一种适用于柴油发电机的自投自复方法和装置制造方法

一种适用于柴油发电机的自投自复方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种柴油发电机自动投入(简称自投)和工作进线电源自动恢复供电(简称自复)的方法，步骤是：采集进线、母线、柴油发电机线路上电气量和开关量信息，完成自投或自复准备过程。在完成自投准备过程后，当母线无压、进线无压无流时，启动柴油发电机，跳进线开关、出线开关，合柴油发电机开关、出线开关，实现自投过程；在完成自复准备过程后，当进线恢复有压后，自复动作跳出线开关、柴油发电机开关，合进线开关、出线开关，实现自复过程。另外本发明还提供了相应的装置，增加了对出线开关进一步智能分合控制功能，改善了自投自复过程中柴油发电机起停机、投切负荷的机电暂态过程。
【专利说明】一种适用于柴油发电机的自投自复方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，特别涉及一种柴油发电机自动投入（以下简称自投） 和工作进线电源自动恢复供电（以下简称自复）的方法和装置。

【背景技术】
[0002] 柴油发电机因为容量大，运行灵活、便捷、智能化程度高、低排放等优点在应急供 电系统中得到了广泛应用。对于有备用柴油发电机的系统，当工作进线电源（以下简称进 线）失电后，一般启动柴油发电机，由柴油发电机给全部或部分负荷提供电源；当进线恢复 供电后，再切除柴油发电机，由进线给负荷供电。
[0003] 柴油发电机启停机（启动、停机）和投切负荷过程是一个典型的机电暂态过程，期 间系统的电压、电流、频率（转速）有明显的波动，如果操作不当，一方面会增加系统暂态时 间，影响电能质量，另一方面会加剧柴油机磨损甚至引起拉缸、烧瓦事故。相关内容可参考 《柴油机的11种误操作》（吴修海，工程机械与维修，2007年第3期，第157页）、《船舶柴油 发电机组的建模与运行仿真研究》（李东辉，大连海事大学，硕士学位论文，2011年）。
[0004] 目前，进线和柴油发电机间的切换常见方法有：
[0005] 方法一，由工作人员结合相关规程和经验独自完成或与备自投装置共同完成切换 过程。
[0006] 方法二，使用常规备自投装置（或电源切换装置）完成进线和柴油发电机的切换 过程。在进线失压时切除进线，合柴油发电机开关；在进线恢复供电后，再切除柴油发电机， 合相应进线开关。
[0007] 方法三，专利CN201110175015. 8公开的一种发电厂保安电源备自投控制系统：当 市电工作电源失电时，启动市电备用电源，无法启动市电备用电源时，启动柴油机供电，当 市电工作电源恢复供电后回切至市电工作电源。
[0008] 方法四，专利89103744. 6公开的一种电起动柴油机组全自动快速发供电装置，适 用于中小型电起动柴油发电机组，在市电中断后启动柴油机供电并适时转供市电。
[0009] 上述现有方法存在一些问题。
[0010] 方法一增加了工作人员工作量；存在误操作等安全隐患；人工操作较慢，较长的 切换时间会给用电单位带来一定经济效益影响。
[0011] 方法二?方法四在投切柴油发电机前没有对出线开关作进一步的分合控制，简单 地将柴油发电机等效为大容量的备用工作电源，由于没有考虑机电暂态过程的影响，可能 在投切时增加系统暂态时间、影响电能质量，甚至会加剧柴油机磨损甚至引起拉缸、烧瓦事 故。同时难以识别一些不需自投或自复的情况：如电压二次回路断线、停电检修等情况时可 能会误认为失电而动作。


