付 軍,涂永飛,聶光輝

(鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

廠用電快切邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付 軍,涂永飛,聶光輝

(鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

主要介紹一種廠用電快速切換裝置控制切換邏輯的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)采用DSP和CPLD作為核心處理器件，DSP芯片負(fù)責(zé)計(jì)算、監(jiān)控、錄波和控制信號(hào)生成，CPLD負(fù)責(zé)將DSP生成的控制信號(hào)進(jìn)行邏輯出口合成并發(fā)至斷路器作為動(dòng)作控制信號(hào)。

快切裝置；廠用電；同期；DSP；CPLD；

0 引言

廠用電快速切換裝置用于對(duì)供電可靠性要求較高的場(chǎng)合進(jìn)行兩路供電電源之間切換，保證對(duì)各用電設(shè)備的連續(xù)可靠供電，廣泛用于發(fā)電廠、鋼鐵、石化[1]及煤炭等企業(yè)的供電控制系統(tǒng)。其切換過(guò)程需考慮兩路供電電源及母線的電壓、頻率、相位、電流等電氣量和開關(guān)位置接點(diǎn)等開關(guān)量，切換過(guò)程非常復(fù)雜，如何保證切換控制的可靠性顯得尤為重要。本文在介紹廠用電切換裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于DSP數(shù)字信號(hào)處理器和CPLD可編程邏輯器件的快切裝置邏輯切換控制系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠有限公司[2]的新型廠用電快切裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中。

1 廠用電切換裝置功能介紹

圖1 廠用電供電系統(tǒng)的供電電路圖

廠用電供電系統(tǒng)的供電電路圖如圖1所示[3]，裝置負(fù)責(zé)母線的兩路供電電源工作電和備用電之間的快速切換，快速切換就是指在母線殘壓還沒(méi)有下降之前，投上備用電源，以便給用電設(shè)備連續(xù)供電。為了避免母線電壓與備用電源電壓相位差過(guò)大而在切換時(shí)造成沖擊危險(xiǎn)，裝置切換過(guò)程檢查同期條件(相差、頻差)[4]，當(dāng)不滿足同期條件時(shí)，閉鎖快速切換，轉(zhuǎn)而進(jìn)行同期捕捉，即在母線電壓還未大幅下跌之前，通過(guò)對(duì)母線相位變化的實(shí)時(shí)計(jì)算分析，并根據(jù)合閘所需時(shí)間，捕捉合閘時(shí)機(jī)，使得合閘完成時(shí)備用電源電壓與母線電壓的相位差接近零度。運(yùn)行時(shí)，裝置需實(shí)時(shí)快速地檢查工作電源、備用電源及母線的電壓、電流、頻率和相位，檢查開關(guān)的位置，接受遙信命令，當(dāng)電壓出現(xiàn)故障、開關(guān)位置出現(xiàn)異常或接到手動(dòng)切換命令時(shí)，裝置快速啟動(dòng)切換，并在切換過(guò)程中計(jì)算捕捉同期條件，快速地合上備用電源。

2 邏輯切換系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

快切裝置的切換可分為工作電源至備用電源和備用電源至工作電源的雙向切換，所以裝置的動(dòng)作出口主要為合工作、跳備用、合備用、跳工作開關(guān)，按跳合開關(guān)的順序，其切換方式分為：(1)并聯(lián)切換：先合目標(biāo)開關(guān)，再跳原來(lái)開關(guān)；(2)串聯(lián)切換：先跳原來(lái)開關(guān)，再合目標(biāo)開關(guān)。邏輯切換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案采用DSP+CPLD的控制方式，DSP數(shù)字處理器采用TI公司的TMS32OF28335，其特點(diǎn)是32位處理器，具備浮點(diǎn)運(yùn)算能力，主頻高達(dá)150MHz，內(nèi)含256K字Flash和34K字SARAM,具有2個(gè)CAN口、3個(gè)SCI口、2個(gè)MCBSP、1個(gè)SPI口等豐富外圍設(shè)備[5]。具有16通道12位A/D轉(zhuǎn)換器，考慮到計(jì)算精度，本系統(tǒng)A/D芯片不采用片內(nèi)A/D，而采用兩片8通道16位A/D采樣芯片AD7606，CPLD芯片采用ALTERA公司的EPM3128，整個(gè)切換系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 切換系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖

DSP作為裝置邏輯處理核心，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)工作電壓、備用電壓及母線電壓，啟動(dòng)A/D采樣，收集A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，計(jì)算各路電源電壓、頻率、相位及頻差、相差[6]，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)各開關(guān)狀態(tài)及接受外圍啟動(dòng)命令，切換時(shí)產(chǎn)生手動(dòng)啟動(dòng)、低壓?jiǎn)?dòng)和誤跳啟動(dòng)信號(hào)，以啟動(dòng)裝置進(jìn)行切換，切換工程中DSP通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算模擬量和監(jiān)測(cè)開關(guān)量輸入信號(hào)產(chǎn)生切換方向、合閘允許、跳閘允許、切換模式等信號(hào)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)發(fā)出切換閉鎖信號(hào)以結(jié)束切換過(guò)程。所有上述信號(hào)都輸入到CPLD芯片，CPLD接受DSP發(fā)出的信號(hào)，并根據(jù)編程好的切換邏輯判斷后發(fā)出合工作、跳備用、合備用及跳工作命令給出口繼電器，啟動(dòng)斷路器跳合閘。同時(shí)系統(tǒng)將相關(guān)出口信號(hào)返回給DSP以記錄相關(guān)動(dòng)作過(guò)程和時(shí)間。

