新聞主題	發電機數字式自動準同期并列裝置的構成

 

一、硬件構成原理

 

柴油發電機并聯系統的微機（數字式）自動準同期裝置功能性原理框圖如圖1所示，主要由同期電壓輸入回路、開關量輸入回路、開關量輸出回路、CPU系統、定值輸入及顯示、調試模塊、通信及GPS對時等組成。

 

圖1 自動準同期裝置功能性原理框圖

 

1、同期電壓輸入回路

由電壓形成、同期電壓變換組成。同期電壓經隔離、變換及有關抗干擾回路變換成較低的適合工作的電壓；再經整形電路、A/D變換電路，將同期電壓的幅值、相位變換成數字量，供CPU系統識別，以便CPU系統判斷同期條件。

2、CPU系統

CPU系統主要有定時器、MPU、EPROM、RAM、EEPROM等。其中RAM（隨機存取存儲器）存放采集數據、計算中間結果、標志字、事件信息等內容；EPROM（只讀存儲器）存放同期裝置程序；EEPROM（電可擦除只讀存儲器）存放同期裝置同期對象的定值以及一些重要參數等；MPU（微處理器）執行存放在EPROM中的程序，對存放在RAM中的數據進行分析處理，完成同期裝置的功能。

3、開關量輸入回路

輸入開關量有同期對象選擇、啟動及啟動次數控制、合閘允許、同期復位、并列斷路器輔助觸點和無壓同期。

一個自動準同期裝置在通常情況下可以實現對不同并列點的斷路器準同期并列，但在同一時間內只能對其中一個斷路器進行準同期并列，同期對象的選擇就由相應的開關量輸入實現。當選定某一并列對象后，裝置自動選取這一同期對象的設置參數，以設置的參數為依據完成準同期并列。

裝置輸入啟動開入量后，裝置就可進行工作。啟動次數開入量可使裝置實現單次啟動和多次啟動，單次啟動就是裝置發出合閘脈沖命令后（裝置已完成同期并列工作）需再次啟動裝置才能重新工作；多次啟動在裝置發出合閘脈沖命令后可自行啟動進入工作狀態，不斷重復。合閘允許開入量使裝置發出合閘命令完成同期并列。但合閘允許開入量一經輸入，裝置多次啟動自動解除，避免裝置發出合閘命令后并列斷路器因機械故障不能合閘而引發事故的擴大。一般情況下，裝置加電啟動后進入多次啟動狀態，以觀察裝置是否完好、工作是否正常；確認正常后，裝置可在不斷電的狀態下通過合閘允許開入量，開放合閘出口，完成同期并列工作。

同期裝置啟動工作后，如因故需退出工作，則通過同期復位開入量實現。并列斷路器輔助觸點開入量可用來測量并列斷路器的合閘時間，作為設定導前時間的依據。

當同期對象為線路型且需要并列點一側無壓或兩側無壓時，同期裝置也能工作，此時通過無壓同期開入量即可實現；當同期對象為機組型時，通過無壓同期開入量也能實現一側無壓的并列合閘。若無壓同期開入量“沒有”輸入，則裝置認為并列點兩側有壓同期，當因故出現一側或兩側失壓時（如電壓二次回路斷線），裝置立即停止工作，發出告警信號并顯示失壓側電壓過低的信息。

4、開關量輸出回路

輸出開關量有調速脈沖、調壓脈沖、合閘出口1、合閘出口2、裝置告警、裝置失電等。

（1）當頻差不滿足要求時，通過開出量發出調速脈沖（有時要得到調速系統發出的允許信號后才能發出調速脈沖），發電機頻率高時發減速脈沖，發電機頻率低時發增速脈沖，直到頻差滿足要求為止（頻差過小要發增速脈沖）。

（2）當壓差不滿足要求時，通過開出量發出調壓脈沖，發電機電壓高發降壓脈沖，發電機電壓低發升壓脈沖，直到壓差滿足要求為止。

合閘出口1（或稱試驗出口）、合閘出口2均可輸出合閘脈沖命令，只是合閘出口2只有在合閘允許開入量作用下才能發出合閘脈沖命令。一般情況下，合閘出口1作裝置試驗出口用，合閘出口2作并列斷路器合閘用。當然，如果合閘允許開入量一直接入，則兩個合閘出口并無差別。

裝置或同期系統異常時，裝置有開出量輸出，告知運行人員此時裝置自動閉鎖，同時在顯示屏上告知具體的告警信息。裝置告警并非一定是裝置發出了故障，很多情況下是同期系統有異常情況，如同期超時、同期電壓過高或過低、裝置發出調速脈沖后在一定時間內發電機頻率沒有變化、裝置發出調壓脈沖后在一定時間內發電機電壓沒有變化、對象選擇開入量重選等。此時，若告警原因的異常情況消除，則重新啟動后裝置仍照常工作。如果告警內容顯示同期電壓過低，當同期電壓恢復正常值后，則可重新啟動進入工作狀態。如果重新啟動后仍然告警，可以判斷裝置發生了故障，故障內容可從顯示屏上查看。

裝置工作電源消失，有失電告警輸出，告知工作電源發生故障。

（3）此外，裝置檢測到同期電壓很低時，說明該側無壓，通過開出量指示該側處失壓狀態，運行人員結合其他信息，決定是否進入無壓同期狀態；同期對象為線路型時，有時并列點兩側頻率相同但相角差較大，造成無法同期的狀況，此時有相角差大的開出量輸出，運行人員可調整運行方式或調整功率分配，減小相角差，致使同期裝置能自動完成并列工作。

