LD—ZK02变电站差频

1、 LDZK02变电站差频网频快动并网装置说 明 书 ®®宜昌市能达通用电气股份合作公司审核：批准：编写：目 录一 装置概述1二 装置设计及技术标准21 总体设计22 硬件设计23 软件设计24 生产过程质量控制25 主要技术标准2三 主要功能3四 技术参数4五 硬件模块结构框图5六 基本原理及组成5七 监控主程序流程图和切换程序流程图10八 前面板与参数设置12九 通信界面及功能14十 安装尺寸及接线16十一 硬件故障的测试、诊断和工况表17十二 附图19LDZK02变电站差频、同频快动并网装置使用说明书一 装置概述本装置是为了实现变电站差频同频并网、变电站母线分段方式自投

2、、内桥接线方式自投而专门设计的开关智能控制装置。特别在事故情况下需要将工作电源断开同时又要在工作电源与备用电源之间的压差、频差、相差很小时合上备用电源，使用电设备不至于因一般故障、误动造成停电、复启动电流过大等事故，本装置尤为适用，是快动的、检同期的、一种多功能的新型备自投（BZT）。该装置对待合开关两端电源的频率、电压、相位量有良好的自动跟踪的功能，并设置电子同步表模拟老式指针同步表对其频差、相差大小进行动态模拟显示，同时结合工况指示灯对合闸前后的工况进行显示，使操作直观、简单化。装置能对故障电源的开关自动发出适时的跳闸脉冲，能配合待并开关顺利实现并联（先合后跳）、串联（先跳后合）、绝对串联

3、（确认跳的反馈信号后的合控制）的合、跳闸控制，在合、跳闸控制前后能对各开关位置和各输入、输出量的正确性进行巡测判断并适时地发出全状态闭锁、去偶等信号，使跳、合闸控制尽量达到“宁可拒动，不可误动”的效果。本装置特设置两模拟开关，当置在模拟状态时可模拟待并开关两端的频率、相差和合闸的各种工况，供本装置在安装调试、正常安检时使用。本装置在采集到切换信号时，不仅考虑当前的相差，还考虑以后相位差变化的趋势，用适当的数学模型代入预置的开关导前时间，计算出导前相角，当导前相角不超预置的范围时发出快动合、跳命令，否则进行第一个同期点预测计算，预测条件满足时再发出同期时的合、跳闸命令，以此准确的躲过相差在180

4、度及其附近时合闸所带来的危险，否则转入下一次的预测控制或转入残压切换控制。该装置的可靠性、精确性与快速性三个主要技术性能特征，均优于或达到了国内外同类型产品的技术水平，系为新一代智能型自动的电源快动装置。二 装置设计及技术标准1 总体设计设计中采用免维修的模块结构，整机包括两I/O板（其中一个PT断线监测专用板）、主板、面板、开关电源五大模块和箱体两个组成部分，这种结构的主要特点是不作元器件级维修，只进行板级（模块）维护，一旦出现硬件故障，只需将故障模块换下即可，大大缩短了故障修复时间。其中电源采用以整体散热金属网屏蔽的性能优良的高频开关电源模块。箱体采用通风网双层金属机箱，既起到了电磁屏蔽的

5、作用又具有良好的散热性能。2 硬件设计硬件的核心选用超大规模集成块和功能完备的进口单片机芯片，所有的I/O信号全部采用电磁或光电隔离，装置主体与现场无任何直接的电气连接，因此具有较强的抗干扰能力。3 软件设计对全部输入信号进行数字虑波处理，对输出信号进行冗余控制，对合闸回路进行软件闭锁以及对整机完备的自检功能进一步保证了整机的可靠性。4 生产过程质量控制所有的元器件严格按生产工艺要求进行筛选，器件使用多数为军工级，最低为工业级，成型模块进行整体浸漆烘干处理，整机100%进行全部试验，包括常规电气、功能、老化和振动试验。 5 主要技术标准参考技术标准： GB1428593继电器保护和安全自动装置

