件,通过编程来实现不同的功能,以适应不同的运行方式。与继电器
2、组成的备用电源自动投入装置相比,该方案具有可靠性高、接线简单、控制灵活、调试方便和投资小等优点。因此，可编程逻辑控制器在电力系统自动化领域中得以广泛应用。关键词：备用电源自动投入，可编程逻辑控制器PLC，三菱FX，启动条件，闭锁条件ABSTRACTIn order to make equipment not be damaged and guarantee the smooth progress of the production process, it is required that the power can not break in the operation of equipment
3、. Therefore, when the line occurs faults, it is not only to have backup power, but also can be putting into used timely.The success to put into the backup power automatically can make the equipments continue to work in time. Also it can eliminate the running personnels manual operation in the operat
4、ion of inaccurate or wrong moves, reduce the running personnels strength of the labor, raise the labor productivity, guarantee the power users the safety, reliability and continuity.This paper introduces a scheme of programmable logic controller PLC(Mitsubishi FX) in putting into the backup power au
5、tomatically. PLC gather the first equipment the normal operation of state signal as launce conditions and closed conditions of putting into the backup power automatically and through programming to achieve different functions to adapt to different operating manner. Compared with the relay consistenc
6、e of putting into the backup power automatically device, this scheme has advantages of high reliability, simple wiring, control flexibility, convenience debugging, small investment and so on. Therefore, the programmable logic controller is widely used in the field of power system automation.KEYWORD:
7、 put into the backup power automatically, PLC programmable logic controller, Mitsubishi FX, launce conditions, closed conditions目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 绪论11.1 备用电源自动投入装置的背景及意义11.2 备用电源自动投入装置的现状与发展11.2.1 基于微机备用电源自动投入装置的研究应用21.2.2 基于PLC的备用电源自动投入装置的研究应用61.2.3 基于远方备用电源自动投入装置的研究应用71.3 本文的主要工作10第2章 备用电
