付军,涂永飞,聂光辉

　　(镇江华东电力设备制造厂有限公司，江苏 镇江 212004)

       摘要：主要介绍一种厂用电快速切换装置控制切换逻辑的设计方法。该设计采用DSP和CPLD作为核心处理器件，DSP芯片负责计算、监控、录波和控制信号生成，CPLD负责将DSP生成的控制信号进行逻辑出口合成并发至断路器作为动作控制信号。

　　关键词：快切装置；厂用电；同期；DSP；CPLD；

　　中图分类号：TP273文献标识码：A DOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.22.001

　　引用格式：付军,涂永飞,聂光辉. 厂用电快切逻辑控制系统设计［J］.微型机与应用，2016,35（22）：67，10.

0引言

　　厂用电快速切换装置用于对供电可靠性要求较高的场合进行两路供电电源之间切换，保证对各用电设备的连续可靠供电，广泛用于发电厂、钢铁、石化［1］及煤炭等企业的供电控制系统。其切换过程需考虑两路供电电源及母线的电压、频率、相位、电流等电气量和开关位置接点等开关量，切换过程非常复杂，如何保证切换控制的可靠性显得尤为重要。本文在介绍厂用电切换装置的基础上设计了一种基于DSP数字信号处理器和CPLD可编程逻辑器件的快切装置逻辑切换控制系统，并成功应用于镇江华东电力设备制造厂有限公司［2］的新型厂用电快切装置的设计过程中。

1厂用电切换装置功能介绍

　　厂用电供电系统的供电电路图如图1所示［3］，装置负责母线的两路供电电源工作电和备用电之间的快速切换，快速切换就是指在母线残压还图1厂用电供电系统的供电电路图没有下降之前，投上备用电源，以便给用电设备连续供电。为了避免母线电压与备用电源电压相位差过大而在切换时造成冲击危险，装置切换过程检查同期条件（相差、频差）［4］，当不满足同期条件时，闭锁快速切换，转而进行同期捕捉，即在母线电压还未大幅下跌之前，通过对母线相位变化的实时计算分析，并根据合闸所需时间，捕捉合闸时机，使得合闸完成时备用电源电压与母线电压的相位差接近零度。运行时，装置需实时快速地检查工作电源、备用电源及母线的电压、电流、频率和相位，检查开关的位置，接受遥信命令，当电压出现故障、开关位置出现异常或接到手动切换命令时，装置快速启动切换，并在切换过程中计算捕捉同期条件，快速地合上备用电源。

2逻辑切换系统硬件设计

　　快切装置的切换可分为工作电源至备用电源和备用电源至工作电源的双向切换，所以装置的动作出口主要为合工作、跳备用、合备用、跳工作开关，按跳合开关的顺序，其切换方式分为：（1）并联切换：先合目标开关，再跳原来开关；（2）串联切换：先跳原来开关，再合目标开关。逻辑切换系统的设计方案采用DSP+CPLD的控制方式，DSP数字处理器采用TI公司的TMS32OF28335，其特点是32位处理器，具备浮点运算能力，主频高达150 MHz，内含256 K字Flash和34 K字SARAM,具有2个CAN口、3个SCI口、2个MCBSP、1个SPI口等丰富外围设备［5］。具有16通道12位A/D转换器，考虑到计算精度，本系统A/D芯片不采用片内A/D，而采用两片8通道16位A/D采样芯片AD7606，CPLD芯片采用ALTERA公司的EPM3128，整个切换系统硬件设计如图2所示。

　　DSP作为装置逻辑处理核心，负责监测工作电压、备用电压及母线电压，启动A/D采样，收集A/D转换数据，计算各路电源电压、频率、相位及频差、相差［6］，负责监测各开关状态及接受外围启动命令，切换时产生手动启动、低压启动和误跳启动信号，以启动装置进行切换，切换工程中DSP通过实时计算模拟量和监测开关量输入信号产生切换方向、合闸允许、跳闸允许、切换模式等信号，一旦发现故障，及时发出切换闭锁信号以结束切换过程。所有上述信号都输入到CPLD芯片，CPLD接受DSP发出的信号，并根据编程好的切换逻辑判断后发出合工作、跳备用、合备用及跳工作命令给出口继电器，启动断路器跳合闸。同时系统将相关出口信号返回给DSP以记录相关动作过程和时间。

