專利名稱：一種高壓固態(tài)復(fù)合開關(guān)閥基電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的控制裝置，特別涉及在無弧的情況下自動(dòng) 或者手動(dòng)投切接觸器的閥基電子裝置(簡稱VBE裝置)。
背景技術(shù)：
目前，電力電子設(shè)備常用的晶閘管閥基電子(VBE)裝置主要是由電源板、觸發(fā)邏 輯板、同步相位板、觸發(fā)光接口板、閥監(jiān)測板、光接收板和回報(bào)板組成，例如中國專利申請(qǐng): CN200510102659.9描述了一種分層分布式接結(jié)構(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器監(jiān)控平臺(tái)，包括底層、 中層和上層三個(gè)層次，其中通訊管理機(jī)、SVC支路微機(jī)保護(hù)單元、輔助保護(hù)單元、水冷系統(tǒng)監(jiān) 控、閥基電子設(shè)備處于底層，通過串行接口與監(jiān)控平臺(tái)中層連接并以串行方式實(shí)現(xiàn)底層分 布通訊。其主要缺陷為VBE裝置板卡多，結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，輸出信號(hào)經(jīng)過多個(gè)板卡之間傳遞， 一旦出現(xiàn)故障，難以故障定位。無人機(jī)互動(dòng)環(huán)節(jié)，人們無法直接對(duì)VBE裝置進(jìn)行手動(dòng)操作。 本實(shí)用新型所涉及的閥基電子裝置針對(duì)以上缺陷進(jìn)行了創(chuàng)新升級(jí)。閥基電子裝置結(jié)構(gòu)簡 單，由電源板，觸發(fā)邏輯板、觸發(fā)板和回報(bào)板組成。晶閘管閥基電子板的控制模塊為以復(fù)雜 可編程邏輯器件CPLD為核心的可編程邏輯電路，便于維護(hù)和后續(xù)的升級(jí)開發(fā)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是在最大程度上節(jié)省資源，減少固態(tài)復(fù)合開關(guān)VBE裝置的外部 接口，便于人工對(duì)VBE裝置進(jìn)行操作，本實(shí)用新型通過采用電源板、觸發(fā)邏輯板、觸發(fā)板、回 報(bào)板和LED顯示板作為固態(tài)復(fù)合開關(guān)VBE裝置的主體，并增加了分合接觸器和手動(dòng)、自動(dòng)以 及退出等人機(jī)互動(dòng)環(huán)節(jié)，增加了復(fù)合開關(guān)的可操作性和可靠性。在需要補(bǔ)償無功時(shí)通過控 制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)接觸器在電壓的過零點(diǎn)投入以及支路電流的過零點(diǎn)切除，保證 了系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)性，方便了值班人員。本實(shí)用新型提出了一種固態(tài)復(fù)合開關(guān)閥基電子裝置(簡稱VBE裝置)，包括電源、 中央控制單元、觸發(fā)邏輯板、回報(bào)板和人機(jī)接口部分，觸發(fā)邏輯板和回報(bào)板與晶間管閥串的 觸發(fā)板(簡稱TE板)采用光纖進(jìn)行連接，所述中央控制單元集成在觸發(fā)邏輯板上。其中，所述人機(jī)接口部分包括工作狀態(tài)扳手，分合扳手以及空氣開關(guān)。所述工作狀態(tài)扳手指示固態(tài)復(fù)合開關(guān)的手動(dòng)工作方式、自動(dòng)工作方式和固態(tài)復(fù)合 開關(guān)退出方式，分合扳手用于手動(dòng)工作方式下進(jìn)行手動(dòng)分合固態(tài)復(fù)合開關(guān)，在退出方式下 手動(dòng)分合接觸器，空氣開關(guān)作用是外部交直流電源開關(guān)以及電壓互感器二次100V同步信 號(hào)開關(guān)。其中，所述閥基電子裝置采用直流220V供電的電源板，所述觸發(fā)邏輯板采用以雙 95144XL型CPLD作為控制核心，設(shè)置了 15路輸入，通過光電隔離與復(fù)雜可編程邏輯器件 CPLD連接，采用8路繼電器無源節(jié)點(diǎn)輸出，同時(shí)設(shè)置LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)共30路 數(shù)碼管，所述觸發(fā)邏輯板采用光電輸出，通過光纖將觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可靠的光信號(hào)輸出給 觸發(fā)晶間管的觸發(fā)機(jī)構(gòu)，保證了在有電力電子器件干擾的情況下將觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)確無誤的傳輸給晶閘管觸發(fā)機(jī)構(gòu)，所述回報(bào)板采用晶閘管回報(bào)機(jī)構(gòu)回報(bào)的光信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 發(fā)送給觸發(fā)邏輯板。所述中央控制單元由雙復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD組成，用于接收外部同步電壓 信號(hào)和人機(jī)接口部分的輸入信號(hào)，并輸出LED顯示信號(hào)以及繼電器節(jié)點(diǎn)輸出信號(hào)。實(shí)用新型本實(shí)用新型的有益效果在于從整體結(jié)構(gòu)的角度來看，本產(chǎn)品為緊湊型 裝置，占地面積小，外部接線少，整體結(jié)構(gòu)簡單。工作方式簡單，本裝置為自動(dòng)控制設(shè)備，在 正常情況下，變電站值班人員只須將控制系統(tǒng)工作狀態(tài)扳手打到自動(dòng)運(yùn)行模式下即可，無 須變電站值班人員手動(dòng)操作，方便了值班人員；同時(shí)也可以在手動(dòng)方式下由站內(nèi)綜合自動(dòng) 化系統(tǒng)給出信號(hào)手動(dòng)控制固態(tài)復(fù)合開關(guān)的分合；控制系統(tǒng)和晶閘管觸發(fā)板(TE板)之間采 用光纖連接，由于光信號(hào)不受外部電信號(hào)的干擾，保證了觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)確下發(fā)給TE板以及TE 板準(zhǔn)確回報(bào)晶閘管閥的工作狀態(tài)。