8、源自动投入的实现112.1 备用电源自动投入装置的要求112.2 备用电源自投的典型接线与实现方式112.2.1 备用电源自投的典型接线112.2.2 备自投的实现方式122.2.3 备用电源自动投入成功的几个要素122.3 备用电源自动投入的有压与无压判定132.3.1 有压与无压的定义132.3.2 失压判别142.3.3 有压与失压判别的逻辑框图162.3.4 失压自动分闸202.3.5 线路电压恢复，自动恢复正常工作202.4 备用电源自动投入装置的整定原则212.5 缩短备用电源自动投入装置的投入时间222.6 本章小结22第3章 三菱FX错误！不能通过编辑域代码创建对象。系列可编程
9、程序控制器及其基本指令233.1 三菱FX错误！不能通过编辑域代码创建对象。系列可编程程序控制器233.1.1 FX错误！不能通过编辑域代码创建对象。系列可编程程序控制器的基本组成233.1.2 FX错误！不能通过编辑域代码创建对象。系列可编程程序控制器型号名称体系及其种类233.1.3 FX错误！不能通过编辑域代码创建对象。系列可编程程序控制器技术指标243.2 FX错误！不能通过编辑域代码创建对象。系列可编程程序控制器主要编程元件273.2.1 编程元件的基本特征273.2.2 编程元件的功能和作用273.3 FX错误！不能通过编辑域代码创建对象。系列可编程程序控制器应用指令表293.4
10、本章小结29第4章 备用电源自动投入的软件设计方案3141 输入输出信号的定义314.1.1 模拟量314.1.2 开关输入量334.1.3 开关输出量334.2 整定值344.3 备用电源自动投入逻辑说明图354.4 程序设计384.4.1 程序设计流程图384.4.2 程序设计：（梯形图见附录）14394.5 本章小结39第5章 结论与展望40致谢41参考文献4243第1章 绪论1.1 备用电源自动投入装置的背景及意义备用电源自动投入装置就是当工作电源因故障断开以后, 能自动而迅速地将备用电源投人到工作或将用户切换到备用电源上去, 从而使用户不至于被停电的一种自动装置, 简称备自投。在现代
11、的生产、生活中，110kv,220kv系统相继建成，电网的短路容量越来越大，对电能质量的要求越来越高，许多用电设备必须在一定的电压、电流范围内工作，否则会损坏设备本身，甚至会引起局部用电网络的崩溃。许多企业的重要设备在运行中，要求不能够断电，一旦断电可能造成巨大的经济损失，这就需要在线路出现故障时，不但能够有备用的电源，并且可以及时的投入使用，可以大大提高供电的质量、连续性和可靠性，从而使设备不会遭到损坏，同时又可以保证生产过程的顺利进行，进而保证各种运行设备以及各个方面的安全，所以，就必须装设备用电源自动投入装置。在发电厂中, 备用电源自动投入装置用于投入厂用电备用变压器、备用线路及重要机械
12、的电动机的自动投入。在变电站中, 变电站的分段母线上可以由彼此无联系的线路或变压器供电。利用备用电源自动投入装置, 在主电源跳闸后, 可以转由备用电源供电, 使用户重新得到供电1。备用电源自动投入装置可以有效地提高供电的可靠性, 而且本身的实现原理简单, 费用较低,所以在发电厂和变电站及配电网络中得到了广泛的应用。这是一种提高对用户不间断供电的经济而又有效的重要技术措施之一。备用电源自动投入的成功，能够及时地使工作中的设备得于持续运行，消除了运行人员手动操作时可能发生的不准确或错误的动作，减轻了运行人员的劳动强度，提高可劳动生产率，保证了用户用电的安全性、可靠性和连续性。1.2 备用电源自动投
13、入装置的现状与发展备用电源自投装置作为电力系统中常用的一种安全自动装置, 其发展与继电保护装置一样经过了电磁整流型晶体管型集成电路型微机型等四个主要阶段。究其本质, 各阶段的主要技术区别在于对采集量（电流量、电压量、开关量）的运算方式和逻辑功能的实现方式上的不同。传统的继电器-接触器控制系统由于其结构简单,容易掌握,价格便宜,在一定范围内能满足控制要求,因而使用面甚广,在发供电系统中得到了广泛的应用。传统的备用电源自动投入装置(APR)就是通过继电器控制来实现母联断路器的自动投入。但继电器- 接触器控制系统又有着明显的缺点:设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变等,完成一