6、技术规程本企业技术标准：LDZK02厂用电源快动换装置企业标准 三 主要功能1. 设置1-4个待合开关的参数选择点，用户可通过机外继电器对本机的两PT/CT输入端、参数选择点、跳合闸等控制端一次性切换到相应的待合开关上，就能分时地对4个待合、跳开关组进行快速的自动切换控制或者分别对2组合、跳开关实行正、反切控制。2. 对于两独立电源供电的两母线有联络开关的线路情况，本装置能同时检测联络开关两边母线电源的运行情况，并根据不同的情况和信号对三段式开关进行投切控制。如下图： 图1 变电站开关投、切配合图3. 根据现场情况装置也可以设置关闭一边启动，如关闭T1一边不让其启动，只作合K跳T2的三种形式的

7、启动操作。4. 对于每一待合开关根据启动方式的不同最多可设置六组不同的参数，每一组参数对应着并联、串联、绝对串联三种合、跳闸控制方式中的一种，并且根据需要通过改写参数的大小随时可以改变合、跳闸控制方式。5. 装置通电后为常备监控状态，当检测到一种启动方式信号时，将立即从EPROM数据块中取出一组相应的参数进行预测性的快动、同期切换、残压切换组合控制计算，当条件符合某一种情况时则发一次合、跳闸命令。6. 装置设机位按键复位和远方操作复位。7. 设置合闸完成时同步的低压减载和后加速保护输出脉冲（但其动作沿时由外部系统沿时继电器完成）。8. 指针式电子同步表，对其频差、相差大小进行动态模拟显示，同时

8、结合工况指示灯对合闸前后的工况进行显示，中文液晶屏则对跳合闸前后的在线频率、时间、装置工作状态进行显示，如合闸不成功中文液晶屏将给以标示（中文液晶屏见面板示意图6）。9. 设置两模拟开关，当置在模拟状态时可模拟待并开关两端的频差、相差，为本装置在安装调试、正常检修和参数修改时提供便利。10. 完备的自检闭锁功能，主要设置有本装置硬软件出错自动闭锁、开关量控制全状态闭锁、跳合闸开关位置异常闭锁、PT断线闭锁、PT隔离开关未合上闭锁、后备电源失电闭锁等，同时中文液晶屏对各种闭锁工况按其检测到的先后顺序进行不同标示，以提示操作人员作快速的检修。11. 提供RS232/485通信口。RS232通信口设

9、置在面板的右下侧，供调试上位机用，其通信界面如图6，功能见第九节。RS485通信口设置在后板的右下侧，供DCS系统控制专用。12. 装置每一次动作的前一次动作事件主要指标（如：事件时间、事件结果状态、合闸时的实际相位差、实际频率、实际参数取值、当时的录波波形）都能记忆存贮下来，供上位机查寻、打印（见九节说明），大部分指标由中文液晶屏和工况指示灯现场显示见图6。13. 提供GPS对时接口。 四 技术参数1. 装置工作电源：AC/DC 220V±l0%两用，（AC/DC 110V/±10%两用如订货方有要求则合同注明特供）。2. 功耗：小于25W。3. 待合开关两端PT同时用l

10、00V，CT为5A（特殊情况现场调整），4. 输出继电器触点容量（长期闭合）： AC 220V/l0A DC 220V/5A。5. 合开关导前时间TK的设置范围： 20ms999ms，步长1ms（此参数整定存贮以用户现场安装提供参数为准，也是用户必须提供的参数。）6. 同期合闸允许频差F1的设置范围： 0.50Hz2.99Hz，步长0.01 Hz（此参数按用户机型要求设定，未作要求则按2.25 Hz整定存贮）。7. 快动合闸允许频差F2的设置范围： 0.50Hz2.99Hz，步长0.01 Hz。8. 快动合闸允许相差的设置范围： 0.5度59.9度，步长0.1度。9. 跳闸延时时间Ty：199

