CN107846074A - 一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统及方法，防误闭锁控制系统，每个接触器正电源电缆下端串接了电流检测芯片，该芯片固定在电缆线上，芯片实时采集每个接触器回路中的电流信号，该电流信号通过电缆与外部接触器控制装置连接，并通过模数转换芯片传递给微处理器，由控制器按照两电三充回路防误闭锁逻辑、实现对每个直流接触器的控制，实现了自动控制代替原技术方案中的人工控制，避免了各种误操作引起的事故。

Description

一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统及方法

技术领域

本发明属于变电站设备控制领域，具体涉及一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统及方法。

背景技术

330kV及以上电压等级变电站直流系统一般采用两电三充配置，包括两组蓄电池、三组充电模块，二者组合起来为变电站内开关、UPS电源、重要通讯装置等提供可靠的工作电源。目前，变电站直流系统两电三充回路中蓄电池组、充电模块与直流母线采用隔离开关连接的方式，这些隔离开关之间无加装机械或电气联锁装置，会出现以下现象：

1)刀闸标签偶然脱落，更新标签过程出现标签名称错误，运维人员意外拉开一组蓄电池隔离开关，导致该组蓄电池长期脱离直流母线。

2)人员直流专业薄弱，对部分刀闸作用认识不足，在一组蓄电池组隔离开关故障的情况下，若另一组蓄电池组隔离开关故障，将造成两组蓄电池组同时脱离直流母线。

3)任一组直流充电模块故障，但是备用充电模块不自动投入，导致剩余一组充电模块过负荷工作，影响充电模块使用寿命。

4)变电站站用变低压脱口不带延时，在站用交流电源失去后，若因两组蓄电池隔离开关偶然断开，将出现交、直流电源缺失，保护拒动，故障越级的后果。

其中，第4种现象是最严重的，也曾在某电力公司出现过由此引发的事故。

针对蓄电池组、充电模块不设置防误闭锁功能，导致出现的以上现象，国内有关人员提出了在直流系统检修期间，增加备用电源的解决方案，但该方案仅局限于配置为单电单充的110kV及以下电压等级变电站直流系统，无法适用在两电三充配置的直流系统中。

因此，有必要提出一种带防止误操作的两电三充闭锁方法。

发明内容

针对克服现有技术存在的不足，本发明提供一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统及方法，利用两电三充各回路状态量检测、防误闭锁逻辑判断、直流接触器自动控制的闭锁方式，实现两组蓄电池组、三组充电模块与两段直流母线智能连接、保证直流系统稳定运行。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统，变电站直流系统为由第一蓄电池组、第二蓄电池组、充电模块一、充电模块二和充电模块三组成的两电三充系统；

第一蓄电池组通过第一蓄电池组接触器与直流1段母线连接，第二蓄电池组通过第二蓄电池组接触器与直流1段母线连接；充电模块一通过充电模块一接触器与直流1段母线连接，充电模块二通过充电模块二接触器与直流2段母线连接，充电模块三通过充电模块三总隔离开关分别与充电模块三1路接触器和充电模块三2路接触器连接，并分别与直流1段母线、直流2段母线连接，直流1段母线和直流2段母线通过直流双母线联络隔离开关相连；

微处理器通过模数转换芯片与6个电流检测芯片相连，6个电流检测芯片电流输入通道分别与充电模块一接触器、充电模块二接触器、第一蓄电池组接触器、第二蓄电池组接触器、充电模块三1路接触器、充电模块三2路接触器正电源电缆线串接；

微处理器还分别通过6个光耦驱动模块与充电模块一接触器、充电模块二接触器、第一蓄电池组接触器、第二蓄电池组接触器、充电模块三1路接触器、充电模块三2路接触器的线圈连接，所述6个接触器线圈另一端互相短接。

进一步，电流检测芯片采用霍尔式电流检测芯片。

进一步，所述的霍尔式电流检测芯片输出的6路电压模拟信号通过模数转换芯片转换为12位数字信号，该信号被微处理器接收。

进一步，微处理器、模数转换芯片和电流检测芯片工作电压采用DC5V，光耦驱动模块的工作电压采用DC24V。

一种变电站直流系统的防误闭锁控制方法，通过电流检测芯片采集充电模块一接触器、充电模块二接触器、第一蓄电池组接触器、第二蓄电池组接触器、充电模块三1路接触器、充电模块三2路接触器电流，当采集各回路电流信号，微处理器判断出每组直流接触器逻辑状态0或1后，微处理器开始进行逻辑闭锁处理，闭锁逻辑有三种，分别为蓄电池组闭锁、充电模块闭锁和蓄电池组充电模块双重闭锁；