14、种基本的保护或控制任务往往都必须由多个继电器共同承担,比如一条10 kV馈线的过流保护和自动重合闸控制就要用到数以十计的各种继电器,又由于继电器的触点要经常分合动作,容易损坏,降低了供电的可靠性,并增加了设备维护的工作量;同时,各继电器之间大量的连接导线不仅使调试检修困难极大,还致使变电站的各部分几乎不可能被连接成一个完整的自动化系统。因此,传统的机械触点继电器显然已不能满足变电站自动化对继电保护装置的要求。目前以微机型备用电源自投装置为应用主流, 它将电流量、电压量等模拟量通过压频变换器元件或元件转换为数字量送到装置的数据总线上, 通过预设程序对数字量和开关量进行综合逻辑分析, 并根据分析结
15、果作用于相关断路器, 从而实现自动切换功能。新型微机备用电源自动投入装置，采用先进的单片机技术实现软硬件模块化设计，操作直观，运行可靠，有自适应特点，能根据变电站接线形式不同，自动采用最优自投方案，且特别适用于综合自动化配套应用，有强大的通讯功能：对时、传递事故报文，远方在线修改定值，投退备自投，远方复归动作信号等。可编程控制器( PLC)是一种性能较好的控制器。其主要特点是用内部已定义的各种辅助继电器(每个PLC可有多达上千个内部继电器)代替传统的机械触点继电器，又通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线。正因为这一特点,如果将PLC引入继电器保护装置中,一方面可以克服使用传统继电
16、器所带来的种种弊端;另一方面,又可兼容基于传统继电器的设计思想和技术方案,尤其是对于逻辑关系较为复杂的触点信号处理及操作出口控制,采用PLC编程能使方案设计工作变得更加简单方便 。1.2.1 基于微机备用电源自动投入装置的研究应用1.2.1.1 微机备用电源自动投入装置的优点备用电源自动投入装置的作用是当正常供电电源因供电线路故障或电源本身发生事故而停电时，它将负荷自动、迅速切换至备用电源上，使供电不至中断，从而确保正常运行，把停电造成的经济损失降到最低程度。这种装置简称为APD 装置。在缺电的地方，越来越多的用户使用双电源，APD 装置在经济发展中发挥了重要的作用。大，中型工厂变电所主变压器
17、低压侧常采用单母线分段的运行方式。将PLC应用于单母线分段联络断路器的备用电源自动投入装置中，可提高供电系统的可靠性。过去，设计使用的APD 装置均由传统的继电器来实现，这种类型的APD 装置因设计不完善，继电器多、触点多，或继电器本身存在的问题，发生振动或误动故障率较高。近年来，由于微机综合继电保护、微机APD 装置的不断完善与快速发展，微机备用电源自动投入装置以快速发展并发挥它的作用。微机APD 装置与传统的继电器式A P D 装置相比有如下不同的特点和优点：（1）装置直观简便：连线少，占据空间小，微机A P D装置可以在线查看装置全部输入量和开关量，以及全部整定值、预设值、瞬时采样数据和
18、大部分事故分析记录。显示屏实时显示相关运行数据，并可调节。（2）可靠性高：采用了先进的电磁兼容性（E M C ）设计技术，新型抗电磁和尖脉冲干扰器件，mPC 器件、软件上采用了冗余、容错、数字滤波等技术精度高，免校验：精度均由软件调整、全数字化处理和接点信号系统。（3）智能化程度高，自适应能力强：通过面板或软件可设置和修改T V 、T A 变比、量程、接线方式、保护定值、定值越限触发等参数，保护功能均设有软压板，可根据现场需要投退，出口继电器均为可编程输出，所有设置参数断电后能保存10 年。（4）综合功能强：装置既可通过通讯口连成网络系统，接受主站监控，又可脱离网络独立完成各项功能，任一装置故
