發(fā)電廠(chǎng)和變電站的弱電控制和信號(hào)系統(tǒng)
發(fā)電廠(chǎng)和變電站的控制、信號(hào)和測(cè)量系統(tǒng)不僅可以采用強(qiáng)電方式,也可以采用弱電方式。隨著弱電技術(shù)的發(fā)展以及微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,控制、信號(hào)和測(cè)量系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)了弱電化和自動(dòng)化。所謂弱電化就是在控制、信號(hào)和測(cè)量回路內(nèi)以低電壓、小電流作為操作電源。
弱電化使二次回路設(shè)備絕緣要求降低,體積縮小,采用弱電選線(xiàn)技術(shù)還可使所需的控制設(shè)備數(shù)量減少。對(duì)于信號(hào)回路,其可靠性要求較控制回路低,弱電方式被廣泛使用。對(duì)于控制回路,由于直接關(guān)系到斷路器的跳閘與合閘,可靠性要求高,所以弱電控制要通過(guò)強(qiáng)、弱電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn),即斷路器的操作機(jī)構(gòu)、跳合閘回路仍采用110V或220V的操作電壓,弱電控制僅作用于中間繼電器,通過(guò)中間繼電器的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的控制。
在一個(gè)發(fā)電廠(chǎng)和變電站內(nèi),控制電路和信號(hào)電路可以采用全部強(qiáng)電或全部弱電方式,也可以采用強(qiáng)電控制、弱電信號(hào)方式。控制方式可以全部采用一對(duì)一控制,也可以對(duì)重要設(shè)備(如發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器)采用一對(duì)一控制,而對(duì)饋線(xiàn)較多的線(xiàn)路可采用一對(duì)N的選線(xiàn)方
一、斷路器的弱電控制
1、弱電有觸點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)弱電)控制回路的基本要求及其特點(diǎn)
(1)弱電控制的斷路器控制回路應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)電控制回路的基本要求。
(2)斷路器的模擬燈能表示斷路器的跳、合閘位置狀態(tài),并能反映斷路器自動(dòng)跳、合閘與原給定位置的不對(duì)應(yīng)狀態(tài)。
(3)選線(xiàn)控制應(yīng)保證在同一時(shí)間內(nèi)只選一個(gè)控制對(duì)象,在控制地點(diǎn)應(yīng)有明顯的燈光顯示操作對(duì)象。為避免選重或選錯(cuò),可采用選重閉鎖或后選有效接線(xiàn),在選線(xiàn)控制中發(fā)生事故時(shí),可自動(dòng)解除選線(xiàn),誤選線(xiàn)后,可手動(dòng)解除選線(xiàn)。
2、弱電控制屏(臺(tái)}的結(jié)構(gòu)型式
弱電控制的優(yōu)點(diǎn)之一是控制屏(臺(tái))較小,主控制室的面積也較小。常見(jiàn)的弱電控制屏(臺(tái))的結(jié)構(gòu)有屏臺(tái)合一和屏臺(tái)分開(kāi)兩種型式。合一的特點(diǎn)是將測(cè)量表計(jì)、光字牌信號(hào)及全廠(chǎng)(站)主接線(xiàn)系統(tǒng)模擬圖布置在屏臺(tái)的直立面上,在臺(tái)的平面上,則布置選控和選測(cè)按鈕或開(kāi)關(guān)及各種操作和調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)等。此種結(jié)構(gòu)模擬性強(qiáng),監(jiān)視面小,操作直觀(guān)方便。但由于屏臺(tái)體積小,當(dāng)放置設(shè)備較多時(shí),給調(diào)試、檢修帶來(lái)困難。所以,當(dāng)主接線(xiàn)復(fù)雜,控制對(duì)象較多時(shí),則需采用屏臺(tái)分開(kāi)的結(jié)構(gòu)。
二、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
1、發(fā)電廠(chǎng)和變電站的監(jiān)控系統(tǒng)
發(fā)電廠(chǎng)和變電站的二次回路對(duì)一次回路進(jìn)行控制、測(cè)量、調(diào)節(jié)和保護(hù),實(shí)際上是對(duì)一次回路進(jìn)行變換、傳輸和處理信息的過(guò)程。監(jiān)控系統(tǒng)有以下缺點(diǎn):
(1)人作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心進(jìn)行信息處理,不可避免地要出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷和處理,因而使現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性不高。
(2)測(cè)量?jī)x表和常規(guī)的信號(hào)裝置進(jìn)行信息變換,不可避免地存在誤差,如測(cè)量?jī)x表指示與被測(cè)量之間的誤差;人觀(guān)察儀表的誤差;音響和燈光信號(hào)不能準(zhǔn)確表明事故發(fā)生的時(shí)間、順序等,因而不能正確地處理事故和全面了解一次設(shè)備運(yùn)行情況。