圖1是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的控制原理示意圖；圖2是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置機(jī)柜前面板的示意圖；圖3是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的后端子的示意圖；圖4是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)邏輯板(簡稱TLT板)的輸入信號(hào) 光電耦合電路示意圖；圖5是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)邏輯板同步電壓處理電路示意圖；圖6是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)邏輯板輸出繼電器節(jié)點(diǎn)信號(hào)電路 示意圖；圖7是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)邏輯板的雙CPLD控制電路示意圖， 其中圖7-1輸入信號(hào)處理示意圖，圖7-2控制信號(hào)輸出示意圖；圖8是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)板(簡稱TRIG板)的觸發(fā)信號(hào)調(diào) 理電路示意圖；圖9是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的回報(bào)板(簡稱OPTO板)信號(hào)調(diào)理電路 示意具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的控制原理示意圖，VBE裝置采用 直流220V供電的電源板，核心部分觸發(fā)邏輯板采用以雙95144XL型CPLD作為控制核心，設(shè) 置了 15路輸入，通過光電隔離與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD連接，，采用8路繼電器無源節(jié) 點(diǎn)輸出，同時(shí)設(shè)置了 LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)共30路數(shù)碼管。觸發(fā)邏輯板采用了光 電輸出，通過光纖將觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可靠的光信號(hào)輸出給觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)機(jī)構(gòu)，保證了 在有電力電子器件干擾的情況下將觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)確無誤的傳輸給晶間管觸發(fā)機(jī)構(gòu)；回報(bào)板仍 然采用了晶閘管回報(bào)機(jī)構(gòu)回報(bào)的光信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送給觸發(fā)邏輯板。VBE裝置每個(gè)周波都檢查晶閘管和與晶閘管相連的觸發(fā)晶閘管觸發(fā)板(簡稱TE 板)的工作狀態(tài)以及好壞，如果晶閘管以及TE板工作正常時(shí)，VBE裝置機(jī)箱前面板上有對(duì)應(yīng)于每個(gè)晶閘管或TE板工作狀態(tài)的LED顯示。得到投入和切除并聯(lián)電容器組的命令后，VBE 裝置在輸入到VBE裝置的電壓互感器二次電壓過零點(diǎn)給TE板發(fā)出觸發(fā)命令，由觸發(fā)板觸發(fā) 晶閘管，晶閘管觸發(fā)短時(shí)延時(shí)之后，控制系統(tǒng)分合接觸器。由于晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，接觸 器被晶間管短路，經(jīng)過短時(shí)延時(shí)之后再分合接觸器，接觸器在分合過程中不承受電壓，也無 電流，不會(huì)產(chǎn)生拉弧。如果晶閘管或者晶閘管觸發(fā)板(TE板)工作不正常，為了保護(hù)晶閘管， 防止觸發(fā)時(shí)不同步觸發(fā)燒壞晶閘管的情況發(fā)生，則不會(huì)發(fā)出觸發(fā)命令，并產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)報(bào) 警信號(hào)可以以繼電器無源節(jié)點(diǎn)的形式遠(yuǎn)傳給變電站值班人員檢查裝置。為了變電站值班 人員準(zhǔn)確故障定位，VBE裝置針對(duì)晶閘管閥串采用了一對(duì)反并聯(lián)晶閘管對(duì)應(yīng)一個(gè)工作顯示 燈的方式，哪個(gè)工作顯示燈滅，則表示該對(duì)晶閘管或TE板取能相應(yīng)出現(xiàn)了故障。