19、障均不会影响其他设备，从而保证了整个系统的高可靠性。（5） 微机备用电源自动投入的核心是CPU，利用软件实现BZT逻辑，代替了机电式装置，具有和好的信息处理能力和记忆功能。同时也简化了接线，使检修重点由复杂的配线和电压继电器的调试转向BZT的理论研究。（6） 微机BZT就收得信号多，利用软件进行综合逻辑判断，解决了以往触点配合不好，BZT拒动、误动现象，提高了BZT正确动作率。（7） 微机BZT能实现常规BZT很难实现的自动纠错功能，即自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成的误动作。（8） 微机BZT采用通用的硬件构成，不同的BZT方式由软件决定，因此，只需要改变软件就可以得到不同方式的BZT
20、，维护非常方便。（9） 微机BZT具有显示功能，人机界面友好，能记录BZT的动作信息，特别是BZT动作时间，利于事故后分析。（10） 微机BZT的实现过程更接近于理论，使BZT逻辑通过软件编制，避免了大量的电磁继电器来模拟BZT逻辑具有质的飞跃。1.2.1.2 对微机备用电源自动投入装置的基本要求根据运行经验，APD 装置只有满足下列基本要求才能更好地发挥它的作用：（1）APD 装置必须在工作电源失去电压或电压很低时、而备用电源正常时投入。（2）APD 装置应该保证停电时间最短，使电动机容易自起动。（3）APD 装置只应动作一次，以免在母线或引出线上发生持续性故障时，备用电源被多次投入到故障元
21、件上，造成更严重的事故。（4）APD 装置应在工作电源失压后，不论其断路器是否已断开，装置自投起动延时到跳开工作电源断路器，并确认该断路器在断开后，自投装置才能投入。这样可以防止因工作电源在其它地方被断开，A P D 装置合于故障或备用电源倒送电的情况。（5）当电压互感器的熔断器熔断，二次断路器保护跳开，或拉开电压互感器刀闸或退出电压互感器手车，常用电源因负荷侧故障被继电保护切除时，AAPD 装置均不应动作，APD 装置还通过进线断路器电流检测，在进线侧无压无流的情况下，APD 装置才动作。（6）当备用电源无电压时，APD 装置不应动作。（7）APD 装置应躲过因任何原因引起母线电压下降的时间
22、，这种情况是指母线电压在短时间内恢复正常，因而要求APD 装置延时时限应大于最长的外部故障切除时间。（8）微机APD 装置必须有低电压启动模块和无流检测启动模块。1.2.1.3 微机式备用电源自动投入装置的原理微机式备用电源自动投入装置大都采用16位或32位微处理器，配置大容量的存储器RAM和Flash Memory存储器，具有较强的数据处理、逻辑运算和信息存储功能；微机式备投和传统的电磁式备投不同，在软件中，其动作逻辑是通过对允许条件及闭锁条件的配置来实现的，而不是由二次回路的接线来完成，具有很大的灵活性；同时接线简单，动作可靠。备投装置通过采集工作电源电压、电流，备用电源电压及相关开关位置
23、、相关闭锁接点等交流量及开关量，判断一次运行方式，给与这种一次运行方式对应的动作逻辑充电，然后检查该逻辑的允许条件和闭锁条件是否满足，从而产生相应的动作行为。图1.1 备自投动作逻辑框图从图1.1可以看出，微机式备投装置在软件中设计了充电器及相应的充电逻辑，来代替传统的脉冲合闸继电器的功能，确保备自投不会出现多次动作的情况。即使在手动分闸或相应保护跳闸需要闭锁备投，而闭锁接点动作后又返回的情况下，微机式备投装置也不会误动作，因为闭锁接点对充电器放电后，如某动作逻辑的允许条件满足，则该逻辑的充电逻辑将始终被闭锁。某些产品是这样设计的，将备投闭锁接点的输入设置为脉冲输入，即将闭锁信号保持直至手动对
24、装置复归，这虽然能够解决上述问题，但要求在备投动作后、手动操作后或相应的闭锁备投的保护装置动作后，对备投装置手动复归，增加了运行人员的操作步骤和可能出现错误的机会。1.2.1.4 微机式备用电源自动投入装置的参数整定（1） 有压、无压整定备用电源有电压时，APD 装置才启动，否则启动了也无意义。监视备用电源电压的电压继电器整定值，应按母线最低工作电压不应动作的条件来选择，一般整定在额定电压的70% 时动作。也即备用电源电压值不大于线路额定电压的70% 时，APD 装置不应动作。低电压继电器的定值应根据下面原则来进行，即A P D 装置在下面两种情况下不应动作：网络内发生了在集中阻抗后的短路，工