11、99 ms，步长1ms。（用户可根据具体的并串的合、跳闸控制方式的要求，以合开关导前时间TK的起始值0为基准，推算待跳开关要求的总跳导前时间To，然后再根据跳开关回路固有的导前时间Tg进行推算。具体算法如下：并联切换：To大于Tk， Ty=To-Tg ； 串联切换：To小于Tk， Ty=To-Tg10. 失压启动延时Tj：19999 ms，步长1ms。（用户一般应取它大于其最大负荷正常启动时带来短时压降时间，以此躲过正常启动时所带来的误跳合工作）。11. 失压启动整定范围U%：20%90%Un。12. 32档电子模拟指针同步表的分度值：11.25度。13. 装置所有电路与外壳之间及电路与电路之

12、间的绝缘电阻：在温度为25度，相对湿度为60%±10%时，不低于l00M。14. 装置所有交/直流12V以上接线端子对外壳耐压2000v/工频1分钟，直流12V以下电气回路对外壳耐压500v/工频1分钟无击穿闪烁现象。15. 环境温度：-105016. 相对湿度：小于80%。 五 硬件模块结构框图 面 板主 板开关电源后 板I/O板1I/O板2 图2 ：LD-ZK02变电站差频、同频快动并网装置的硬件模块结构框图六 基本原理及组成LD-ZK02变电站差频、同频快动并网装置硬件结构如图3所示。CPU主频4MHZ，配8K EPROM 、2k EEPROM、8k RAM和若干定时计数器及并

13、行接口等芯片组成一个专用微机控制系统，下面就各主要功能原理进行简单介绍。1. 变电站差频、同频快动的必要性和解决的办法：目前，在发电厂和所谓一级负荷的工矿企业以及某些变电站中，用电的连续可靠是电机安全运行的基本条件。以往国内广泛采用的备用电源自投方式，一般都是用工作电源开关辅助接点直接（或经低压、延时继电器）启动备用电源投入，这种方式无相频检测，用电切换成功率低或切换时间长，电动机复起动电流过大易超过允许值范围受冲击损坏。特别是一些使用大功率电机、高压电机的场合，由于电机在断电后电压衰减较慢，如在残压较大时不检查同期条件就合上备用电源，起/备变压器和电动机将有可能受到严重的冲击而损坏，如只待其

14、残压降到一定幅度（如20%-40%Un之间）后在投入备用电源，由于断电时间长，电动机的转速下降很大，成组电动机的自起动引起母线严重继续失压，某些辅机势必退出，严重时重要机组自起动困难势必造成停机停炉。 为解决以上问题，本装置在正常用电时就对待合开关两端电源的频率、电压、相位量进行长期的自动跟踪和监测，一段检测到切换信号时，将立即根据当前频差、相差采样值，同时利用适当的数学模型（不仅考虑当前的相差、频差，而且考虑以后相差、频差的变化率）结合预置的待合开关导前时间，推算出以后合闸准点时的相差、频差，然后同预置的允许的相差、频差进行比较，当条件满足时就发出合、跳闸脉冲信号。首先，由于在工作电源正常工

15、作时，备用电源同工作电源之间的压差、频差、相差一般都很小，因此一段工作电源故障跳开，其母线残压与备用电源的相差将从0度开始逐渐变大，本装置的第一段预测计算是取预置参数中的快动允许频差、相差进行计算的，目的是为了抢在母线的残压压降很小时发出合、跳闸控制信号；如果条件不满足则进入第二阶段的第一个同步点的预测计算控制，其比较取值当然是预置的同期合闸的相差、频差允许值；如果以上两条件都不满足，同时其残压降至残压切换整定值则立即转入无条件的残压切换控制。本装置预测相差的计算公式为：k=sTk+ （ds/dt） Tk2 （式中 k理想合闸导前角 、s残压或工作电源与备用电源频率之差、Tk待合开关合闸导前时

16、间）快动计算合闸条件：ii-10，i-1k同期计算合闸条件：ii-10，0.576i-1i-1k （0.576为同期合闸固定相角误差）EPROM2764EEPROM2816RAM6264CTC1Z80CTCPIOCPU计数器输入口输入口输出口并行口分频 相敏整流滤波光电隔离逻辑电路驱动器整 流光电隔离变压器驱动器继电器组控 制信号输出键盘显示并列点选择远方复位PTCT图3：LD-ZK02快动装置硬件结构框图CTC2 2. 快动装置辅助控制功能：(1) 本装置当处于工作母线低压自动切换时，将设一足够的延时时间量（由用户根据现场情况设定）延时后即启动计算控制，以此躲过正常启动时所带来的误跳合工作；