【发明内容】

[0012] 本发明的目的为，提出一种适用于柴油发电机的自投和自复（简称自投自复）的 改进方法和装置，保留现有备自投装置自动动作、快速切换的优点，增加了对出线开关进一 步分合控制功能，改善了自投自复过程中柴油发电机起停机、投切负荷的机电暂态过程，同 时增加自投和自复准备过程和电流判剧来智能识别自投自复。
[0013] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0014] 一种适用于柴油发电机的自投和自复（简称自投自复）方法，包括如下步骤：
[0015] (1)采集进线、母线、柴油发电机线路上电气量和开关量信息；
[0016] ⑵检测到电气量、开关量满足预先设定的自投准备条件时，完成自投准备过程 (或称为自投充电过程）；检测到电气量、开关量满足预先设定的自复准备条件时，完成自 复准备过程（或称为自复充电过程）；
[0017] (3)检测到完成自投准备过程后，当母线无压、进线无压无流时，自投动作启动柴 油发电机，跳进线开关、出线开关，合柴油发电机开关、出线开关；
[0018] (4)检测到完成自复准备过程后，当进线恢复有压后，自复动作跳出线开关、柴油 发电机开关，合进线开关、出线开关。
[0019] 进一步地，所述步骤（2)中，满足准备条件时，经延时完成准备过程，其中准备条 件包含充电条件和放电条件。当满足充电条件，且不满足放电条件时，表示满足准备条件； 准备过程（或称为充电过程）完成后，若充电条件不再满足，准备过程依然是完成状态，但 若有放电条件出现，则准备过程立即变为未完成状态。
[0020] 不同的电气主接线图和运行方式下充电和放电条件一般不完全相同。自投充电条 件是用来描述柴油发电机自投动作前进线、柴油发电机等开关位置和母线电压情况的一些 信号，以体现柴油发电机自投动作前的正常状态是进线供电，柴油发电机处于备用状态，自 投放电条件是不允许柴油发电机自投或自投全部动作已完成的一些信号，当满足放电条件 时，自投充电过程停止。
[0021] 自恢复充电条件是用来描述进线自恢复动作前开关位置和母线电压情况的一些 信号，以体现母线和出线在柴油发电机自投动作前的状态是由柴油发电机供电，电网进线 处于备用状态。自恢复放电条件是不允许进线自恢复或自恢复全部动作已完成的一些信 号，当满足放电条件时，自复充电过程停止。
[0022] 进一步地，预先设定的自投充电条件包括进线开关在合位，母线有压，柴油发电机 开关在分位；自投放电条件包括自投动作过程结束，或有闭锁自投的定值，或有闭锁自投的 开入、或有闭锁自投的报警和动作信号。
[0023] 进一步地，预先设定的自复充电条件包括柴油发电机开关在合位，母线有压，进线 开关在分位；自复放电条件包括自复动作过程结束，或有闭锁自复的定值，或有闭锁自复的 开入、或有闭锁自复的报警和动作信号。
[0024] 进一步地，所述步骤（3)中，自投动作方法详细步骤如下：
[0025] ( -）检测到完成自投准备过程，母线、进线全无压，进线无流时，则启动柴油发电 机，跳进线开关；
[0026] (二）根据预先设置的切除方式，跳出线开关，若有分段开关，根据预定设置方式， 合（或不合）分段开关；
[0027] (三）检测到柴油发动作启动完成后合柴油发电机开关，检测到母线恢复有压后， 合出线开关。
[0028] 进一步地：所述自投动作步骤（三）中，合出线开关时先合重要等级最高的出线， 若达到柴油发电机容量值，则停止继续合其他出线开关，若还未达到设定容量，则合重要等 级次高的出线开关，直至达到设定的柴油发电机容量值。
[0029] 进一步地，所述步骤（4)中，自复动作方法详细步骤如下：
[0030] (一）检测到完成自复准备过程，进线恢复有压，有自复启动信号后，发出准备切 柴油发电机信号，然后根据预先设置的切除方式，跳出线开关，若有分段开关，根据预先设 置方式选择跳（或不跳）分段开关。
[0031] (二）跳柴油发电机开关，在母线无压后，合进线开关、出线开关。
[0032] 进一步地，所述检测到的柴油发电机启动完成信号、自恢复启动信号可以是开入、 遥控命令等信号；也可以是预先设置好延时信号（延时达到时间定值后认为收到信号）。
[0033] 本发明还提供一种适用于柴油发电机的自投自复装置，其特征在于包括采集模 块、准备模块、自投动作模块、自复动作模块，其中：
[0034] 所述采集模块用于继电保护装置采集进线、母线、柴油发电机线路上电气量和开 关量信息；
[0035] 所述准备模块用于根据采集的电气量、开关量和预先设定自投准备条件和自复准 备条件判断是否完成自投准备过程或自复准备过程；
[0036] 所述自投动作模块用于根据准备模块判断的结果，当完成自投准备过程且母线无 压、进线无压无流时，继电保护装置发出启动柴油发电机、跳进线开关、出线开关，合柴油发 电机开关、出线开关命令；
[0037] 所述自复动作模块用于根据准备模块判断的结果，当完成自复准备过程且进线恢 复有压后，继电保护装置发出跳出线开关、柴油发电机开关，合进线开关、出线开关命令。
[0038] 进一步地，所述自投动作模块具体功能如下：
[0039] ( -）检测到完成自投准备过程且母线无压、进线无压无流时，发出启动柴油发电 机和跳进线开关命令；
[0040] (二）根据预先设置的切除方式，发出跳出线开关命令，若有分段开关，根据预定 设置方式，发出（或不发出）合分段开关命令；
[0041] (三）检测到柴油发动作启动完成后发出合柴油发电机开关命令，检测到母线恢 复有压后，发出合出线开关命令。
[0042] 进一步地，所述自复动作模块具体功能如下：
[0043](一）检测到完成自复准备过程且进线恢复有压，有自复启动信号后，发出准备切 柴油发电机信号，然后根据预先设置的切除方式，发出跳出线开关命令，若有分段开关，根 据预先设置方式，发出（或不发出）跳分段开关命令；
[0044](二）发出跳柴油发电机开关命令，在母线无压后，发出合进线开关、出线开关命 令。
[0045] 进一步地，所述自投动作模块和自复动作模块中继电保护装置发出的跳/合进线 开关、出线开关、柴油发电机开关命令，通过闭合装置上不同继电器接点，或通过以太网、无 线网等形式将命令报文发送给执行装置实现。
[0046] 采用上述方案后，可以智能识别并完成自投、自复准备过程，在进线失压时，自动 启动柴油发电机，切除进线开关、出线开关，待检测到备用柴油发电机启动后，合上柴油发 电机开关，根据柴油机的带负载状况，分批加载负荷，消除柴油发电机启停机、投切负荷的 机电暂态过程带来的不良影响。在进线恢复供电后，自动减载负荷，并切除备用柴油发电 机，切换至进线供电方式，实现柴油发电机自投和进线自复的过程。