具體的鑒 別方式是接觸器在斷開時(shí)，如果工作顯示燈滅，如果TE板取能正常，則代表閥體出現(xiàn)了故 障；接觸器閉合時(shí)，如果工作顯示燈滅，則代表TE板出現(xiàn)了故障。為了防止由于晶閘管或者 TE板出現(xiàn)了故障之后影響接觸器的正常分合，VBE裝置設(shè)置了工作狀態(tài)扳手，分別為手動(dòng) 方式、自動(dòng)方式和退出方式。其中手動(dòng)方式下，由變電站內(nèi)綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)給出分合節(jié)點(diǎn) 信號(hào)或者直接扭動(dòng)機(jī)柜上的分合扳手，VBE裝置接收分合指令后觸發(fā)晶間管，從而分合接觸 器；自動(dòng)方式下，VBE裝置接收投切電容器組的指令自動(dòng)觸發(fā)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(fā)生故障后，手動(dòng)將固態(tài)復(fù)合開關(guān)工作狀態(tài)扳手打到退 出方式，此時(shí)VBE裝置即使接到投切電容器組的命令不會(huì)觸發(fā)晶閘管，也不會(huì)分合接觸器， 由變電站人員在柜體上擰動(dòng)分合扳手直接控制接觸器的分合，從而不會(huì)耽誤并聯(lián)電容器組 的正常分合。圖2是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置機(jī)柜前面板的示意圖，其中KK為分合扳 手，平時(shí)處在中間位置，左擰為分閘，右擰為合閘。QK為工作狀態(tài)扳手，中間位置是退出控制 扳手，此時(shí)固態(tài)復(fù)合開關(guān)退出運(yùn)行，接觸器由柜體上的分合扳手控制分合；左邊位置為自動(dòng) 工作方式位置，此時(shí)VBE接收前級(jí)無功計(jì)算環(huán)節(jié)的命令，前級(jí)在需要投切時(shí)給VBE —個(gè)繼電 器節(jié)點(diǎn)閉合信號(hào)，VBE接收到信號(hào)后，如果前面板的每個(gè)LED都顯示晶閘管或者TE板工作 正常，則在得到繼電器信號(hào)后的第一個(gè)電壓過零點(diǎn)觸發(fā)晶閘管，經(jīng)過短時(shí)延時(shí)之后再分合 接觸器；右邊位置是手動(dòng)工作方式位置，此時(shí)VBE不再接收前級(jí)無功計(jì)算環(huán)節(jié)的指令，可以 通過站內(nèi)綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)給出節(jié)點(diǎn)信號(hào)或者擰動(dòng)KK，如果前面板的每個(gè)LED都顯示晶閘 管或者TE板工作正常，則在站內(nèi)綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)給出節(jié)點(diǎn)信號(hào)或者擰動(dòng)KK之后的第一 個(gè)電壓過零點(diǎn)觸發(fā)晶間管，經(jīng)過短時(shí)延時(shí)之后再分合接觸器。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(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的后端子的示意圖，其中POWER為電源板， UA+與UA-接A相電壓互感器低壓側(cè)電壓，UB+與UB-接B相電壓互感器低壓側(cè)電壓，UC+ 與UC-接C相電壓互感器低壓側(cè)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(gè)輸入，分別為mi IN8，COM為輸入的公共端，用來接收前級(jí)分合接觸器的 指令以及固態(tài)復(fù)合開關(guān)退出轉(zhuǎn)為由分合扳手直接控制接觸器的指令；下半部分是8個(gè)繼電 器節(jié)點(diǎn)開關(guān)輸出量，輸出分合接觸器的節(jié)點(diǎn)信號(hào)，以及接觸器分合狀態(tài)指令和固態(tài)復(fù)合開 關(guān)退出節(jié)點(diǎn)信號(hào)，如果晶閘管或者TE板有故障，則輸出固態(tài)復(fù)合開關(guān)故障節(jié)點(diǎn)信號(hào)。0PT01 和0PT02為光纖接收板，接收TE板回報(bào)的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后反饋給TLT板；TRIGl和 TRIG2為觸發(fā)板，接收TLT發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)，將TLT發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)送給TE板用以觸發(fā)晶閘管。圖4是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)邏輯板(TLT板)的輸入信號(hào)光電 耦合電路示意圖，其中mi為外部輸入開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過光電耦合之后變成數(shù)字信號(hào)he送 給TLT板的CPLD進(jìn)行處理。圖5是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)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(gè)運(yùn)算放大器，VAI為光電耦合輸出 給CPLD信號(hào)。Ua經(jīng)過三個(gè)運(yùn)算放大器組成的調(diào)理電路，將同步電壓調(diào)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(hào)。