5、定值輸入及顯示

柴油發電機并聯系統自動準同期裝置每個同期對象的定值輸入可通過面板上的按鍵實現，或者通過面板上的專用串口由便攜計算機輸入實現。前者可通過按鍵修改定值，后者按鍵不能修改定值，只能查看定值，這可防止其他工作人員修改定值。定值一經輸入不受裝置掉電的影響。顯示屏除可以顯示每個同期對象的定值參數外，還可顯示同期過程中的實時信息、裝置告警時的具體內容、每次同期時的同期信息等。

在顯示屏上可查看定值情況以及定值是否有變化；在同期過程中，顯示屏上可顯示同期實時信息，如同期電壓值、頻率值、相角差等實時信息；發出告警時，顯示屏上顯示告警的具體信息；同期成功或失敗，均在顯示屏上顯示具體內容。此外，還顯示同期成功時并列斷路器的實際合閘時間以及導前時間脈沖到同期點的實際時間。

6、通信及GPS對時

同期裝置在工作過程中，通過裝置上的通信口（RS-485或RS-232）將同期實時信息傳送到監控計算機上（通過視頻轉換器，還可傳送到DCS系統畫面上）。顯示的實時信息有實時同步表（反映實時δ角）、增速或減速、升壓或降壓、系統側電壓和頻率、待并側電壓和頻率、合閘脈沖發出情況等。如裝置告警，則顯示告警的具體信息。GPS對時，可使裝置內部時鐘與系統時鐘同步，在裝置顯示屏上或傳送的同期實時信息中顯示具體的時間。

7、調試模塊

柴油發電機并聯系統同期裝置內設調試模塊，提供兩路變頻、變幅的模擬量同期電壓，可在任何時候對同期裝置進行試驗。當試驗開關置“試驗”位置時，可對裝置進行升壓、降壓、增速、減速試驗；當兩路同期電壓調節得頻率相同時，可以進行移相，對裝置合環并網角進行試驗；兩路同期電壓滿足同期條件時，裝置會自動發出合閘脈沖。試驗時同期過程中的實時信息，與真實同期完全相同，通過通信口可上傳，在裝置上也會同時顯示。

（1）試驗模塊的設置可及時發現同期裝置的問題，不影響下次同期并列工作。

（2）處于試驗位置時，同期裝置出口自動斷開，以免發出不必要的調速、調壓、合閘命令。

（3）至于試驗時裝置是否正常，在面板上根據發出的指示燈信息完全可以判斷出來。

（4）試驗完畢，應將試驗開關置“運行”狀態，實際上調試模塊處于不工作狀態。

需要說明的是，發電機的同期并列是一個重要操作，因此自動準同期裝置在工作時要求有高度的安全性，通常采用雙CPU聯合工作。自動準同期裝置的出口應是CPU1、CPU2兩個獨立系統出口回路串聯組成。這種雙CPU工作方式可大幅度地提高裝置工作的安全性。

 

二、功能性主程序原理框圖

 

圖2為典型柴油發電機并聯系統數字式自動準同期裝置。同期未啟動時，裝置工作于自檢、數據采集的循環中，當某一元件發生故障或程序出現了問題，裝置立即發出告警并閉鎖同期裝置工作。同期裝置啟動后，如果同期對象為機組，則對機組進行調壓、調頻，當壓差、頻差滿足要求時，發出導前時間脈沖，命令并列斷路器合閘，合閘后在顯示屏上顯示同期成功時的同期信息；如果同期對象為線路，則不發調壓、調速脈沖，在壓差、頻差滿足要求的情況下（如同頻，則合環角應在設定的角度內），進行捕捉（等待）同期合閘，完成同期并列。

 

在同期過程中，如果出現同期電壓參數越限、調壓或調速脈沖發出后在一定時間內調壓機構或調速機構不響應等情況，則閉鎖同期裝置并同時發生告警信號；同期裝置啟動后，若因故要退出同期裝置工作，則只要輸入復位信號即可。

 

 

圖2 微機（數字式）自動準同期裝置

 

三、準同期并列方式選擇

 

柴油發電機并聯系統數字式準同期并列裝置一般允許采用自動準同期并列、半自動準同期并列和手動準同期并列方式。

（1）自動準同期并列方式。在選定所需并列的斷路器后，準同期并列裝置將采集所需信息，自動判斷合閘條件是否滿足，在條件不滿足時自動發出調整信號；在條件滿足時，尋找最佳時間實現斷路器合閘。

（2）半自動準同期并列。選擇半自動準同期并列方式時，其判斷和調整均由裝置自動進行，若條件滿足，則合閘允許指示燈亮，由操作人員通過鍵盤下發合閘指令。

（3）手動準同期并列。選擇手動準同期并列方式時，將由操作人員對并列過程進行操作控制。裝置顯示斷路器兩側電壓與頻率，并設置有兩側電壓相位差指示表（即同期表）。當電壓差不允許時，裝置指示“電壓差閉鎖”；當頻率差不滿足時，裝置指示“頻率差閉鎖”，由操作人員根據指示進行相關調整。當調整后條件得到滿足，則“閉鎖”指示燈滅，操作人員根據相位差指示表指示的相位差變化趨勢及是否接近2π，選擇一個提前量，下發合閘指令。手動準同期裝置基本上也能將同期點斷路器動合閘時間控制在一定的范圍之內，但存在較大誤差。

 

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