(3)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的信息是通過(guò)控制電纜用強(qiáng)電傳輸?shù)?,因而使得傳輸通道功率損耗大,傳輸費(fèi)用高,不利于遠(yuǎn)距離傳輸。
對(duì)大型發(fā)電廠(chǎng)和變電站,需要監(jiān)視和處理的信息量多;線(xiàn)路傳輸?shù)娜萘看?;主控制室與配電裝置距離遠(yuǎn)等,使得上述缺點(diǎn)更加突出。而微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)解決了上述問(wèn)題,并使監(jiān)控系統(tǒng)更完善、更準(zhǔn)確、更可靠。
2、微型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
目前,微型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已在我國(guó)超高壓變電站和大容量發(fā)電廠(chǎng)的500kV開(kāi)關(guān)站的監(jiān)控系統(tǒng)中投入使用。微型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng))由微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)微機(jī)或主機(jī))和監(jiān)控對(duì)象(即生產(chǎn)過(guò)程)兩大部分組成。
微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件和軟件。硬件是指微機(jī)本身的各器件、外圍設(shè)備及總線(xiàn)。軟件是指系統(tǒng)程序以及過(guò)程控制應(yīng)用程序。微機(jī)系統(tǒng)本身是通過(guò)總線(xiàn)和各種接口及外圍設(shè)備與監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行聯(lián)系,并對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)視和控制。
(一)硬件
微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件是由主機(jī)、接口、總線(xiàn)、外部設(shè)備組成。由于監(jiān)控系統(tǒng)完成的功能不同,組成微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件也不同。~般可根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的需要隨意擴(kuò)展。
1.主機(jī)
主機(jī)主要包括中央處理機(jī)(CPU)和存儲(chǔ)器,是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。它通過(guò)總線(xiàn)向系統(tǒng)各個(gè)部分發(fā)出各種命令,并對(duì)系統(tǒng)的各參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、控制計(jì)算、報(bào)警處理、邏輯判斷等。
2.接口與輸入輸出通道
接口與輸入輸出通道是主機(jī)與監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行信息交流的紐帶。無(wú)論監(jiān)控對(duì)象向主機(jī)輸人數(shù)據(jù)或是主機(jī)向外部發(fā)出命令都是通過(guò)輸入輸出通道和接口進(jìn)行的。在信息傳輸過(guò)程中,由于微機(jī)只接受數(shù)字量,而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使用的是模擬量,所以要經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D或數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A。根據(jù)功能和傳輸數(shù)據(jù)的方法,接口和輸入輸出通道有串行和并行兩種。
3.人一機(jī)接口
人一機(jī)接口是為擴(kuò)大主機(jī)功能而設(shè)置的。主要有顯示器終端(CRT)、打印機(jī)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、鍵盤(pán)等,用來(lái)顯示、打印、存儲(chǔ)、傳輸數(shù)據(jù)0
4.其他系統(tǒng)支持功能模塊
系統(tǒng)支持功能包括程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)(WA1℃m。G)、電源掉電保護(hù)和實(shí)時(shí)日歷鐘。
當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)因干擾或其它原因出現(xiàn)某些異常情況,如程序脫離正常流程進(jìn)入死循環(huán)時(shí),整個(gè)系統(tǒng)完全處于癱瘓狀態(tài),此時(shí)程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)能自行動(dòng)作,強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位,擺脫死循環(huán);當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電源掉電故障時(shí),為了防止微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)丟失主要數(shù)據(jù),通常采用掉電保護(hù)。掉電保護(hù)由相應(yīng)的硬件電路構(gòu)成,當(dāng)檢測(cè)到掉電信號(hào)后,該硬件電路啟動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的外部中斷,把當(dāng)時(shí)的重要參數(shù)、數(shù)據(jù)、專(zhuān)用寄存器內(nèi)容和中間結(jié)果暫存入計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存中,以便上電后,系統(tǒng)能從中斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行。