25、作母线上的电压因之降低，但当继电保护把短路切除后，工作母线的电源可以恢复时。当工作母线电压因电动机的自起动而降低时。按上述两点要求，检查工作电源的低压继电器的整定值，一般为额定电压的25%。（2）有电流、无电流整定进线无电流一般指工作电源进线的一个相电流小于线电流定值。该定值应小于最小负荷电流，以防工作电源T V 三相断线时微机A P D 装置的误动作。（3）时间整定微机A P D 装置的动作时限与继电保护的配合。APD 装置的动作时限（第一时限）应尽可能缩短，以利于电动机的自启动，但应满足以下要求：时间继电器延时的时限应大于可以导致低电压继电器起动的网络内所有外部故障相应元件上的保护最长时限
26、，即 Top1 = Tst.max + Ty1 （1.1） 式中Tst.max可以导致低电压继电器起动的网络内所有外部故障相应元件上的保护最长时限；Ty1 裕度时间，取0.5 s。APD装置动作时限与断路器合闸时间的配合。APD 装置动作时限（第二时限）应可靠地保证断路器只自投一次，为此要求第二时限为： Top2 Tdl.on + Ty2 （1.2）式中Tdl.on 断路器的全部合闸时间（包括传动装置的动作时间）；Ty2裕度时间，取0.2-0.3 s。1.2.2 基于PLC的备用电源自动投入装置的研究应用1.2.2.1 基于PLC的备用电源自动投入装置的优点BZT逻辑决定于主接线方式、电源性质
27、和容量、负荷重要性等因素。将PLC应用于备用电源自动投入装置后,不仅使得可靠性和稳定性有了较大的提高,更为重要的是,用软件编程代替了传统的硬件接线图之后,当实际情况要求系统在某方面的功能进一步改进时,工作人员只需修改软件程序即可,而不是像以前那样,必须对复杂的硬件接线图进行重新布线。这样就省去了大量的人力物力,使得该装置能随实际情况,很方便地进行改进。1.2.2.2 基于PLC的备用电源自动投入装置的应用正因为基于PLC的备用电源自动投入装置所具备的优点,玉林桥水电站备用电源自动投入项目就是用三菱公司的FX-2N系列的PLC来实现备用电源的自动投入。FX-2N系列PLC可应用于各种自动化系统,
28、功能强大的指令集使其可以实现各种复杂控制命令,能够更加灵活地完成自动化任务。用软件FX-PCS/WIN-（C/E）对可编程控制器FX-2N进行编程,通过用软件编程代替传统的继电器,对工作电源和备用电源两回路中的断路器通断的控制,达到对备用电源自动投入装置的控制。通过编制梯形图程序,使得当工作电源出现故障时,系统能迅速断开工作电源回路中的断路器,切除故障。然后,检查备用电源是否有压,在备用电源有压的情况下,接通备用电源回路中的断路器,这样就使得备用电源及时投入工作,保证供电的连续性。1.2.2.3 基于PLC的备用电源自动投入装置的实现备自投装置的硬件框图如图1.2所示。图1.2 备自投硬件框图
29、模拟量输入信号先经由电压形成、低通滤波、采样保持、多路切换等元件组成的模数转换通道,将模拟量转换成数字量再送到PLC。输入开关量经光电隔离元件隔离,再经并行口输入。输出信号中控制断路器跳闸或合闸的信号，经光电隔离元件送到出口继电器,由出口继电器接点执行断路器跳闸或合闸操作。输出数字量为变电站的一些重要运行参数。由于PLC具有数据处理和逻辑判断的功能,使PLC型备自投装置不仅能完成备自投装置规定的操作,而且能在操作时考虑系统运行情况以及系统的其他操作要求,装置可通过显示窗口显示变电站主要设备的运行情况。另外,对装置的调试维护也很方便,通过离线仿真可以测试软件,不影响设备的安全运行,而且可以通过改
30、变程序来适应不同的运行方式。装置本身具有很强的抗干扰能力,使其可靠性高于电磁型装置。PLC的通信功能为实现变电站综合自动化创造了条件。1.2.3 基于远方备用电源自动投入装置的研究应用1.2.3.1 远方备用电源自动投入装置的特点常用的备用电源自动投入装置,在两电源线路之间串接的2 个变电站开环运行时,只能满足在开环处变电站具有自动投入的功能,另一个变电站上级电源线路故障无法自投。本装置具有通信功能,可以与其他变电站的远方备用电源自动投入装置交换信息,更能够根据多个协调变电站之间联络线路及电源进出线路的电流、电压和开关位置等信息,实现多个变电站之间的备自投,大大地提高了供电可靠性、灵活性。1.
