专利名称：一种高压固态复合开关阀基电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电力系统的控制装置，特别涉及在无弧的情况下自动或者 手动投切接触器的阀基电子(VBE)装置。
背景技术：
目前，电力电子设备常用的晶闸管阀基电子(VBE)装置主要是由电源板、触发逻 辑板、同步相位板、触发光接口板、阀监测板、光接收板和回报板组成，例如中国专利申请 CN200510102659. 9描述了一种分层分布式接结构的静止无功补偿器监控平台，包括底层、 中层和上层三个层次，其中通讯管理机、SVC支路微机保护单元、辅助保护单元、水冷系统监 控、阀基电子设备处于底层，通过串行接口与监控平台中层连接并以串行方式实现底层分 布通讯。其主要缺陷为VBE装置板卡多，结构功能复杂，输出信号经过多个板卡之间传递， 一旦出现故障，难以故障定位。无人机互动环节，人们无法直接对VBE装置进行手动操作。 本发明所涉及的阀基电子装置针对以上缺陷进行了创新升级。阀基电子装置结构简单，由 电源板，触发逻辑板、触发板和回报板组成。晶闸管阀基电子板的控制模块为以复杂可编程 逻辑器件CPLD为核心的可编程逻辑电路，便于维护和后续的升级开发。
发明内容
本发明的目的是为在最大程度上节省资源，减少固态复合开关VBE装置的外部接 口 ，便于人工对VBE装置进行操作，本发明通过采用电源板、触发逻辑板、触发板、回报板和 LED显示板作为固态复合开关VBE装置的主体，并增加了分合接触器和手动、自动以及退出 等人机互动环节，增加了复合开关的可操作性和可靠性。在需要补偿无功时通过控制晶闸 管的导通和关断实现接触器在电压的过零点投入以及支路电流的过零点切除，保证了系统 无功补偿的实时性，方便了值班人员。 本发明提出了一种固态复合开关阀基电子装置(VBE)，包括电源、中央控制单元、 触发逻辑板、回报板和人机接口部分，触发逻辑板和回报板与晶闸管阀串的触发板(TE板) 采用光纤进行连接。 其中，所述中央控制单元集成在所述触发逻辑板上，由双复杂可编程逻辑器件 CPLD组成，接收外部同步电压信号和人机接口部分的输入信号，并输出LED显示信号以及 继电器节点输出信号。 其中，所述人机接口部分包括工作状态扳手，分合扳手以及空气开关，其中，工作
状态扳手指示固态复合开关的手动工作方式、自动工作方式和固态复合开关退出方式，分
合扳手用于手动工作方式下进行手动分合固态复合开关，在退出方式下手动分合接触器，
空气开关作用是外部交直流电源开关以及电压互感器二次100V同步信号开关。 其中，所述阀基电子装置VBE采用直流220V供电的电源板，所述触发逻辑板采用
以双95144XL型CPLD作为控制核心，设置了 15路输入，通过光电隔离与复杂可编程逻辑器
件CPLD连接，采用8路继电器无源节点输出，同时设置LED数码管显示驱动电路，驱动共30路数码管，所述触发逻辑板采用光电输出，通过光纤将触发信号转换成可靠的光信号输出 给触发晶闸管的触发机构，保证了在有电力电子器件干扰的情况下将触发信号准确无误的 传输给晶闸管触发机构，所述回报板采用晶闸管回报机构回报的光信号，将其转换成电信 号发送给触发逻辑板。 其中，所述阀基电子装置VBE的每个周波都检查晶闸管和与晶闸管相连的晶闸管 阀串的触发板(TE板)的工作状态以及好坏，如果晶闸管以及晶闸管阀串的触发板(TE板) 工作正常时，显示在VBE机箱前面板上对应于每个晶闸管或TE板工作状态的LED上，得到 投入和切除并联电容器组的命令后，VBE装置在输入到VBE装置的电压互感器二次电压过 零点给晶闸管阀串的触发板(TE板)发出触发命令，由所述触发板触发晶闸管，晶闸管触 发短时延时之后，控制系统分合接触器，由于晶闸管处于导通状态，接触器被晶闸管短路， 经过短时延时之后再分合接触器，接触器在分合过程中不承受电压，也无电流，不会产生拉 弧，如果晶闸管或者触发板工作不正常，为了保护晶闸管，防止触发时不同步触发烧坏晶闸 管的情况发生，则不会发出触发命令，并产生报警，同时报警信号以继电器无源节点的形式 远传给变电站值班人员检查装置， 其中，为了变电站值班人员准确故障定位，阀基电子装置VBE针对晶闸管阀串采 用一对反并联晶闸管对应一个工作显示灯的方式，哪个工作显示灯灭，则表示该对晶闸管 或TE板取能相应出现故障； 具体的鉴别方式是接触器在断开时，如果工作显示灯灭，如果TE板取能正常，则 代表阀体出现了故障；接触器闭合时，如果工作显示灯灭，则代表TE板出现了故障，