蓄电池组闭锁，定义为两组蓄电池组不能同时脱离直流母线，即逻辑状态不能同时为0；

充电模块联锁，定义为两组充电模块不能同时脱离直流母线，即逻辑状态不能同时为0；两组充电模块任一组脱离母线，第三组充电模块自动投入，即当充电模块一脱离直流母线，则充电模块三1路接触器投入；当充电模块二脱离直流母线，则充电模块三2路接触器投入；

蓄电池组充电模块双重闭锁，定义为蓄电池组和充电模块不能同时脱离直流母线。

进一步，逻辑闭锁处理采用C语言编程实现，包括一个主程序，三个子程序；

主程序不间断采集充电模块一接触器、充电模块二接触器、第一蓄电池组接触器、第二蓄电池组接触器、充电模块三1路接触器、充电模块三2路接触器电流数据；

当判断出第一蓄电池组接触器或第二蓄电池组接触器任一电流逻辑量为0，主程序跳转至中蓄电池闭锁子程序，由该程序决定第一蓄电池组接触器和第二蓄电池组接触器不能同时断开，实现蓄电池闭锁判断并返回至主程序进行下一次循环；

当主程序判断出充电模块一接触器或充电模块二接触器任一电流逻辑量为0，立即跳转至充电模块闭锁子程序，由该程序决定充电模块一接触器和充电模块二接触器不能同时断开，同时决定充电模块三1路接触器或充电模块三2路接触器相应投入信号，实现充电模块闭锁判断并返回至主程序进行下一次循环；

当主程序判断出充电模块一接触器、充电模块二接触器、第一蓄电池组接触器、第二蓄电池组接触器中，第一蓄电池组接触器和充电模块一接触器电流逻辑量同时为0，主程序跳转至蓄电池充电模块双重闭锁子程序，由该程序决定充电模块二接触器和第二蓄电池组接触器不能断开，决定充电模块三1路接触器和充电模块三2路接触器同时投入信号，实现蓄电池充电模块双重闭锁。

本发明采用的回路状态量检测、防误闭锁逻辑判断、直流接触器自动控制的两电三充回路闭锁方式，把隔离开关代替为直流接触器，实现了自动控制代替原技术方案中的人工控制，避免了各种误操作引起的事故。

与现有技术相比，本发明还具有以下特点：

(1)把隔离开关代替为直流接触器，实现了自动控制代替原技术方案中的人工控制，避免了各种误操作引起的事故。

(2)在满足充电模块闭锁、蓄电池组闭锁和充电模块和蓄电池组双重闭锁逻辑的前提下，可以灵活控制任意回路中的直流接触器，有利于提升直流系统设备的日常运维及检修工作效率。

(3)当出现任意组充电模块故障的情况，备用充电模块可以快速自动投入，充分发挥了备用充电模块的作用。

附图说明

图1是变电站直流系统图

图2是直流接触器控制装置电路图

图中：1-充电模块一接触器；2-充电模块二接触器；3-第一蓄电池组接触器；4-第二蓄电池组接触器；5-充电模块三1路接触器；6-充电模块三2路接触器；7-充电模块三总隔离开关；8-第一蓄电池组8；9-第二蓄电池组9；10-充电模块一；11-充电模块二；12-充电模块三；13-直流1段母线；14-直流2段母线；15-直流双母线联络隔离开关；20-89C52RC单片机；21-霍尔式电流检测模块；22-TLC2543模数转换芯片；23-光耦驱动模块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明的变电站直流系统图，包括第一蓄电池组8、第二蓄电池组9和充电模块一10、充电模块二11、充电模块三12组成的两电三充配置，其中，第一蓄电池组8通过第一蓄电池组接触器3与直流1段母线13连接，第二蓄电池组9通过第二蓄电池组接触器4与直流1段母线13连接；充电模块一10通过充电模块一接触器1与直流1段母线13连接，充电模块二11通过充电模块二接触器2与直流2段母线14连接，充电模块三12通过充电模块三总隔离开关7分别与充电模块三1路接触器5和充电模块三2路接触器6连接，并分别与直流1段母线13、直流2段母线14连接；直流1段母线13和直流2段母线14通过直流双母线联络隔离开关相连；

参见图2，本发明的直流接触器控制器电路图，该图是以89C52RC单片机为核心，89C52RC单片机通过引脚P2.0与TLC2543模数转换芯片引脚DOUT相连，TLC2543模数转换芯片引脚A1-A6分别与6个霍尔式电流检测芯片引脚VOUT1-VOUT6相连，霍尔式电流检测芯片的电流输入通道分别与两电三充各回路中充电模块一接触器1、充电模块二接触器2、第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4、充电模块三1路接触器5、充电模块三2路接触器6的下端正电源电缆线串接。