31、2.3.2 远方备用电源自动投入装置的结构远方备用电源自动投入装置硬件结构如图1.3所示。图1.3远方备自投装置结构框图从物理结构和功能上可分为信息采集单元、综合控制单元、执行单元、通信监控单元和通信通道,整体集成在1 个箱体内。信息采集单元负责采集当地变电站的有关信息。综合控制单元是装置的数据交换和控制中心,它负责从信息采集单元和通信监控单元获取数据,进行综合处理和发出指令。执行单元负责执行综合控制单元发来的动作命令。通信监控单元负责接收对侧远方备自投装置传来的有关信息,并将本侧有关数据信息发送给对侧远方备自投装置。通信通道是数据和信息传递的通道,采用光纤或专用通道。1.2.3.3 远方备用
32、电源自动投入装置各单元模块功能（1） 信息采集单元信息采集单元主要是状态量采集。采集变电站进出线路开关位置量,也可增加刀闸位置量。对母线电压、线路电压和电流等交流量,设置继电器用定值转化为状态量。1 个单元可配置64 块模板,1个模板可采集16个状态量,采集周期2ms。（2） 综合控制单元综合控制单元采用镶嵌技术的80486 为主CPU ,4M内存。主要完成系统的人机界面处理、数据库管理、规约处理、逻辑判断和系统检测等管理功能。它通过对信息采集单元和接收通信控制单元获取的数据,进行综合分析判断,给执行单元发送命令,还要把通信通道实时检测异常和装置告警信息及时传送给调度中心。必须同时接收到本侧和
33、对侧的信息才能进行分析判断,当通道或对侧装置异常时,将自动闭锁,有效地防止装置误动。装置的人机界面采用大屏幕液晶显示器和84 键盘,全汉化菜单方式,可方便现场参数设置(定值输入/ 输出) 、实时数据显示信道和系统状态监视及维护工作。综合控制单元还具备GPS 统一对时、远方投停和改变定值等功能,满足无人值守变电站的要求。（3） 通信控制单元通信控制单元中CAN 网络管理器由一块CPU独立完成,通过大容量双口RAM实现数据通信。可同时提供8 路高速串口,支持多通道、多规约、多通信方式的通信。装置设置了数字口和内置Modem ,实现2 个变电站备自投装置的通信。在正常情况下,两侧装置信息巡测交换时间
34、在2 s 内;当发生异常状态量变位时,可优先传送。在保证装置之间通信的前提下,还将装置有关信息上传调度SCADA 系统,方便调度员对装置的管理。（4） 执行单元执行单元主要完成分、合闸、闭锁有关保护等。每块模板标准输出6 对无源接点,包括2 对分闸、2 对合闸和2 对闭锁接点。接点容量DC 220 V ,510 A。1.2.3.4 远方备用电源自动投入装置的运作过程远方备用电源自动投入装置应成对使用,分别安装在2 个变电站,实时检测当地和远方变电站的有关数据和信息,主要是开关位置、母线电压、线路电压和电流等,通过对数据信息进行综合分析和逻辑判断,发出有关开关的跳、合闸命令,实现远方备用电源自动
35、投入。远方备用电源自动投入装置在使用时应注意以下几点:（1）网络应该具备环网运行条件;（2）远方备自投装置动作时间与线路保护动作时间相配合, 应躲过线路保护段动作及重合闸时间;（3）远方备自投装置必须成对使用,两站设备投停做到一致。1.2.3.5 远方备用电源自动投入装置的应用前景具有远投功能的备用电源自动投入装置其实就是普通站内BZT装置功能的扩展,然而,它却完成普遍BZT装置所不能完成的功能。从技术上说 , 它最关键的是使用了远程通信技术，所以它的使用范围主要取决于其通信接口的能力 , 因此 , 在设计时必须考虑要能适应电力系统现有的各种通信方式。它的应用场合 , 除了农村电网用之较多外
36、, 在城市电网向其目标网架过渡时期里也常会得到应用。1.3 本文的主要工作结合国内外关于备用电源自动投入装置的研究，了解备用电源自动投入的发展前景以及研究意义、理解备用电源自动投入装置的实现逻辑、应用三菱公司的FX系列PLC实现对玉林桥水电站厂用电备用电源制动投入的控制。第2章 备用电源自动投入的实现2.1 备用电源自动投入装置的要求根据电网运行经验, 备自投只有满足下列基本要求才能更好地发挥作用。（1） 备自投装置必须在具有备用电源的工作母线因任何原因失去电压时动作。（2） 备自投装置应该保证停电的时间最短, 使电动机的自起动容易一些。（3） 备自投装置只应动作一次, 以免在母线或引出线上发