3 DSP控制程序設(shè)計(jì)

DSP程序流程如圖3所示。DSP上電啟動(dòng)完成初始化后，不斷檢測(cè)各個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換模擬量并計(jì)算各電氣量信號(hào)，檢查是否有切換信號(hào)，如果有切換信號(hào)，裝置將進(jìn)入切換控制程序，產(chǎn)生各個(gè)切換信號(hào)給CPLD以發(fā)出斷路器動(dòng)作信號(hào)，同時(shí)記錄切換過(guò)程及錄波數(shù)據(jù)。若無(wú)切換信號(hào)，DSP與人機(jī)交互CPU進(jìn)行信息通信，將信息上傳顯示并響應(yīng)人機(jī)交互命令。

圖3 DSP程序框圖

4 CPLD邏輯控制圖設(shè)計(jì)

CPLD接收從DSP發(fā)來(lái)的各種切換信號(hào)，進(jìn)行邏輯編程，采用邏輯圖編程方式。首先啟動(dòng)切換信號(hào)和切換閉鎖信號(hào)，串/并聯(lián)信號(hào)進(jìn)行邏輯合成以產(chǎn)生串聯(lián)切換或并聯(lián)切換方式，串聯(lián)切換方式將先跳后合，并聯(lián)切換方式將先合后跳。同時(shí)裝置有切換閉鎖信號(hào)，CPLD將閉鎖裝置切換，不響應(yīng)切換命令，邏輯控制如圖4所示。

圖4 CPLD 邏輯控制圖

產(chǎn)生串/聯(lián)切換信號(hào)后，其信號(hào)與發(fā)來(lái)的切換方向、合閘允許及斷路器開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行合成后產(chǎn)生跳合閘輸出信號(hào)，其中串聯(lián)切換合閘信號(hào)必須等斷路器常開輸入接點(diǎn)斷開并且接到合閘允許信號(hào)后才能發(fā)出，并聯(lián)切換跳閘信號(hào)必須等斷路器常開輸入接點(diǎn)合上以后才能發(fā)出。圖5為工作電至備用電切換的邏輯控制圖，其出口為跳工作

圖5 串/并聯(lián)切換出口邏輯控制圖

和合備用斷路器出口信號(hào)。備用電至工作電切換正好相反，為跳備用和合工作出口，不再詳細(xì)說(shuō)明。

5 結(jié)束語(yǔ)

廠用電快速切換裝置作為供電系統(tǒng)重要的自動(dòng)控制裝置，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)系統(tǒng)供電來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，而切換邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是裝置設(shè)計(jì)的核心，切換過(guò)程涉及的電氣量、開關(guān)量及計(jì)算參數(shù)較多，再考慮到切換方向、開關(guān)動(dòng)作次序等控制量，動(dòng)作過(guò)程非常復(fù)雜。本設(shè)計(jì)將監(jiān)控計(jì)算和出口邏輯合成分開，使得DSP數(shù)字處理器專門負(fù)責(zé)計(jì)算、監(jiān)控裝置及切換數(shù)據(jù)記錄，充分發(fā)揮其控制計(jì)算性能，減少了其邏輯控制任務(wù)，也大大降低了編程的復(fù)雜度，邏輯出口合成則由CPLD完成，充分發(fā)揮其并行邏輯運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)了處理器的控制算法任務(wù)和數(shù)字邏輯任務(wù)的平行處理，各部分功能獨(dú)立，運(yùn)行更加可靠。在實(shí)際裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，本設(shè)計(jì)方案取得了較好的運(yùn)行效果，滿足了裝置設(shè)計(jì)要求。

[1] 曹玉章.微機(jī)快速切換裝置在石化企業(yè)廠用電系統(tǒng)的應(yīng)用及推廣[J].電氣應(yīng)用,2010(14)：66-70.

[2] 黃海波.廠用電快速裝置相關(guān)問(wèn)題研究 [J].華電技術(shù)，2009，31(9)：1-5.

[3] 郭建，魯國(guó)剛.新型廠用電快速切換裝置設(shè)計(jì)[J].廣東電力,2006,19(12)：51-55.

[4] 許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字式保護(hù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2004.

[5] 劉陵順，高艷麗，張樹團(tuán),等.TMS320F28335DSP原理及開發(fā)編程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2011.

[6] 付英杰，梁志珊，侯玉，等.雙電源快速切換系統(tǒng)仿真研究[J].電氣應(yīng)用,2012(19)：60-65.

Design of logic control system for station service power fast transtor device

FuJun,TuYongfei,NieGuanghui

(ZhenjiangEastChinaElectricPowerEquipmentCompanyLtd.，Zhenjiang212004,China)

Thispaperintroducesadesignoflogiccontrolsystemforstationservicepowerfasttransfordevice.InthedesignweuseDSPandCPLDascoreprocessingchip.DSPchipisusedtocalculate,controlandmakerecord.Inoperationofthedevice,DSPproducescontrolsignalsandgivesthemtoCPLD.CPLDmakeslogicprocessingandproducescircuitbreakertrippingsignals.

fasttranstordevice；stationservicepower；synchronism；DSP；CPLD

TP

ADOI： 10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.22.001

付軍,涂永飛,聶光輝. 廠用電快切邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(22)：6-7，10.

2016-05-24)

付軍(1979-)，通信作者，男，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置。E-mail：fujun35303@163.com。

涂永飛(1983-)，男，碩士，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置。

聶光輝(1986-)，男，碩士，主要研究方向：電力系統(tǒng)設(shè)備。