89C52RC单片机引脚P1.0-P1.5分别与6个按钮，可以实时控制充电模块一接触器1、充电模块二接触器2、第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4、充电模块三1路接触器5、充电模块三2路接触器6的投入。89C52RC单片机引脚P0.0-P0.5分别与光耦驱动模块接口IN1-IN6相连，光耦驱动模块接口OUT1-OUT6分别与充电模块一接触器1、充电模块二接触器2、第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4、充电模块三1路接触器5、充电模块三2路接触器6的线圈连接，所述6个接触器线圈另一端互相短接。

89C52RC单片机、TLC2543模数转换芯片和霍尔式电流检测芯片的工作电压为DC5V，光耦驱动模块的工作电压为DC24V。

本发明的一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统及方法，在使用时：

(1)直流系统正常运行时，其两电三充回路工作状态为：第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4控制两组蓄电池组带电运行。充电模块三总隔离开关7闭合，充电模块三1路接触器5、充电模块三2路接触器6为待机状态，如充电模块一电源消失，接触器充电模块三1路接触器5自动投入；如充电模块二电源消失，充电模块三2路接触器6自动投入。充电模块一接触器1、充电模块二接触器2控制两组充电模块带电运行。

(2)直流系统故障处理或单一回路改造(单一蓄电池或单一充电模块回路)时，充电模块一接触器1、充电模块二接触器2、第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4、充电模块三1路接触器5、充电模块三2路接触器6的通断状态由控制器外部6个按钮分别控制，但需要遵循相应的闭锁逻辑。第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4只能有一个被断开，遵循蓄电池闭锁逻辑；充电模块一接触器1、充电模块二接触器2只能有一个被断开，遵循充电模块闭锁逻辑，充电模块三1路接触器5和充电模块三2路接触器6根据现场需要相应投入。故障处理或单一回路改造，同时需要遵循蓄电池充电模块双重闭锁逻辑。

(3)直流系统全部回路进行改造(包括蓄电池组和充电模块)。极端情况下，当变电站直流系统全部拆除进行更换时，充电模块一接触器1、充电模块二接触器2、第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4、充电模块三1路接触器5、充电模块三2路接触器6不在进行闭锁，可全部拆除。但此时需要引入外部流动式直流电源对变电站站内保护设备、UPS电源和重要通讯装置进行供电，以确保全站设备仍可以正常工作。

直流系统的防误闭锁方法涉及了直流系统正常运行、故障处理、单一回路改造、全部回路改造等四方面内容，可以满足直流系统安全可靠稳定运行的基本要求。

本发明将现有的隔离开关替换为可以实时控制的直流接触器，6个直流接触器控制电源为DC24V。

进一步，在每个直流接触器常开触点下部5cm电缆处串接有霍尔式电流检测芯片，该芯片工作电源为5V，共需要6个电流检测芯片，每个芯片输出的电压模拟信号通过电缆引出。

一般情况下，变电站直流系统额定工作电流约为17A(在此指常规变电站，智能变电额定工作电流小于该数值)，充电模块一和充电模块二参与负荷分配，充电模块三在备用状态，两组蓄电池组在浮充状态，电流为0.01-0.05A，所以，充电模块一和充电模块二平均电流为8.5A。两组蓄电池组在均充状态下，电流小于两组充电模块均分电流。

所以，判断直流系统两电三充各回路直流接触器是否投入，只需判断回路电流是否大于0.05A，若大于0.05A，即证明该回路投入。

进一步，所述霍尔式电流检测芯片可以检测0—30A的范围，按比例输出0-5V的电压模拟信号，因此，可以满足检测需要。

进一步，所述的霍尔式电流检测芯片输出的6路电压模拟信号被外部直流接触器控制器采集，并通过芯片TLC2543进行模数转换为12位的数字信号，该信号由89C52RC单片机接收。

由于2¹²＝4096，所以(取值为7)。

单片机接收到6路数字信号后，进行处理，当判断出数据大于7(二进制为0111)，即可判断该回路直流接触器投入。

进一步，单片机通过以上方式判断出充电模块一接触器1，充电模块二接触器2，第一蓄电池组接触器3，第二蓄电池组接触器第一蓄电池组接触器3，充电模块三1路接触器5，充电模块三2路接触器6等6个直流接触器的投入状态，投入为1，未投入为0。