37、生持续性故障时, 备用电源被多次投人到故障元件上去, 造成更严重的事故。（4） 备自投动作投于永久性故障的设备上, 应加速跳闸。（5） 当电压互感器的熔断器熔断时, 备自投不应动作。（6） 当备用电源无电压时, 备自投不应动作, 因为动作是没有效果的。（7） 备自投装置应在工作电源确已断开后, 再将备用电源投人。其目的在于工作电源发生故障的情况下, 不致在备用电源投人后, 由备用电源经过母线来供给故障点电流以及其他一些电网所禁止的特殊运行方式2。2.2 备用电源自投的典型接线与实现方式2.2.1 备用电源自投的典型接线变电站的典型接线是两条进线、两台主变分列运行或一运行、一备用。备自投分为变压
38、器备自投和进线备自投两大类。2.2.1.1 进线变压器自投和分段备自投若正常运行时, 一台主变带两段母线并列运行, 另一台主变作为明备用, 采用进线变压器自投。若正常运行时,两段母线分列运行, 每台主变各带一段母线, 两段母线互为暗备用, 采用分段备自投。该种接线方式在重要的低压用户配电网络上较常采用。其典型接线方式如图2.1。段段图2.1 备自投典型接线示意图2.2.2 备自投的实现方式2.2.2.1 进线或变压器备用电源自动投入方式的实现。（1）若正常运行时, 1DL、3DL在运行,2DL作为备用。当1DL进线电源因故障或其他原因被断开后, 段进线失电, 经延时, 再确认1DL跳开后, 合
39、上2DL, 保证两段母线不停电, 馈线可靠供电3。（2）若正常运行时,1DL、3DL在运行,2DL作为备用。当段母线无压、#1进线无流, 母线有压则经延时后跳开1DL, 确认跳开后合上2DL。同样保证两段母线的不停电。2.2.2.2 分段开关备用电源自动投入方式的实现（1）若正常运行时, 1DL、2DL各带一段母线分列运行, 3DL作为备用。当1DL进线电源因故障或其他原因被断开后, 段进线失电, 经延时, 再确认1DL跳开后, 合上3DL, 由2DL带两段母线运行, 馈线可靠供电。（2）若正常运行时, 1DL、2DL各带一段母线分列运行, 3DL作为备用。当段母线无压、#1进线无流, 母有压
40、则经延时后跳开1DL, 确认跳开1DL后合上3DL。同样由2DL带两段母线运行, 馈线可靠供电。2.2.3 备用电源自动投入成功的几个要素根据备用电源自动投入装置的基本要求, 备自投的成功与否和系统的运行方式有很大关系。对于低压用户而言, 只需考虑其供电可靠性即可, 因此可采用1DL、2DL、3DL之间的开关辅助接点作为判据。对于较为复杂的系统和对电源要求较高的用户而言,不单需要有电, 还对主、备电源的质量有较高的要求, 因此除了辅助接点作判据外, 还需在两条电源进线分别装设低电压判别元件作为辅助判据。其中在主电源进线侧为低压判别元件, 为了避免系统发生短路造成的短时间内工作母线电压降低而误将
41、务用电源投人, 应尽可能将该元件的整定值放低一些, 以使其反应短路的范围缩小同时还应避免因负荷自起动引起的电压降低而使备用电源自动投入装置误动作。备用电源自动投入成功的一个重用标志同时也是采用备自投的目的是保证供电的可靠性, 因此只有在备用电源的电压运行于正常允许范围, 或备用设备处于正常的准备状态下, 备自投装置进行动作才有实际运用的意义。在备用电源上采用有压判别元件来确定备用电源是否有电压, 当备用母线电压低于允许的电压范围时, 则不允许自动投人装置动作。在采用备用电源自动投入的系统中, 还常常需要备用电源自动投入装置与有关的线路自动重合闸配合使用, 即由重合闸重合一次, 若重合失败,再进
42、行备用电源自动投人, 以充分发挥两者的作用, 提高线路的可用率。一般情况下, 备用电源自动投入装置的动作时间应大于重合闸周期的时间。2.3 备用电源自动投入的有压与无压判定2.3.1 有压与无压的定义中不宜使用三极联动型的三相空气开关，应使用三个单极的空气开关或使用熔断器作为相应电压回路的保护元件。对于有压与无压的检测判别是所有备自投功能的基础。判别有压与无压时的判据：三相均无电压且进线无电流称为“无压”，三相中有电压则为“有压” 。对应“无压”的低电压定值一般整定为0.150.3倍额定电压；“有压”的电压定值一般整定为0.60.7倍额定电压。设计备自投的方案时，应该遵循以下原则：尽可能将待检