圖6是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)邏輯板輸出繼電器節(jié)點(diǎn)信號(hào)電路 示意圖，其中keel為CPLD輸出的信號(hào)，XJlA為繼電器勵(lì)磁線圈。經(jīng)過光電耦合，增大了輸 出電流，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。圖7是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)邏輯板的雙CPLD控制電路示意圖， 其中兩個(gè)CPLD作為觸發(fā)邏輯板的控制核心，其中圖7-1的CPLD為接收外部輸入信號(hào)并處 理，圖7-2中CPLD為將圖7-1中CPLD處理后的信號(hào)輸出繼電器節(jié)點(diǎn)信號(hào)以及到LED顯示。圖8是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的觸發(fā)板(TRIG板)的觸發(fā)信號(hào)調(diào)理電路 示意圖，其中r為TLT板CPLD輸出的信號(hào)，U14A和U15A為兩個(gè)施密特反相器，U4A和U5A 為兩個(gè)施密特反相器。T4為光纖發(fā)射器，輸出光信號(hào)。r為高電平有效，當(dāng)r為高電平時(shí)， REN為高電平，REm始終為高電平，此時(shí)T4的3腳為低電平，光纖發(fā)射器將低電平信號(hào)發(fā)射 出去。圖9是依據(jù)本實(shí)用新型的閥基電子裝置的回報(bào)板(OPTO板)信號(hào)調(diào)理電路示意 圖，其中optorS為光纖接收器，沒有光纖回報(bào)信號(hào)時(shí)，6腳為高電平，當(dāng)optorS接收從晶閘 管回報(bào)回來的光信號(hào)，然后將其轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)，經(jīng)過兩級(jí)反相之后，0PT08為低電平輸 出給CPLD進(jìn)行處理。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限 制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新 型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種固態(tài)復(fù)合開關(guān)閥基電子裝置，其特征在于該裝置包括電源、中央控制單元、觸發(fā)邏輯板、回報(bào)板和人機(jī)接口部分，觸發(fā)邏輯板和回報(bào)板與晶閘管閥串的觸發(fā)板采用光纖進(jìn)行連接，所述中央控制單元集成在觸發(fā)邏輯板上。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)復(fù)合開關(guān)閥基電子裝置，其特征在于所述人機(jī)接口部分 包括工作狀態(tài)扳手，分合扳手以及空氣開關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)復(fù)合開關(guān)閥基電子裝置，其特征在于所述閥基電子裝置 采用直流220V供電的電源板，所述觸發(fā)邏輯板采用以雙95144XL型CPLD作為控制核心，設(shè) 置了 15路輸入，通過光電隔離與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD連接，采用8路繼電器無源節(jié)點(diǎn) 輸出，同時(shí)設(shè)置LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)共30路數(shù)碼管，所述觸發(fā)邏輯板采用光電輸 出，通過光纖將觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可靠的光信號(hào)輸出給觸發(fā)晶間管的觸發(fā)機(jī)構(gòu)，所述回報(bào)板 采用晶閘管回報(bào)機(jī)構(gòu)回報(bào)的光信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送給觸發(fā)邏輯板。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種能夠自動(dòng)投切固態(tài)復(fù)合開關(guān)的閥基電子裝置。該裝置包括電源、中央控制單元、觸發(fā)邏輯板、回報(bào)板和人機(jī)接口部分，觸發(fā)邏輯板和回報(bào)板與晶閘管閥串的觸發(fā)板采用光纖進(jìn)行連接，所述中央控制單元集成在觸發(fā)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(hào)，并需要接入220V直流電源的控制系統(tǒng)，只要將工作開關(guān)扳手打到自動(dòng)運(yùn)行，可以在系統(tǒng)需要補(bǔ)充或者切除容性無功時(shí)自動(dòng)投入和切除并聯(lián)電容器組，在手動(dòng)方式下，可使用分合扳手以及站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)同時(shí)分合固態(tài)復(fù)合開關(guān)，并保證開關(guān)為無弧分合。
文檔編號(hào)H02J13/00GK201682287SQ20092029256
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者劉宏, 李衛(wèi)國, 李志友, 李鵬, 趙剛, 馬海超 申請(qǐng)人:中電普瑞科技有限公司;中國電力科學(xué)研究院