一種高壓固態複合開關閥基電子裝置的製作方法
2023-07-09 16:29:51 2
專利名稱：一種高壓固態複合開關閥基電子裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於電力系統的控制裝置，特別涉及在無弧的情況下自動 或者手動投切接觸器的閥基電子裝置(簡稱VBE裝置)。
背景技術：
目前，電力電子設備常用的晶閘管閥基電子(VBE)裝置主要是由電源板、觸發邏 輯板、同步相位板、觸發光接口板、閥監測板、光接收板和回報板組成，例如中國專利申請: CN200510102659.9描述了一種分層分布式接結構的靜止無功補償器監控平臺，包括底層、 中層和上層三個層次，其中通訊管理機、SVC支路微機保護單元、輔助保護單元、水冷系統監 控、閥基電子設備處於底層，通過串行接口與監控平臺中層連接並以串行方式實現底層分 布通訊。其主要缺陷為VBE裝置板卡多，結構功能複雜，輸出信號經過多個板卡之間傳遞， 一旦出現故障，難以故障定位。無人機互動環節，人們無法直接對VBE裝置進行手動操作。 本實用新型所涉及的閥基電子裝置針對以上缺陷進行了創新升級。閥基電子裝置結構簡 單，由電源板，觸發邏輯板、觸發板和回報板組成。晶閘管閥基電子板的控制模塊為以複雜 可編程邏輯器件CPLD為核心的可編程邏輯電路，便於維護和後續的升級開發。
實用新型內容本實用新型的目的是在最大程度上節省資源，減少固態複合開關VBE裝置的外部 接口，便於人工對VBE裝置進行操作，本實用新型通過採用電源板、觸發邏輯板、觸發板、回 報板和LED顯示板作為固態複合開關VBE裝置的主體，並增加了分合接觸器和手動、自動以 及退出等人機互動環節，增加了複合開關的可操作性和可靠性。在需要補償無功時通過控 制晶閘管的導通和關斷實現接觸器在電壓的過零點投入以及支路電流的過零點切除，保證 了系統無功補償的實時性，方便了值班人員。本實用新型提出了一種固態複合開關閥基電子裝置(簡稱VBE裝置)，包括電源、 中央控制單元、觸發邏輯板、回報板和人機接口部分，觸發邏輯板和回報板與晶間管閥串的 觸發板(簡稱TE板)採用光纖進行連接，所述中央控制單元集成在觸發邏輯板上。其中，所述人機接口部分包括工作狀態扳手，分合扳手以及空氣開關。所述工作狀態扳手指示固態複合開關的手動工作方式、自動工作方式和固態複合 開關退出方式，分合扳手用於手動工作方式下進行手動分合固態複合開關，在退出方式下 手動分合接觸器，空氣開關作用是外部交直流電源開關以及電壓互感器二次100V同步信 號開關。其中，所述閥基電子裝置採用直流220V供電的電源板，所述觸發邏輯板採用以雙 95144XL型CPLD作為控制核心，設置了 15路輸入，通過光電隔離與複雜可編程邏輯器件 CPLD連接，採用8路繼電器無源節點輸出，同時設置LED數碼管顯示驅動電路，驅動共30路 數碼管，所述觸發邏輯板採用光電輸出，通過光纖將觸發信號轉換成可靠的光信號輸出給 觸發晶間管的觸發機構，保證了在有電力電子器件幹擾的情況下將觸發信號準確無誤的傳輸給晶閘管觸發機構，所述回報板採用晶閘管回報機構回報的光信號，將其轉換成電信號 發送給觸發邏輯板。所述中央控制單元由雙複雜可編程邏輯器件CPLD組成，用於接收外部同步電壓 信號和人機接口部分的輸入信號，並輸出LED顯示信號以及繼電器節點輸出信號。實用新型本實用新型的有益效果在於從整體結構的角度來看，本產品為緊湊型 裝置，佔地面積小，外部接線少，整體結構簡單。工作方式簡單，本裝置為自動控制設備，在 正常情況下，變電站值班人員只須將控制系統工作狀態扳手打到自動運行模式下即可，無 須變電站值班人員手動操作，方便了值班人員；同時也可以在手動方式下由站內綜合自動 化系統給出信號手動控制固態複合開關的分合；控制系統和晶閘管觸發板(TE板)之間採 用光纖連接，由於光信號不受外部電信號的幹擾，保證了觸發信號準確下發給TE板以及TE 板準確回報晶閘管閥的工作狀態。
圖1是依據本實用新型的閥基電子裝置的控制原理示意圖；圖2是依據本實用新型的閥基電子裝置機櫃前面板的示意圖；圖3是依據本實用新型的閥基電子裝置的後端子的示意圖；圖4是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板(簡稱TLT板)的輸入信號 光電耦合電路示意圖；圖5是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板同步電壓處理電路示意圖；圖6是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板輸出繼電器節點信號電路 示意圖；圖7是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板的雙CPLD控制電路示意圖， 其中圖7-1輸入信號處理示意圖，圖7-2控制信號輸出示意圖；圖8是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發板(簡稱TRIG板)的觸發信號調 理電路示意圖；圖9是依據本實用新型的閥基電子裝置的回報板(簡稱OPTO板)信號調理電路 示意具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。