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新闻主题 |
发电机数字式自动准同期并列装置的构成 |
一、硬件构成原理
柴油发电机并联系统的微机（数字式）自动准同期装置功能性原理框图如图1所示，主要由同期电压输入回路、开关量输入回路、开关量输出回路、CPU系统、定值输入及显示、调试模块、通信及GPS对时等组成。
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图1 自动准同期装置功能性原理框图 |
1、同期电压输入回路
由电压形成、同期电压变换组成。同期电压经隔离、变换及有关抗干扰回路变换成较低的适合工作的电压；再经整形电路、A/D变换电路，将同期电压的幅值、相位变换成数字量，供CPU系统识别，以便CPU系统判断同期条件。
2、CPU系统
CPU系统主要有定时器、MPU、EPROM、RAM、EEPROM等。其中RAM（随机存取存储器）存放采集数据、计算中间结果、标志字、事件信息等内容；EPROM（只读存储器）存放同期装置程序；EEPROM（电可擦除只读存储器）存放同期装置同期对象的定值以及一些重要参数等；MPU（微处理器）执行存放在EPROM中的程序，对存放在RAM中的数据进行分析处理，完成同期装置的功能。
3、开关量输入回路
输入开关量有同期对象选择、启动及启动次数控制、合闸允许、同期复位、并列断路器辅助触点和无压同期。
一个自动准同期装置在通常情况下可以实现对不同并列点的断路器准同期并列，但在同一时间内只能对其中一个断路器进行准同期并列，同期对象的选择就由相应的开关量输入实现。当选定某一并列对象后，装置自动选取这一同期对象的设置参数，以设置的参数为依据完成准同期并列。
装置输入启动开入量后，装置就可进行工作。启动次数开入量可使装置实现单次启动和多次启动，单次启动就是装置发出合闸脉冲命令后（装置已完成同期并列工作）需再次启动装置才能重新工作；多次启动在装置发出合闸脉冲命令后可自行启动进入工作状态，不断重复。合闸允许开入量使装置发出合闸命令完成同期并列。但合闸允许开入量一经输入，装置多次启动自动解除，避免装置发出合闸命令后并列断路器因机械故障不能合闸而引发事故的扩大。一般情况下，装置加电启动后进入多次启动状态，以观察装置是否完好、工作是否正常；确认正常后，装置可在不断电的状态下通过合闸允许开入量，开放合闸出口，完成同期并列工作。
同期装置启动工作后，如因故需退出工作，则通过同期复位开入量实现。并列断路器辅助触点开入量可用来测量并列断路器的合闸时间，作为设定导前时间的依据。
当同期对象为线路型且需要并列点一侧无压或两侧无压时，同期装置也能工作，此时通过无压同期开入量即可实现；当同期对象为机组型时，通过无压同期开入量也能实现一侧无压的并列合闸。若无压同期开入量“没有”输入，则装置认为并列点两侧有压同期，当因故出现一侧或两侧失压时（如电压二次回路断线），装置立即停止工作，发出告警信号并显示失压侧电压过低的信息。
4、开关量输出回路
输出开关量有调速脉冲、调压脉冲、合闸出口1、合闸出口2、装置告警、装置失电等。
（1）当频差不满足要求时，通过开出量发出调速脉冲（有时要得到调速系统发出的允许信号后才能发出调速脉冲），发电机频率高时发减速脉冲，发电机频率低时发增速脉冲，直到频差满足要求为止（频差过小要发增速脉冲）。
（2）当压差不满足要求时，通过开出量发出调压脉冲，发电机电压高发降压脉冲，发电机电压低发升压脉冲，直到压差满足要求为止。
合闸出口1（或称试验出口）、合闸出口2均可输出合闸脉冲命令，只是合闸出口2只有在合闸允许开入量作用下才能发出合闸脉冲命令。一般情况下，合闸出口1作装置试验出口用，合闸出口2作并列断路器合闸用。当然，如果合闸允许开入量一直接入，则两个合闸出口并无差别。
装置或同期系统异常时，装置有开出量输出，告知运行人员此时装置自动闭锁，同时在显示屏上告知具体的告警信息。装置告警并非一定是装置发出了故障，很多情况下是同期系统有异常情况，如同期超时、同期电压过高或过低、装置发出调速脉冲后在一定时间内发电机频率没有变化、装置发出调压脉冲后在一定时间内发电机电压没有变化、对象选择开入量重选等。此时，若告警原因的异常情况消除，则重新启动后装置仍照常工作。如果告警内容显示同期电压过低，当同期电压恢复正常值后，则可重新启动进入工作状态。如果重新启动后仍然告警，可以判断装置发生了故障，故障内容可从显示屏上查看。
装置工作电源消失，有失电告警输出，告知工作电源发生故障。
（3）此外，装置检测到同期电压很低时，说明该侧无压，通过开出量指示该侧处失压状态，运行人员结合其他信息，决定是否进入无压同期状态；同期对象为线路型时，有时并列点两侧频率相同但相角差较大，造成无法同期的状况，此时有相角差大的开出量输出，运行人员可调整运行方式或调整功率分配，减小相角差，致使同期装置能自动完成并列工作。