5.檢測(cè)與變送設(shè)備
各種檢測(cè)與變送設(shè)備是為收集和測(cè)量各種參數(shù)而設(shè)置的。它們的主要功能是把較大的交流電信號(hào)變成正比于被測(cè)量的直流電壓信號(hào)和把非電量的檢測(cè)參數(shù)變?yōu)殡娦盘?hào),如壓力變送器把壓力變?yōu)殡娦盘?hào),溫度變送器把溫度變?yōu)殡娦盘?hào)等。這些電信號(hào)變成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電壓后,送入微機(jī)。
6.總線(xiàn)
微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總線(xiàn)是數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)的統(tǒng)稱(chēng),是傳送規(guī)定信息的通道。微型機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)板和各種外圍功能板(功能板有很多類(lèi)型,如I/0接口板,UD、D/A轉(zhuǎn)換板,打印機(jī)接口板等)之間通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)聯(lián)系起來(lái),使系統(tǒng)內(nèi)各種數(shù)據(jù)和命令通過(guò)總線(xiàn)送到各自要去的地方。系統(tǒng)總線(xiàn)均為標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn),系統(tǒng)總線(xiàn)有$1∞、SE和BASE等型式。此外,系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的聯(lián)系則通過(guò)通信總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。
(二)軟件
微機(jī)的軟件是指能完成各種功能的程序。微機(jī)通過(guò)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的監(jiān)視、控制、計(jì)算、管理等功能。軟件按功能可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)軟件是廠(chǎng)家提供的基本服務(wù)性程序和管理程序,主要包括:
(1)對(duì)語(yǔ)言的匯編、解釋和編譯程序;
(2)對(duì)微機(jī)進(jìn)行管理調(diào)度的操作系統(tǒng)、其它服務(wù)性的程序,如調(diào)試程序、故障診斷程序;
(3)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。
應(yīng)用軟件是用戶(hù)根據(jù)功能需要編制的程序,主要包括數(shù)據(jù)采集、濾波程序;監(jiān)視控制和計(jì)算程序;經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行程序等。
數(shù)據(jù)庫(kù)(支持軟件)是建立數(shù)據(jù)的表格和型式的數(shù)據(jù)管理程序,用以顯示、查詢(xún)、修改、調(diào)用數(shù)據(jù)。
三、弱電中央信號(hào)系統(tǒng)
大容量機(jī)組的發(fā)電廠(chǎng)和超高壓變電站信號(hào)數(shù)量多,若用強(qiáng)電信號(hào)光字牌將使控制屏(臺(tái))面積大,且很難布置,所以在強(qiáng)電或弱電控制中,廣泛采用弱電信號(hào)系統(tǒng)。
目前,在我國(guó)舊的發(fā)電廠(chǎng)和變電站內(nèi)較多采用的信號(hào)系統(tǒng),是以沖擊繼電器為核心的中央式信號(hào)系統(tǒng),它存在以下缺點(diǎn):
(1)沖擊繼電器是整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的核心,音響信號(hào)必須通過(guò)沖擊繼電器才能發(fā)出。沖擊繼電器一旦故障,整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)將失靈,影響信號(hào)系統(tǒng)的可靠性。
(2)信號(hào)的重復(fù)動(dòng)作次數(shù)取決于沖擊繼電器長(zhǎng)期熱穩(wěn)定電流。目前JC、ZC型沖擊繼電器只能同時(shí)接受十幾個(gè)信號(hào)。當(dāng)信號(hào)數(shù)量較多時(shí),會(huì)出現(xiàn)漏發(fā)信號(hào)或沖擊繼電器燒壞的現(xiàn)象。
(3)預(yù)告信號(hào)系統(tǒng)的光字牌元閃光,故同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)以上信號(hào)時(shí),先后出現(xiàn)的信號(hào)不易分辨。