其中，为了防止由于晶闸管或者TE板出现了故障之后影响接触器的正常分合， VBE装置设置了工作状态扳手，分别为手动方式、自动方式和退出方式，其中在手动方式下， 由变电站内综合自动控制系统给出分合节点信号或者直接扭动机柜上的分合扳手，VBE接 收分合指令后触发晶闸管，从而分合接触器；自动方式下，VBE装置接收投切电容器组的指 令自动触发晶闸管，从而分合接触器，无须人工操作；而退出方式通常是在发生故障后，手 动将固态复合开关工作状态扳手打到退出方式，此时VBE装置即使接收到投切电容器组的 命令也不会触发晶闸管，同时也不会分合接触器，由变电站人员在柜体上拧动分合扳手直 接控制接触器的分合，从而不会耽误并联电容器组的正常分合。 本发明的有益效果是从整体结构的角度来看，本产品为紧凑型装置，占地面积 小，外部接线少，整体结构简单。工作方式简单，本装置为自动控制设备，在正常情况下，变 电站值班人员只须将控制系统工作状态扳手打到自动运行模式下即可，无须变电站值班人 员手动操作，方便了值班人员；同时也可以在手动方式下由站内综合自动化系统给出信号 手动控制固态复合开关的分合；控制系统和晶闸管触发板(TE板)之间采用光纤连接，由于 光信号不受外部电信号的干扰，保证了触发信号准确下发给TE板以及TE板准确回报晶闸 管阀的工作状态。
图1是依据本发明的阀基电子装置的控制原理示意图；
图2是依据本发明的阀基电子装置机柜前面板的示意图；
图3是依据本发明的阀基电子装置的后端子的示意 图4是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板(TLT板)的输入信号光电耦合 电路示意图； 图5是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板同步电压处理电路示意图；
图6是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板输出继电器节点信号电路示意 图； 图7是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板的双CPLD控制电路示意图，其中 图7-1输入信号处理示意图，图7-2控制信号输出示意图； 图8是依据本发明的阀基电子装置的触发板(TRIG板)的触发信号调理电路示意 图； 图9是依据本发明的阀基电子装置的回报板(0PT0板)信号调理电路示意图；
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。 如图1所示，是依据本发明的阀基电子装置的控制原理示意图，VBE装置采用直流 220V供电的电源板，核心部分触发逻辑板采用以双95144XL型CPLD作为控制核心，设置了 15路输入(通过光电隔离与CPLD连接)，8路继电器无源节点输出，同时设置了 LED数码管 显示驱动电路，驱动共30路数码管。触发板采用了光电输出，通过光纤将触发信号转换成 可靠的光信号输出给触发晶闸管的触发机构，保证了在有电力电子器件干扰的情况下将触 发信号准确无误的传输给晶闸管触发机构；回报板仍然采用了晶闸管回报机构回报的光信 号，将其转换成电信号发送给触发逻辑板。 VBE装置每个周波都检查晶闸管和与晶闸管相连的触发晶闸管触发(TE)板的工 作状态以及好坏，如果晶闸管以及TE板工作正常时，VBE机箱前面板有对应于每个晶闸管 或TE板工作状态的LED显示。得到投入和切除并联电容器组的命令后，VBE装置在输入到 VBE装置的电压互感器二次电压过零点给触发板发出触发命令，由触发板触发晶闸管，晶闸 管触发短时延时之后，控制系统分合接触器。由于晶闸管处于导通状态，接触器被晶闸管短 路，经过短时延时之后再分合接触器，接触器在分合过程中不承受电压，也无电流，不会产 生拉弧。如果晶闸管或者触发板工作不正常，为了保护晶闸管，防止触发时不同步触发烧坏 晶闸管的情况发生，则不会发出触发命令，并产生报警，同时报警信号可以以继电器无源节 点的形式远传给变电站值班人员检查装置。为了值班人员准确故障定位，VBE针对晶闸管 阀串采用了一对反并联晶闸管对应一个工作显示灯的方式，哪个工作显示灯灭，则该对晶 闸管或TE板取能相应出现了故障。具体的鉴别方式是接触器在断开时，如果工作显示灯 灭，如果TE板取能正常，则代表阀体出现了故障；接触器闭合时，如果工作显示灯灭，则代 表TE板出现了故障。为了防止由于晶闸管或者TE板出现了故障之后影响接触器的正常分 合，VBE装置设置了工作状态扳手，分别为手动方式、自动方式和退出方式。其中手动方式 下，由变电站内综合自动控制系统给出分合节点信号或者直接扭动机柜上的分合扳手，VBE 接收分合指令后触发晶闸管，分合接触器；自动方式下，VBE装置接收投切电容器组的指令 自动触发晶闸管，分合接触器，无须人工操作；而退出方式通常是在发生故障后，手动将固 态复合开关工作状态扳手打到退出方式，此时VBE装置即使接到投切电容器组的命令不会 触发晶闸管，也不会分合接触器，由变电站人员在柜体上拧动分合扳手直接控制接触器的分合，不会耽误并联电容器组的正常分合。 