17、(2) 本装置在发出合、跳命令后，将设一固定的延时时间如500 ms值再一次巡测合、跳开关的反馈信号的正常性，如发现该跳的没跳，该合的没合则立即发出偶信号，尽量使开关位置正常。(3) 本装置当在低压启动切换时（如低压自动启动切换），为尽快使重要负荷快速启动，设置后加速保护的控制输出（延时时间则由用户在本机外设置延时继电器设定）。3. 自检功能、模拟试机及现场“真合闸，假并网”试验：所有电力仪器仪表在真正投运前首先要进行一次接近现场条件的动模试验，或者投入后要定期检查该装置可靠性。本装置从三个方面实现对本机可靠性检验。首先，本装置通电后，不管是在合闸控制前和合闸控制后，均设有软件控制CPU适时地

18、对输入输出接口（如继电器）等硬件各组成部分及其相互之间的连接线进行巡测，只要有一部分发生故障，则装置处于闭锁状态，面板的电子同步表不转，面板的液晶屏显示相应的故障标志，以此通知操作人员对硬件、软件有针对性地检查（故障符号意义详见第十一部分）。其次，本机在投运前设置了模拟开关试机，此开关安装在后板上，两开关其中之一为模拟PT1频率信号，另一个PT2频率信号，但不模拟两PT电压量。不管两PT（或者为同频同相的交流100V±5%的两组模拟PT）接入否，两开关投到模拟状态，然后打开电源开关通电，这时面板的电子同步表（后有详述）即转动，面板液晶屏将同时显示本机模拟的两PT频率和未经效正的基时时

19、间等（后有详述），面板的八个工况指示灯中合闸闭锁信号灯同时点亮。当两组PT端接入交流100V±5%两组模拟非同频同相或同频同相PT，同时在后板将公共端C短接一个已输入一组有效数据的对应开关标志H点时（后有详解），这时将模拟开关投到模拟状态，然后装置通电，这时本机处于巡测状态，本机将同时显示PT1、PT2的在线频率值，当从本机后板人为给入一自动启动信号时，本机就能模拟合闸一次，电子表开始转动，当转动到正上方一组红色指针时（0°位置）则停止转动，大圆中心的一个红色信号灯闪烁一次表明发出了合闸脉冲，同时八个工况信号灯中的合闸完成和相应的合闸成功两信号灯同时点亮（注：做这个实验务必

20、将合、跳闸输出断开，主要地为了防止装置在在线模拟试验时误动而发生事故）。其三，本机在投运前，特别是在第一次安装投运前需按本单位提供的现场投运调试大纲程序进行一次所谓”真合闸，假投切”的现场动模合闸试验。主要内容为一切接线都以真正条件为准。即模拟开关投到工作状态，后板公共端C端接一个已输入一组有效参数相对应的H端（该H端视为待合开关的标记，该组参数也是待合开关性能决定的真实参数，如开关导前时间Tk），工作电源和备用电源处于待切状态，本机后板各输入输出接线无误，这时分别拉开待合、跳开闸两端的隔离开关，然后装置通电进行模拟快动试验。如果过去有机械同步表则这时可将本装置与过去机械表同时并联运行（只断开

21、过去机械同步表的合闸输出脉冲即可），这时本装置应与过去的机械同步表同期转动，并同时达到合闸点。合闸脉冲发出后，待合开关合上，本机面板只显示合闸完成，电子同步表正指0°红指针位不动。大圆中心的红灯闪烁一次，数码管显示合闸后的系统频率，这时即完成了整个的模拟试验。然后断开刚合上的断路器，合上断路器两边的隔离开关进行真正的合闸控制。七 监控主程序流程图和切换程序流程图上电、复位自检出错有切换启动信号？信号巡检PT断线？PT隔离开关末合上T1、T2开关均合上参数设置？信号唯一？合跳成功？发合跳命令显示合闸完成及频率全局闭锁？按键复位参数设置去偶去偶闭锁、报警等待复位图4：主监控程序流程图Ye