3DSP控制程序设计

　　DSP程序流程如图3所示。DSP上电启动完成初始化后，不断检测各个开关量输入信号，启动A/D转换模拟量并计算各电气量信号，检查是否有切换信号，如果有切换信号，装置将进入切换控制程序，产生各个切换信号给CPLD以发出断路器动作信号，同时记录切换过程及录波数据。若无切换信号，DSP与人机交互CPU进行信息通信，将信息上传显示并响应人机交互命令。

4CPLD逻辑控制图设计

　　CPLD接收从DSP发来的各种切换信号，进行逻辑编程，采用逻辑图编程方式。首先启动切换信号和切换闭锁信号，串/并联信号进行逻辑合成以产生串联切换或并联切换方式，串联切换方式将先跳后合，并联切换方式将先合后跳。同时装置有切换闭锁信号，CPLD将闭锁装置切换，不响应切换命令，逻辑控制如图4所示。

　　产生串/联切换信号后，其信号与发来的切换方向、合闸允许及断路器开关接点信号进行合成后产生跳合闸输出信号，其中串联切换合闸信号必须等断路器常开输入接点断开并且接到合闸允许信号后才能发出，并联切换跳闸信号必须等断路器常开输入接点合上以后才能发出。图5为工作电至备用电切换的逻辑控制图，其出口为跳工作图5串/并联切换出口逻辑控制图

　　2.3移动端的视频监控

　　上述两个技术难点解决之后，在移动端实现视频监控这个问题也将迎刃而解。随着智能手机的发展，其功能已经越来越强大，Android和iOS两大智能手机操作系统也是愈发成熟，手机软件发展非常迅速。目前APP市场上免费提供流媒体视频文件播放的软件也很多，本系统在设计时选择了VLCStrFree这款手机软件，操作系统为iOS。VLCStrFree是VideoLAN计划的多媒体播放器在手机端的实现。它支持众多音频与视频解码器及文件格式，并且支持各类流式协议。VLC 是一款自由、开源的跨平台多媒体播放器及框架。通过以上介绍，成功地解决了本系统要实现的三个技术难点。

　　和合备用断路器出口信号。备用电至工作电切换正好相反，为跳备用和合工作出口，不再详细说明。

5结束语

　　厂用电快速切换装置作为供电系统重要的自动控制装置，其运行的稳定性和可靠性对系统供电来说至关重要，而切换逻辑控制系统设计是装置设计的核心，切换过程涉及的电气量、开关量及计算参数较多，再考虑到切换方向、开关动作次序等控制量，动作过程非常复杂。本设计将监控计算和出口逻辑合成分开，使得DSP数字处理器专门负责计算、监控装置及切换数据记录，充分发挥其控制计算性能，减少了其逻辑控制任务，也大大降低了编程的复杂度，逻辑出口合成则由CPLD完成，充分发挥其并行逻辑运算功能，实现了处理器的控制算法任务和数字逻辑任务的平行处理，各部分功能独立，运行更加可靠。在实际装置设计和运行中，本设计方案取得了较好的运行效果，满足了装置设计要求。

　　参考文献

　　［1］ 曹玉章.微机快速切换装置在石化企业厂用电系统的应用及推广［J］.电气应用,2010(14)：66-70.

　　［2］ 黄海波.厂用电快速装置相关问题研究 ［J］.华电技术，2009，31(9)：1-5.

　　［3］ 郭建，鲁国刚.新型厂用电快速切换装置设计［J］.广东电力,2006,19(12)：51-55.

　　［4］ 许正亚.变压器及中低压网络数字式保护［M］.北京：中国水利水电出版社,2004.

　　［5］ 刘陵顺，高艳丽，张树团,等.TMS320F28335 DSP 原理及开发编程［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2011.

　　［6］ 付英杰，梁志珊，侯玉，等.双电源快速切换系统仿真研究［J］.电气应用,2012(19)：60-65.