图2是依据本发明的阀基电子装置机柜前面板的示意图，其中KK为分合扳手，平 时处在中间位置，左拧为分闸，右拧为合闸。QK为工作状态扳手，中间位置是退出控制扳 手，此时固态复合开关退出运行，接触器由柜体上的分合扳手控制分合；左边位置为自动工 作方式位置，此时VBE接收前级无功计算环节的命令，前级在需要投切时给VBE —个继电器 节点闭合信号，VBE接收到信号后，如果前面板的每个LED都显示晶闸管或者TE板工作正 常，则在得到继电器信号后的第一个电压过零点触发晶闸管，经过短时延时之后再分合接 触器；右边位置是手动工作方式位置，此时VBE不再接收前级无功计算环节的指令，可以通 过站内综合自动控制系统给出节点信号或者拧动KK，如果前面板的每个LED都显示晶闸管 或者TE板工作正常，则在站内综合自动控制系统给出节点信号或者拧动KK之后的第一个 电压过零点触发晶闸管，经过短时延时之后再分合接触器丄ED1为接触器合闸指示灯，LED2 为接触器分闸指示灯。 图3是依据本发明的阀基电子装置的后端子的示意图，其中POWER为电源板，UA+ 与UA-接A相电压互感器低压侧电压，UB+与UB-接B相电压互感器低压侧电压，UC+与 UC-接C相电压互感器低压侧电压。下面的DC+和DC-接220V直流电，FG接地。TLT板上 半部分是8个输入，分别为INI IN8， COM为输入的公共端，用来接收前级分合接触器的 指令以及固态复合开关退出转为由分合扳手直接控制接触器的指令；下半部分是8个继电 器节点开关输出量，输出分合接触器的节点信号，以及接触器分合状态指令和固态复合开 关退出节点信号，如果晶闸管或者TE板有故障，则输出固态复合开关故障节点信号。0PT01 和0PT02为光纤接收板，接收TE板回报的光信号，转换成电信号后反馈给TLT板；TRIG1和 TRIG2为触发板，接收TLT发出的触发信号，将TLT发出的触发信号转成光信号送给TE板用 以触发晶闸管。 图4是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板(TLT板)的输入信号光电耦合 电路示意图，其中INI为外部输入开关量信号，经过光电耦合之后变成数字信号he送给TLT 板的CPLD进行处理。 图5是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板同步电压处理电路示意图，其中 Ua为TLT板外部输入电压，U1A、U1B和U2A为三个运算放大器，VAI为光电耦合输出给CPLD 信号。Ua经过三个运算放大器组成的调理电路，将同步电压调理成为方波，通过光电耦合， 送给TLT板的CPLD，作为同步电压信号。 图6是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板输出继电器节点信号电路示意 图，其中keel为CPLD输出的信号，XJ1A为继电器励磁线圈。经过光电耦合，增大了输出电 流，驱动继电器动作。 图7是依据本发明的阀基电子装置的触发逻辑板的双CPLD控制电路示意图，其中 两个CPLD作为触发逻辑板的控制核心，其中图7-1的CPLD为接收外部输入信号并处理，图 7-2中CPLD为将图7-1中CPLD处理后的信号输出继电器节点信号以及到LED显示。
图8是依据本发明的阀基电子装置的触发板(TRIG板)的触发信号调理电路示意 图，其中r为TLT板CPLD输出的信号，U14A和U15A为两个施密特反相器，U4A和U5A为两 个施密特反相器。T4为光纤发射器，输出光信号。r为高电平有效，当r为高电平时，REN为 高电平，REN1始终为高电平，此时T4的3脚为低电平，光纤发射器将低电平信号发射出去。
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图9是依据本发明的阀基电子装置的回报板(0PT0板)信号调理电路示意图，其 中optor8为光纤接收器，没有光纤回报信号时，6脚为高电平，当optor8接收从晶闸管回 报回来的光信号，然后将其转换为低电平信号，经过两级反相之后，0PT08为低电平输出给 CPLD进行处理。 此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来 说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅 是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