22、sYesYesYesYesNoNoNoNoNoNoNoNoYesYesNoYes失压启动？合跳反馈正常否？满足快动切换？第六参数延时去偶闭锁、报警等待复位YesYesYesYesNo满足同期切换？满足残压切换？发合闸命令第五参数延时发跳闸命令合跳成功电压低？发低电压减载命令显示合调闸成功及频率NoNoNoNoT1、T2自动、手动、失压六种启动信号之一 图5：切换程序流程图八 前面板与参数设置前面板如图6： 图6：前面板图 1. 面板的左上侧为中文液晶显示部分，其功能在于：在开机监控状态时，如果待合闸开关两边PT已接入则同时显示待合闸开关两边线路的频率，如果两边PT之一未接入则显示一边频率和一边

23、的PT断线标志，如果两边PT均未接入则显示两边PT断线标志，但不能鉴别两PT接入相位的正确性；a. 在前面提到的Tk、F1、F2、Ty、Tj参数组设置或修改时，显示操作中的参数（详见参数设置部分）；b. 合闸完成后只显示合闸后的系统频率；c. 装置接线或本装置硬件有错误时则显示其某些重点错误的标记（见第十一部分）通知技术人员进行有针对性地检修。d. 显示装置的基时时间，装置工作后可通过功能键或上位机将时间调整同标准时间一致。2. 液晶显示屏的右侧为装置内用的直流电源+5V和+12V指示灯和装置工况指示灯，电源指示灯亮表明装置通电正常，否则异常。3. 右侧大圆形为32档LED模拟电子式指针同步表

24、，均匀分布在360°圆周上，0° 位置为红色，其余为绿色，正中间设一合闸指令脉冲发出同步信号灯，专供合闸时指示用。装置投运或模拟试验时，同步表指示待合开关两端电压的相位差，同步表顺时针旋转表示PT2频率高于PT1频率，逆时针旋转表示PT2频率低于PT1频率，旋转速度表示频差的大小，频差越大转得越快。4. 8个状态指示灯，用于指示合闸投运过程中及模拟试验时的实际工况。特别在调试合闸过程中，工况灯就是技术人员调试合闸的眼睛。5. 面板上的功能键及复位键：a. 复位键的功能是中断当前的一切状态，使装置重新开始运行程序，通常叫“清零”开关。后板的公共端C和远方复位端R短接后断开同该

25、键功能一样，因此用于远方复位操作。该键能同键2、键3组合使用则分别使本机进入参数设置修改模式和调试板模块操作模式。b. 键1、键2、键3为功能键具体功能及操作如下：本装置最多设置4大组有效参数，4个大组参数分别对应一个待合开关H1-4，每个大组参数共有36个有效数据。一个待合开关的6种不同的启动控制方式分别对应6个小组参数段，每一个小组参数段含6个意义相同但数值不同的数据，它们是：“待合闸开关合闸导前时间TK”、“同期合闸允许频差F1”、“快动合闸允许频差F2”、“快动合闸允许相差”、“跳闸延时时间Ty”、“失压启动延时Tj”。 6种不同的启动控制方式所对应6个小组参数段为：1) PT1一边跳

26、自动合闸启动对应16数据；2) PT2一边跳自动合闸启动对应712数据；3) PT1一边跳手动合闸启动对应1318数据；4) PT2一边跳手动合闸启动对应1924数据；5) PT1一边跳、合闸失压启动对应2530数据；6) PT2一边跳、合闸失压启动对应3136数据。准备阶段：将后板并列的两开关置于“模拟状态”位置，先按复位键再按键2，当显示器出现提示参数整定，先松复位键，再松“键2”即可进行参数设置。按“键1”显示器出现并列点1并指针指向参数1，后再按“键2”或“键3”，输入已整定好的一个数值，输入数值时按键2为增值，按键3为减值，输入完后，再按“键1”时， 指针指向参数2，同时对上次输入是