5、定值输入及显示
柴油发电机并联系统自动准同期装置每个同期对象的定值输入可通过面板上的按键实现，或者通过面板上的专用串口由便携计算机输入实现。前者可通过按键修改定值，后者按键不能修改定值，只能查看定值，这可防止其他工作人员修改定值。定值一经输入不受装置掉电的影响。显示屏除可以显示每个同期对象的定值参数外，还可显示同期过程中的实时信息、装置告警时的具体内容、每次同期时的同期信息等。
在显示屏上可查看定值情况以及定值是否有变化；在同期过程中，显示屏上可显示同期实时信息，如同期电压值、频率值、相角差等实时信息；发出告警时，显示屏上显示告警的具体信息；同期成功或失败，均在显示屏上显示具体内容。此外，还显示同期成功时并列断路器的实际合闸时间以及导前时间脉冲到同期点的实际时间。
6、通信及GPS对时
同期装置在工作过程中，通过装置上的通信口（RS-485或RS-232）将同期实时信息传送到监控计算机上（通过视频转换器，还可传送到DCS系统画面上）。显示的实时信息有实时同步表（反映实时δ角）、增速或减速、升压或降压、系统侧电压和频率、待并侧电压和频率、合闸脉冲发出情况等。如装置告警，则显示告警的具体信息。GPS对时，可使装置内部时钟与系统时钟同步，在装置显示屏上或传送的同期实时信息中显示具体的时间。
7、调试模块
柴油发电机并联系统同期装置内设调试模块，提供两路变频、变幅的模拟量同期电压，可在任何时候对同期装置进行试验。当试验开关置“试验”位置时，可对装置进行升压、降压、增速、减速试验；当两路同期电压调节得频率相同时，可以进行移相，对装置合环并网角进行试验；两路同期电压满足同期条件时，装置会自动发出合闸脉冲。试验时同期过程中的实时信息，与真实同期完全相同，通过通信口可上传，在装置上也会同时显示。
（1）试验模块的设置可及时发现同期装置的问题，不影响下次同期并列工作。
（2）处于试验位置时，同期装置出口自动断开，以免发出不必要的调速、调压、合闸命令。
（3）至于试验时装置是否正常，在面板上根据发出的指示灯信息完全可以判断出来。
（4）试验完毕，应将试验开关置“运行”状态，实际上调试模块处于不工作状态。
需要说明的是，发电机的同期并列是一个重要操作，因此自动准同期装置在工作时要求有高度的安全性，通常采用双CPU联合工作。自动准同期装置的出口应是CPU1、CPU2两个独立系统出口回路串联组成。这种双CPU工作方式可大幅度地提高装置工作的安全性。
二、功能性主程序原理框图
图2为典型柴油发电机并联系统数字式自动准同期装置。同期未启动时，装置工作于自检、数据采集的循环中，当某一元件发生故障或程序出现了问题，装置立即发出告警并闭锁同期装置工作。同期装置启动后，如果同期对象为机组，则对机组进行调压、调频，当压差、频差满足要求时，发出导前时间脉冲，命令并列断路器合闸，合闸后在显示屏上显示同期成功时的同期信息；如果同期对象为线路，则不发调压、调速脉冲，在压差、频差满足要求的情况下（如同频，则合环角应在设定的角度内），进行捕捉（等待）同期合闸，完成同期并列。
在同期过程中，如果出现同期电压参数越限、调压或调速脉冲发出后在一定时间内调压机构或调速机构不响应等情况，则闭锁同期装置并同时发生告警信号；同期装置启动后，若因故要退出同期装置工作，则只要输入复位信号即可。
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图2 微机（数字式）自动准同期装置 |
三、准同期并列方式选择
柴油发电机并联系统数字式准同期并列装置一般允许采用自动准同期并列、半自动准同期并列和手动准同期并列方式。
（1）自动准同期并列方式。在选定所需并列的断路器后，准同期并列装置将采集所需信息，自动判断合闸条件是否满足，在条件不满足时自动发出调整信号；在条件满足时，寻找最佳时间实现断路器合闸。
（2）半自动准同期并列。选择半自动准同期并列方式时，其判断和调整均由装置自动进行，若条件满足，则合闸允许指示灯亮，由操作人员通过键盘下发合闸指令。
（3）手动准同期并列。选择手动准同期并列方式时，将由操作人员对并列过程进行操作控制。装置显示断路器两侧电压与频率，并设置有两侧电压相位差指示表（即同期表）。当电压差不允许时，装置指示“电压差闭锁”；当频率差不满足时，装置指示“频率差闭锁”，由操作人员根据指示进行相关调整。当调整后条件得到满足，则“闭锁”指示灯灭，操作人员根据相位差指示表指示的相位差变化趋势及是否接近2π，选择一个提前量，下发合闸指令。手动准同期装置基本上也能将同期点断路器动合闸时间控制在一定的范围之内，但存在较大误差。
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