进一步，当采集各回路电流信号，并判断出每组直流接触器逻辑状态0或1后，单片机开始进行逻辑闭锁处理。闭锁逻辑有三种，分别为蓄电池组闭锁、充电模块闭锁和蓄电池组充电模块双重闭锁。

蓄电池组闭锁，定义为两组蓄电池组不能同时脱离直流母线，即逻辑状态不能同时为0。功能解释为：当人为断开一组蓄电池或直流接触器第一蓄电池组接触器3故障，经识别后闭锁，另一组蓄电池直流接触器第二蓄电池组接触器4不会被断开。

充电模块联锁，定义为两组充电模块不能同时脱离直流母线，即逻辑状态不能同时为0。功能解释为：当人为断开一组充电模块电源或充电模块一接触器1故障，经识别后联锁，另一组充电模块直流接触器充电模块二接触器2不会被断开；当人为断开一组充电模块电源或直流接触器充电模块二接触器2故障，经识别后闭锁，另一组充电模块一接触器1不会被断开；

充电模块三的功能解释为：两组充电模块任一组脱离母线，第三组充电模块自动投入(当充电模块一脱离直流母线，则充电模块三1路接触器投入；当充电模块二脱离直流母线，则充电模块三2路接触器投入)。

蓄电池组充电模块双重闭锁，定义为蓄电池组和充电模块不能同时脱离直流母线。功能解释为：当人为断开充电模块一接触器1和充电模块二接触器2或充电模块一接触器1和充电模块二接触器2同时故障，经识别后闭锁，充电模块直流接触器第一蓄电池组接触器3和第二蓄电池组接触器4不会被断开；当人为断开第一蓄电池组接触器3和第二蓄电池组接触器4或第一蓄电池组接触器3和第二蓄电池组接触器4同时故障，经识别后闭锁，充电模块一接触器1和充电模块二接触器2不会被断开。

进一步，单片机实时采集充电模块一接触器1，充电模块二接触器2，第一蓄电池组接触器3，第二蓄电池组接触器第一蓄电池组接触器3，充电模块三1路接触器5，充电模块三2路接触器等6个回路逻辑状态，并进行所述的三种闭锁逻辑判断，并作出相应应答。

进一步，当单片机做出任一直流接触器投入应答信号后，该信号通过光耦驱动模块，光耦驱动模块控制直流接触器的线圈励磁，接触器动作，其常开触头闭合，将该回路接通。

另外，本发明所使用的程序按照所述三种闭锁方式进行模块化编写，具体为：

所述的蓄电池闭锁、充电模块闭锁和蓄电池充电模块双重闭锁，采用C语言编程实现，包括一个主程序，三个子程序。主程序不间断采集充电模块一接触器1、充电模块二接触器2、第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4、充电模块三1路接触器5、充电模块三2路接触器6直流接触器安装处电流数据，当判断出第一蓄电池组接触器3或第二蓄电池组接触器4直流接触器安装处任一电流逻辑量为0，主程序跳转至中蓄电池闭锁子程序，由该程序决定第一蓄电池组接触器3和第二蓄电池组接触器4不能同时断开，实现蓄电池闭锁判断并返回至主程序进行下一次循环；当主程序判断出充电模块一接触器1或充电模块二接触器2直流接触器安装处任一电流逻辑量为0，立即跳转至充电模块闭锁子程序，由该程序决定充电模块一接触器1和充电模块二接触器2不能同时断开，同时决定充电模块三1路接触器5或充电模块三2路接触器6相应投入信号，实现充电模块闭锁判断并返回至主程序进行下一次循环；当主程序判断出充电模块一接触器1、充电模块二接触器2、第一蓄电池组接触器3、第二蓄电池组接触器4中，第一蓄电池组接触器3和充电模块一接触器1直流接触器安装处电流逻辑量同时为0，主程序跳转至蓄电池充电模块双重闭锁子程序，由该程序决定充电模块二接触器2和第二蓄电池组接触器4不能断开，决定充电模块三1路接触器5和充电模块三2路接触器6同时投入信号，实现蓄电池充电模块双重闭锁。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种变电站直流系统的防误闭锁控制系统，其特征在于：变电站直流系统为由第一蓄电池组(8)、第二蓄电池组(9)、充电模块一(10)、充电模块二(11)和充电模块三(12)组成的两电三充系统；