43、的三相(母线或线路)电压信号直接地分相引入备自投装置。例如美国SEL公司的351B装置，可以接入两组完整的二次三相电压回路，由它来完成备自投的功能是非常合适的。有些备自投装置的I/O接口数量有限，不能直接地接入两组三相全部的电压信号，常会加入一个电压转换器之类的中间装置，在三相中任意有一相正常电压输入时转换器均会给备自投装置一个“有压”的信号，有的转换器与备自投装置配合还能实现PT二次回路断线的检测。如果将“有压”误判为“无压”，就有可能形成备自投误动，所以需要说明一点：为了避免在PT二次回路非三相短路故障时切断所有三相回路，引入备自投检测的三相电压回路另一方面，也常会引入电流信号，利用 “有
44、流”“有压”、“无流”“无压”这样简单的递推关系，将进线电流的有无作为判断有压与无压的一个补充条件，电流信号采入单相即可，电流整定值一般取得较小，例如：在额定为5A的CT二次系统中常取0.1A的二次值作为“有流”与“无流”的临界4。2.3.2 失压判别各电压定义如表2.1所示。表2.1 电压定义表段母线A相电压段母线B相电压段母线C相电压段母线线电压段母线线电压段母线线电压线路A相电压线路B相电压线路C相电压线路线电压线路线电压线路线电压失压判别电压定值电压恢复定值母线（段母线）带电指示器电压线路（段母线）带电指示器电压2.3.2.1断路器处于闭合状态的失压判别（1）三相全低于门槛电压U（失压
45、判别电压定值）为失压的判别方法如配置为判别失压为三个相电压均低于门槛电压U，根据不同情况，按以下步骤进行：线路为三相Y/Y型TV时：如U、U、U、U2a、U2b、U2c均低于U，则认为失压，如配置有带电指示器综合电压时，应加判两个带电指示器的综合电压应低于U。线路为三相VV接法TV时，如U、U、U均低于U，U2ab、U2bc、U2ca均低于 U，则认为失压。如配置有带电指示器综合电压时，应加判带电指示器综合电压是否低于U。线路TV为单相相电压TV：如U、U、U、U2a均小于U，则认为失压。如配置有带电指示器综合电压时，应加判带电指示器综合电压是否低于U。线路TV为单相线电压TV：如U、U、U均
46、低于U，U2ab低于 U，则认为 失压。如配置有带电指示器综合电压时，应加判带电指示器综合电压是否低于USY。（2）判任一相电压低于U为失压的判别方法：线路为三相Y/Y型TV时：如U与U2a、U与U2b、U与U2c任一组中的两个相电压均低于U，则认为失压。线路TV为三相VV接法TV时，如U、U、U之一均低于U，线路TV与失压相关的两个线电压之和等于第三个线电压，则认为失压。当线路为单相TV时，如U、U、U之一低于U，则认为失压。2.3.2.2断路器处于断开状态时的失压判别当断路器处于断开状态时，应分别判（I段）母线和线路（II段母线）失压。（1）三相电压均低于U的母线失压判别：如U、U、U均低
47、于U时，则认为母线失压，配置有带电指示器综合电压时，应加判母线带电指示器综合电压低于U。（2）任一相电压低于U为失压的母线失压判别：U、U、U之一低于U，则认为母线失压。（3）三相电压均低于U的线路失压判别：线路TV为Y/Y接法时，U2a、U2b、U2c均低于U，线路TV为VV接法时，U2ab、U2bc、U2ca均低于 U。线路为单相相电压TV时，U2a低于U；线路TV为单相线电压TV时，U2ab低于 U，则认为线路失压。如配置有带电指示器综合电压时，则加判线路带指示器综合电压是否低于U。2.3.2.3 如母线TV为VV接法，则判失压的方法与线路TV为VV接法时判别失压的方法相同。2.3.2.4 TV断线的处理：在母线或线路为三相Y/Y接法TV，配置任一相低于U为失压时，如发生TV断线，则三相均低于USY为失压的判别法。2.3.3 有压与失压判别的逻辑框图（1） 母线失压判别（TV为YY接法）如图2.2所示。（2） 母线失压判别（TV为VV接法）如图2.3所示。（