如圖1所示，是依據本實用新型的閥基電子裝置的控制原理示意圖，VBE裝置採用 直流220V供電的電源板，核心部分觸發邏輯板採用以雙95144XL型CPLD作為控制核心，設 置了 15路輸入，通過光電隔離與複雜可編程邏輯器件CPLD連接，，採用8路繼電器無源節 點輸出，同時設置了 LED數碼管顯示驅動電路，驅動共30路數碼管。觸發邏輯板採用了光 電輸出，通過光纖將觸發信號轉換成可靠的光信號輸出給觸發晶閘管的觸發機構，保證了 在有電力電子器件幹擾的情況下將觸發信號準確無誤的傳輸給晶間管觸發機構；回報板仍 然採用了晶閘管回報機構回報的光信號，將其轉換成電信號發送給觸發邏輯板。VBE裝置每個周波都檢查晶閘管和與晶閘管相連的觸發晶閘管觸發板(簡稱TE 板)的工作狀態以及好壞，如果晶閘管以及TE板工作正常時，VBE裝置機箱前面板上有對應於每個晶閘管或TE板工作狀態的LED顯示。得到投入和切除並聯電容器組的命令後，VBE 裝置在輸入到VBE裝置的電壓互感器二次電壓過零點給TE板發出觸發命令，由觸發板觸發 晶閘管，晶閘管觸發短時延時之後，控制系統分合接觸器。由於晶閘管處於導通狀態，接觸 器被晶間管短路，經過短時延時之後再分合接觸器，接觸器在分合過程中不承受電壓，也無 電流，不會產生拉弧。如果晶閘管或者晶閘管觸發板(TE板)工作不正常，為了保護晶閘管， 防止觸發時不同步觸發燒壞晶閘管的情況發生，則不會發出觸發命令，並產生報警，同時報 警信號可以以繼電器無源節點的形式遠傳給變電站值班人員檢查裝置。為了變電站值班 人員準確故障定位，VBE裝置針對晶閘管閥串採用了一對反並聯晶閘管對應一個工作顯示 燈的方式，哪個工作顯示燈滅，則表示該對晶閘管或TE板取能相應出現了故障。具體的鑑 別方式是接觸器在斷開時，如果工作顯示燈滅，如果TE板取能正常，則代表閥體出現了故 障；接觸器閉合時，如果工作顯示燈滅，則代表TE板出現了故障。為了防止由於晶閘管或者 TE板出現了故障之後影響接觸器的正常分合，VBE裝置設置了工作狀態扳手，分別為手動 方式、自動方式和退出方式。其中手動方式下，由變電站內綜合自動控制系統給出分合節點 信號或者直接扭動機柜上的分合扳手，VBE裝置接收分合指令後觸發晶間管，從而分合接觸 器；自動方式下，VBE裝置接收投切電容器組的指令自動觸發晶閘管，從而分合接觸器，無 須人工操作；而退出方式通常是在發生故障後，手動將固態複合開關工作狀態扳手打到退 出方式，此時VBE裝置即使接到投切電容器組的命令不會觸發晶閘管，也不會分合接觸器， 由變電站人員在櫃體上擰動分合扳手直接控制接觸器的分合，從而不會耽誤並聯電容器組 的正常分合。圖2是依據本實用新型的閥基電子裝置機櫃前面板的示意圖，其中KK為分合扳 手，平時處在中間位置，左擰為分閘，右擰為合閘。QK為工作狀態扳手，中間位置是退出控制 扳手，此時固態複合開關退出運行，接觸器由櫃體上的分合扳手控制分合；左邊位置為自動 工作方式位置，此時VBE接收前級無功計算環節的命令，前級在需要投切時給VBE —個繼電 器節點閉合信號，VBE接收到信號後，如果前面板的每個LED都顯示晶閘管或者TE板工作 正常，則在得到繼電器信號後的第一個電壓過零點觸發晶閘管，經過短時延時之後再分合 接觸器；右邊位置是手動工作方式位置，此時VBE不再接收前級無功計算環節的指令，可以 通過站內綜合自動控制系統給出節點信號或者擰動KK，如果前面板的每個LED都顯示晶閘 管或者TE板工作正常，則在站內綜合自動控制系統給出節點信號或者擰動KK之後的第一 個電壓過零點觸發晶間管，經過短時延時之後再分合接觸器。LEDl為接觸器合間指示燈， LED2為接觸器分間指示燈。圖3是依據本實用新型的閥基電子裝置的後端子的示意圖，其中POWER為電源板， UA+與UA-接A相電壓互感器低壓側電壓，UB+與UB-接B相電壓互感器低壓側電壓，UC+ 與UC-接C相電壓互感器低壓側電壓。下面的DC+和DC-接220V直流電，TO接地。TLT板 上半部分是8個輸入，分別為mi IN8，COM為輸入的公共端，用來接收前級分合接觸器的 指令以及固態複合開關退出轉為由分合扳手直接控制接觸器的指令；下半部分是8個繼電 器節點開關輸出量，輸出分合接觸器的節點信號，以及接觸器分合狀態指令和固態複合開 關退出節點信號，如果晶閘管或者TE板有故障，則輸出固態複合開關故障節點信號。