27、1H1数据进行了存贮，如此循环。（注：数据输入后若未按键1，则上次输入的数据无效，即未存贮）参数液晶显示顺序：参数整定值举例并列点：1（2、3、4） 1（ 开关导前时间）：100ms2（ 同期允许频差）：3Hz3（快动允许频差）：1.5 Hz4（快允许相差）：60°5（ 跳闸沿时时间）：1ms6（失压沿时时间）：1ms.36（失压沿时时间）：5000ms注：该装置在试验状态或参数设置完成后，必须将状态开关从”模拟状态”位置拔到“工作状态”位置，方能投入正式的合、跳闸控制运行程序。九 通信界面及功能通信界面如图7，232/485通信口接一上位机，上位机装入本公司提供的专用通信和打印程序

28、，打开程序即可生成如图6的界面，用光标选定通信的波特率（推荐用1200比较可靠）和上位机硬接口COM1或COM2。1. 通信口功能有三：基时时间整定：按启动键后在发送命令下键入“80小时、分、秒FF”的16进制代码如“8001050AFF”然后按Enter键，这时控制器的起始时间被整定为1小时、5分、10秒，并在装置面板的液晶块下方显示出来，装置的时间表同标准时间同步，当发生一次事件时，事件时间将自动保存供上位机即时查寻、打印。2. 数据查寻：程序和数据16进制代码可以通过以下方法查寻，按启动键后在发送命令下键入“90地址、字节数、FF”的16进制代码如“9056000AFF”然后按Enter

29、键，这时数据接收区可以收到装置存贮器地址5600起以后的10个16进制代码，用于上位机特别是DCS系统自制控制界面对本装置工作情况的分析。3. 事件结果数据和录波的查看：按查看数据按键，这时事件时间、事件结果状态、合闸时的实际相位差、实际频率、实际参数取值、当时的录波波形）都能从记忆存贮单元中取出并在界面上显示出来，上位机如接有打印机即可按打印数据键打印。图7：通信界面其打印的格式如下：快动控制器事件报告单（举例） 事件时间：0：0：9 PT1频率：50Hz PT2频率：49.9Hz 事件代码： 5 合闸位置异常 合闸相位差：44° 开关导前时间：100ms 同期允许频差：3Hz 快

30、动允许频差：1.5 Hz 快允许相差：60° 跳闸沿时时间：1ms失压沿时时间：1ms录波图示范如下：有效图 无效图图8：录波示范图十 安装尺寸及接线LD-ZK01型快动装置采用仪表屏嵌装式结构，只需将本控制器嵌入仪表屏即可。安装尺寸见图。快动装置与现场的连接，主要通过后面接线板。（接线图见端子图及应用接线图）订货使用须知1. 订货时请提供如下数据资料：l 待合开关总的合导前时间TK。l 并列点开关实际编号（一位数字代表）。l 待跳开关总的跳导前时间，并根据本说明书的第四节计算公式以及各启动状态下的串、并联方式的要求计算出跳闸延时时间Ty。l 同期合闸允许频差F1。l 快动合闸允许频

31、差F2。l 快动合闸允许相差。l 失压启动延时Tj。2. 本装置以外其他功能，凡需要的用户，敬请订货另行说明。3. 本装置所有的开关输出量均为无源短脉冲，所有的开关输入量均为有源-12V短脉冲（本机自串电源，外接应为继电器无源接点，复位脉冲大于2秒最为可靠）。4. 模拟试机调试须断开输出开关接线单，以防误动作。 5. 输入、输出远地操作，特别是通信、远方复位建议用屏蔽电缆作馈线，必要时用光纤通信。 十一 硬件故障的测试、诊断和工况表1. 继电器输出的测试：l 通过功能键进入显示屏菜单的测试功能挡。l 应顺序有报警输出、PT1跳输出输出、PT2跳输出、合开关跳输出、低压减载输出、闭锁输出、合闸1合上、合闸2合上。2. 部分信号及硬件故障诊断：将本机模拟开关置“工作状态”，合闸输出端不接，开机后如数码管显示以下标志则对应的信息或故障可判断为：a. 本机外全状态闭锁信号已输入b. 跳、闸开关位置异常合闸开关位置异常c. 部分接线错误疹断：1) PT1断