(4)反映信號(hào)不完善,例如全廠(chǎng)保護(hù)動(dòng)作只發(fā)”掉牌未復(fù)歸”信號(hào),而且當(dāng)該信號(hào)發(fā)出時(shí),要到保護(hù)屏上去尋找,延長(zhǎng)了事故判斷和處理時(shí)間。
(5)與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接不方便。一般來(lái)說(shuō),需要將發(fā)出的中央信號(hào)信息輸入到微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。為了獲取這些信息,對(duì)常規(guī)的中央式信號(hào)系統(tǒng),需增加大量信號(hào)繼電器。
因此,我國(guó)新建和改建的發(fā)電廠(chǎng)、變電站現(xiàn)采用的是各種新型的中央信號(hào)裝置。這些裝置由若干模塊構(gòu)成,為積術(shù)式結(jié)構(gòu),形成模塊式信號(hào)系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是每個(gè)要發(fā)出的信號(hào),無(wú)論是事故信號(hào)還是預(yù)告信號(hào),都要先接到一個(gè)信號(hào)模塊上,每個(gè)信號(hào)模塊完成以下功能:
(1)記憶功能。即將輸入信號(hào)記錄下來(lái)。
(2)顯示功能。即通過(guò)燈光顯示。
(3)啟動(dòng)音響。
(4)擴(kuò)展信息,向微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)輸出信息。由集成電路和微型中間繼電器構(gòu)成的模塊式信號(hào)系統(tǒng)如下圖所示。圖中二進(jìn)制
元件均為正邏輯約定,即高H電平對(duì)應(yīng)邏輯1態(tài),低L電平對(duì)應(yīng)邏輯0態(tài)。電路動(dòng)作過(guò)程如下:
當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí),繼電保護(hù)動(dòng)作,其出口繼電器KC01的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,事故信號(hào)模塊I中的或門(mén)Dl和與門(mén)D8有高電平輸入,或門(mén)D1輸出高電平,經(jīng)延時(shí)元件m(延時(shí)可調(diào))延時(shí)后分別啟動(dòng)單穩(wěn)元件D3、與門(mén)D8及與門(mén)D6。此時(shí),與門(mén)D8輸出高電平,一方面啟動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(事件記錄器);另一方面啟動(dòng)成組信號(hào)1發(fā)信號(hào)。D3輸入高電平后立即翻轉(zhuǎn),其輸出低電平一方面輸入至雙穩(wěn)元件D4,另一方面去啟動(dòng)音響信號(hào)模塊,發(fā)出音響信號(hào)。在音響信號(hào)模塊Ⅲ中:或門(mén)D1輸出低電平,使雙穩(wěn)元件D2輸出高電平,使電子開(kāi)關(guān)S閉合,啟動(dòng)蜂鳴器HAUl。事故信號(hào)模塊I中,雙穩(wěn)元件D4輸入低電平翻轉(zhuǎn)后,將其輸出的高電平送至與門(mén)D5并反相后,送至與門(mén)D6。與門(mén)D5的另一輸入端為閃光源,使其輸出為間斷信號(hào),與門(mén)D6輸出為低電平,二者作為或門(mén)D7的輸入,使或門(mén)D7輸出為間斷信號(hào),從而模塊I中的電子開(kāi)關(guān)時(shí)閉時(shí)斷,使紅色信號(hào)燈HL閃光。
按下模塊Ⅲ中的音響解除按鈕SB1,模塊Ⅲ中啟動(dòng)音響的雙穩(wěn)元件D2復(fù)歸,電子開(kāi)關(guān)S打開(kāi),音響停止;按下模塊I中的復(fù)歸按鈕SB1,I中的雙穩(wěn)元件D4復(fù)歸,使其輸出低電平,與門(mén)時(shí)也隨其輸出低電平。與門(mén)D6因有兩個(gè)高電平輸入,則輸出高電平,經(jīng)或門(mén)D7使電子開(kāi)關(guān)S持續(xù)閉合,紅色信號(hào)燈HL發(fā)平光。
事故消失,繼電保護(hù)出口繼電器觸點(diǎn)KC01斷開(kāi),與門(mén)D8輸出低電平,自動(dòng)切除送往自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的信號(hào),與門(mén)D6而也輸出低電平,紅色信號(hào)燈HL熄滅,模塊I復(fù)歸。
預(yù)告信號(hào)模塊Ⅲ與事故信號(hào)模塊結(jié)構(gòu)相同,動(dòng)作原理也相同,不同的是預(yù)告信號(hào)模塊延時(shí)較長(zhǎng),信號(hào)燈皿顏色為桔黃色(YE)。
若干個(gè)信號(hào)模塊公用一套試驗(yàn)按鈕SB、一套音響模塊和閃光模塊。當(dāng)按下試驗(yàn)按鈕SB時(shí),因?yàn)榕c門(mén)D8此時(shí)只輸入一個(gè)高電平信號(hào),因而輸出低電平,不能啟動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置及發(fā)遙信。
總結(jié)
弱電化使二次回路設(shè)備絕緣要求降低,體積縮小,采用弱電選線(xiàn)技術(shù)還可使所需的控制設(shè)備數(shù)量減少。對(duì)于信號(hào)回路,其可靠性要求較控制回路低,弱電方式被廣泛使用。
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