第一蓄电池组(8)通过第一蓄电池组接触器(3)与直流1段母线(13)连接，第二蓄电池组(9)通过第二蓄电池组接触器(4)与直流1段母线(13)连接；充电模块一(10)通过充电模块一接触器(1)与直流1段母线(13)连接，充电模块二(11)通过充电模块二接触器(2)与直流2段母线(14)连接，充电模块三(12)通过充电模块三总隔离开关(7)分别与充电模块三1路接触器(5)和充电模块三2路接触器(6)连接，并分别与直流1段母线(13)、直流2段母线(14)连接，直流1段母线(13)和直流2段母线(14)通过直流双母线联络隔离开关(15)相连；

微处理器通过模数转换芯片与6个电流检测芯片相连，6个电流检测芯片电流输入通道分别与充电模块一接触器(1)、充电模块二接触器(2)、第一蓄电池组接触器(3)、第二蓄电池组接触器(4)、充电模块三1路接触器(5)、充电模块三2路接触器(6)正电源电缆线串接；

微处理器还分别通过6个光耦驱动模块与充电模块一接触器(1)、充电模块二接触器(2)、第一蓄电池组接触器(3)、第二蓄电池组接触器(4)、充电模块三1路接触器(5)、充电模块三2路接触器(6)的线圈连接，所述6个接触器线圈另一端互相短接。

2.根据权利要求1所述的变电站直流系统的防误闭锁控制系统，其特征在于：电流检测芯片采用霍尔式电流检测芯片。

3.根据权利要求1所述的变电站直流系统的防误闭锁控制系统，其特征在于：所述的霍尔式电流检测芯片输出的6路电压模拟信号通过模数转换芯片转换为12位数字信号，该信号被微处理器接收。

4.根据权利要求1所述的变电站直流系统的防误闭锁控制系统，其特征在于：微处理器、模数转换芯片和电流检测芯片工作电压采用DC5V，光耦驱动模块的工作电压采用DC24V。

5.一种基于权利要求1所述防误闭锁控制系统的变电站直流系统的防误闭锁控制方法，其特征在于：

通过电流检测芯片采集充电模块一接触器(1)、充电模块二接触器(2)、第一蓄电池组接触器(3)、第二蓄电池组接触器(4)、充电模块三1路接触器(5)、充电模块三2路接触器(6)电流，当采集各回路电流信号，微处理器判断出每组直流接触器逻辑状态0或1后，微处理器开始进行逻辑闭锁处理，闭锁逻辑有三种，分别为蓄电池组闭锁、充电模块闭锁和蓄电池组充电模块双重闭锁；

蓄电池组闭锁，定义为两组蓄电池组不能同时脱离直流母线，即逻辑状态不能同时为0；

充电模块联锁，定义为两组充电模块不能同时脱离直流母线，即逻辑状态不能同时为0；两组充电模块任一组脱离母线，第三组充电模块自动投入，即当充电模块一脱离直流母线，则充电模块三1路接触器投入；当充电模块二脱离直流母线，则充电模块三2路接触器投入；

蓄电池组充电模块双重闭锁，定义为蓄电池组和充电模块不能同时脱离直流母线。

6.根据权利要求5所述的变电站直流系统的防误闭锁控制方法，其特征在于：逻辑闭锁处理采用C语言编程实现，包括一个主程序，三个子程序；

主程序不间断采集充电模块一接触器(1)、充电模块二接触器(2)、第一蓄电池组接触器(3)、第二蓄电池组接触器(4)、充电模块三1路接触器(5)、充电模块三2路接触器(6)电流数据；

当判断出第一蓄电池组接触器(3)或第二蓄电池组接触器(4)任一电流逻辑量为0，主程序跳转至中蓄电池闭锁子程序，由该程序决定第一蓄电池组接触器(3)和第二蓄电池组接触器(4)不能同时断开，实现蓄电池闭锁判断并返回至主程序进行下一次循环；

当主程序判断出充电模块一接触器(1)或充电模块二接触器(2)任一电流逻辑量为0，立即跳转至充电模块闭锁子程序，由该程序决定充电模块一接触器(1)和充电模块二接触器(2)不能同时断开，同时决定充电模块三1路接触器(5)或充电模块三2路接触器(6)相应投入信号，实现充电模块闭锁判断并返回至主程序进行下一次循环；

当主程序判断出充电模块一接触器(1)、充电模块二接触器(2)、第一蓄电池组接触器(3)、第二蓄电池组接触器(4)中，第一蓄电池组接触器(3)和充电模块一接触器(1)电流逻辑量同时为0，主程序跳转至蓄电池充电模块双重闭锁子程序，由该程序决定充电模块二接触器(2)和第二蓄电池组接触器(4)不能断开，决定充电模块三1路接触器(5)和充电模块三2路接触器(6)同时投入信号，实现蓄电池充电模块双重闭锁。