一种固态复合开关阀基电子装置(VBE)，包括电源、中央控制单元、触发逻辑板、回报板和人机接口部分，触发逻辑板和回报板与晶闸管阀串的触发板(TE板)采用光纤进行连接。
2. 如权利要求1所述的固态复合开关VBE装置，其特征在于所述中央控制单元集成 在所述触发逻辑板上，由双复杂可编程逻辑器件CPLD组成，接收外部同步电压信号和人机 接口部分的输入信号，并输出LED显示信号以及继电器节点输出信号。
3. 如权利要求2所述的固态复合开关VBE装置，其特征在于所述人机接口部分包括 工作状态扳手，分合扳手以及空气开关，其中，工作状态扳手指示固态复合开关的手动工作 方式、自动工作方式和固态复合开关退出方式，分合扳手用于手动工作方式下进行手动分 合固态复合开关，在退山方式下手动分合接触器，空气开关作用是外部交直流电源开关以 及电压互感器二次100V同步信号开关。
4. 如权利要求3所述的固态复合开关VBE装置，其特征在于所述阀基电子装置VBE 采用直流220V供电的电源板，所述触发逻辑板采用以双95144XL型CPLD作为控制核心，设 置了 15路输入，通过光电隔离与复杂可编程逻辑器件CPLD连接，采用8路继电器无源节点 输出，同时设置LED数码管显示驱动电路，驱动共30路数码管，所述触发逻辑板采用光电输 出，通过光纤将触发信号转换成可靠的光信号输出给触发晶闸管的触发机构，保证了在有 电力电子器件干扰的情况下将触发信号准确无误的传输给晶闸管触发机构，所述回报板采 用晶闸管回报机构回报的光信号，将其转换成电信号发送给触发逻辑板。
5. 如权利要求4所述的固态复合开关VBE装置，其特征在于所述阀基电子装置VBE 的每个周波都检查晶闸管和与晶闸管相连的晶闸管阀串的触发板(TE板)的工作状态以及 好坏，如果晶闸管以及晶闸管阀串的触发板(TE板)工作正常时，显示在VBE机箱前面板上 对应于每个晶闸管或TE板工作状态的LED上，得到投入和切除并联电容器组的命令后，VBE 装置在输入到VBE装置的电压互感器二次电压过零点给晶闸管阀串的触发板(TE板)发出 触发命令，由所述触发板触发晶闸管，晶闸管触发短时延时之后，控制系统分合接触器，由 于晶闸管处于导通状态，接触器被晶闸管短路，经过短时延时之后再分合接触器，接触器在 分合过程中不承受电压，也无电流，不会产生拉弧，如果晶闸管或者触发板工作不正常，为 了保护晶闸管，防止触发时不同步触发烧坏晶闸管的情况发生，则不会发出触发命令，并产 生报警，同时报警信号以继电器无源节点的形式远传给变电站值班人员检查装置。
6. 如权利要求5所述的固态复合开关VBE装置，其特征在于为了变电站值班人员准 确故障定位，阀基电子装置VBE针对晶闸管阀串采用一对反并联晶闸管对应一个工作显示 灯的方式，哪个工作显示灯灭，则表示该对晶闸管或TE板取能相应出现故障；具体的鉴别方式是接触器在断开时，如果工作显示灯灭，如果TE板取能正常，则代表 阀体出现了故障；接触器闭合时，如果工作显示灯灭，则代表TE板出现了故障。
7. 如权利要求6所述的固态复合开关VBE装置，其特征在于为了防止由于晶闸管或 者TE板出现了故障之后影响接触器的正常分合，VBE装置设置了工作状态扳手，分别为手 动方式、自动方式和退出方式，其中在手动方式下，由变电站内综合自动控制系统给出分合 节点信号或者直接扭动机柜上的分合扳手，VBE接收分合指令后触发晶闸管，从而分合接触 器；自动方式下，VBE装置接收投切电容器组的指令自动触发晶闸管，从而分合接触器，无 须人工操作；而退出方式通常是在发生故障后，手动将固态复合开关工作状态扳手打到退出方式，此时VBE装置即使接收到投切电容器组的命令也不会触发晶闸管，同时也不会分 合接触器，由变电站人员在柜体上拧动分合扳手直接控制接触器的分合，从而不会耽误并 联电容器组的正常分合。
全文摘要
一种能够自动投切固态复合开关的阀基电子设备VBE机箱。它是外部接入三相电压互感器二次100V交流同步信号，并需要接入220V直流电源的控制系统，只要将工作开关扳手打到自动运行，可以在系统需要补充或者切除容性无功时自动投入和切除并联电容器组，在手动方式下，可使用分合扳手以及站内综合自动化系统同时分合固态复合开关，并保证开关为无弧分合。
文档编号H02J13/00GK101795001SQ200910250648
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者刘宏, 李卫国, 李志友, 李鹏, 赵刚, 马海超 申请人:中电普瑞科技有限公司;中国电力科学研究院