0PT01 和0PT02為光纖接收板，接收TE板回報的光信號，轉換成電信號後反饋給TLT板；TRIGl和 TRIG2為觸發板，接收TLT發出的觸發信號，將TLT發出的觸發信號轉成光信號送給TE板用以觸發晶閘管。圖4是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板(TLT板)的輸入信號光電 耦合電路示意圖，其中mi為外部輸入開關量信號，經過光電耦合之後變成數位訊號he送 給TLT板的CPLD進行處理。圖5是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板同步電壓處理電路示意圖， 其中Ua為TLT板外部輸入電壓，U1A、UlB和U2A為三個運算放大器，VAI為光電耦合輸出 給CPLD信號。Ua經過三個運算放大器組成的調理電路，將同步電壓調理成為方波，通過光 電耦合，送給TLT板的CPLD，作為同步電壓信號。圖6是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板輸出繼電器節點信號電路 示意圖，其中keel為CPLD輸出的信號，XJlA為繼電器勵磁線圈。經過光電耦合，增大了輸 出電流，驅動繼電器動作。圖7是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發邏輯板的雙CPLD控制電路示意圖， 其中兩個CPLD作為觸發邏輯板的控制核心，其中圖7-1的CPLD為接收外部輸入信號並處 理，圖7-2中CPLD為將圖7-1中CPLD處理後的信號輸出繼電器節點信號以及到LED顯示。圖8是依據本實用新型的閥基電子裝置的觸發板(TRIG板)的觸發信號調理電路 示意圖，其中r為TLT板CPLD輸出的信號，U14A和U15A為兩個施密特反相器，U4A和U5A 為兩個施密特反相器。T4為光纖發射器，輸出光信號。r為高電平有效，當r為高電平時， REN為高電平，REm始終為高電平，此時T4的3腳為低電平，光纖發射器將低電平信號發射 出去。圖9是依據本實用新型的閥基電子裝置的回報板(OPTO板)信號調理電路示意 圖，其中optorS為光纖接收器，沒有光纖回報信號時，6腳為高電平，當optorS接收從晶閘 管回報回來的光信號，然後將其轉換為低電平信號，經過兩級反相之後，0PT08為低電平輸 出給CPLD進行處理。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限 制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當 理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新 型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求一種固態複合開關閥基電子裝置，其特徵在於該裝置包括電源、中央控制單元、觸發邏輯板、回報板和人機接口部分，觸發邏輯板和回報板與晶閘管閥串的觸發板採用光纖進行連接，所述中央控制單元集成在觸發邏輯板上。
2.如權利要求1所述的固態複合開關閥基電子裝置，其特徵在於所述人機接口部分 包括工作狀態扳手，分合扳手以及空氣開關。
3.如權利要求2所述的固態複合開關閥基電子裝置，其特徵在於所述閥基電子裝置 採用直流220V供電的電源板，所述觸發邏輯板採用以雙95144XL型CPLD作為控制核心，設 置了 15路輸入，通過光電隔離與複雜可編程邏輯器件CPLD連接，採用8路繼電器無源節點 輸出，同時設置LED數碼管顯示驅動電路，驅動共30路數碼管，所述觸發邏輯板採用光電輸 出，通過光纖將觸發信號轉換成可靠的光信號輸出給觸發晶間管的觸發機構，所述回報板 採用晶閘管回報機構回報的光信號，將其轉換成電信號發送給觸發邏輯板。
專利摘要本實用新型涉及一種能夠自動投切固態複合開關的閥基電子裝置。該裝置包括電源、中央控制單元、觸發邏輯板、回報板和人機接口部分，觸發邏輯板和回報板與晶閘管閥串的觸發板採用光纖進行連接，所述中央控制單元集成在觸發邏輯板上。它是外部接入三相電壓互感器二次100V交流同步信號，並需要接入220V直流電源的控制系統，只要將工作開關扳手打到自動運行，可以在系統需要補充或者切除容性無功時自動投入和切除並聯電容器組，在手動方式下，可使用分合扳手以及站內綜合自動化系統同時分合固態複合開關，並保證開關為無弧分合。
文檔編號H02J13/00GK201682287SQ20092029256
公開日2010年12月22日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者劉宏, 李衛國, 李志友, 李鵬, 趙剛, 馬海超 申請人:中電普瑞科技有限公司;中國電力科學研究院