【专利附图】

【附图说明】
[0047] 图1是本发明实施例的准备模块工作示意图；
[0048] 图2是本发明的一个具体实施例的主接线示意图；
[0049] 图3是本发明实施例的装置结构图。

【具体实施方式】
[0050] 以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0051] 本发明实施例提供一种适用于柴油发电机的自投自复方法，包括如下步骤：
[0052] (1)采集进线、母线、柴油发电机线路上电气量和开关量信息。
[0053] 具体地，附图2中采集进线1电压Uxl、进线1电流II ;进线2电压Ux2、进线2电 流12、I母电压、II母电压、柴油发电机线路电流Ig、进线1开关1DL位置、进线2开关2DL 位置、分段开关3DL位置、柴油发电机开关4DL位置。
[0054] (2)检测到电气量、开关量满足预先设定的自投准备条件时，完成自投准备过程； 检测到电气量、开关量满足预先设定的自复准备条件时，完成自复准备过程。
[0055] 具体地，附图2中自投准备条件包括自投充电条件和自投放电条件，当满足自投 充电条件，且不满足自投放电条件时，表示满足自投准备条件；自投准备过程完成后，若自 投充电条件不再满足，自投准备过程依然是完成状态，但若有自投放电条件出现，则自投准 备过程立即变为未完成状态。同样地，自复准备条件包括自复充电条件和自复放电条件，当 满足自复充电条件，且不满足自复放电条件时，表示满足自复准备条件；自复准备过程完成 后，若自复充电条件不再满足，自复准备过程依然是完成状态，但若有自复放电条件出现， 则自复准备过程立即变为未完成状态。准备模块工作示意图见附图1，其中：
[0056] A代表米集电气量、开关量信息；
[0057] B1代表检测是否有自投放电条件；B2代表检测是否有自复放电条件；
[0058] C1代表检测是否已完成自投准备过程；C2代表检测是否已完成自复准备过程；
[0059] D1代表检测是否满足自投充电条件；D2代表检测是否满足自复充电条件；
[0060] E1代表自投准备延时；E2代表自复准备延时；
[0061] F1代表完成自投准备过程；F2代表完成自复准备过程。
[0062] 图2为本发明的一个具体实施例的主接线示意图，图中：
[0063] 1DL表示进线1开关，2DL表示进线2开关，3DL表示分段开关，4DL表示柴油发电 机开关，Uxl表示进线1电压，Ux2表示进线2电压，II表示进线1电流，12表示进线2电 流，Ig表示柴油发电机线路电流，1?m代表I母下的m(m彡1)条出线，1?η代表II母下 的η(η彡1)条出线，G表示柴油发电机。
[0064] 具体地，附图2中自投充电条件为：
[0065] (a) I母和II母有压；
[0066] (b)进线1开关1DL在合位，或进线2开关2DL在合位。
[0067] (c)柴油发电机开关4DL在分位。
[0068] 附图2中自投放电条件为：
[0069] (a)自投全部动作完成；
[0070] (b)整定控制字或软压板不允许自投；
[0071] (c)有闭锁自投开入（如闭锁自投硬压板、手跳/手合闭锁自投信号等）；
[0072] (d)有闭锁自投的报警和动作信号（如开关故障、柴油发电机故障、保护动作闭锁 信号等）。
[0073] 当满足自投充电条件且不满足自投放电条件时，经延时完成自投准备过程。
[0074] 附图2中自复充电条件为：
[0075] (a) I母和II母有压；
[0076] (b)进线1开关1DL和进线2开关2DL均在分位。
[0077] (c)柴油发电机开关4DL在合位。
[0078] 附图2中自复放电条件为：
[0079] (a)自复全部动作完成；
[0080] (b)整定控制字或软压板不允许自复；
[0081] (c)有闭锁自复开入（如闭锁自复硬压板、手跳/手合闭锁自复信号等）；
[0082] (d)有闭锁自复的报警和动作信号（如开关故障、保护动作闭锁信号等）。
[0083] 当满足自复充电条件且不满足自复放电条件时，经延时完成自复准备过程。
[0084] (3)检测到完成自投准备过程后，当母线无压、进线无压无流时，自投动作启动柴 油发电机，跳进线开关、出线开关，合柴油发电机开关、出线开关；
[0085] 具体地，附图2中自投动作方法如下：
[0086] (a)检测到完成自投准备过程，且I母和II母、进线1和进线2全无压，且进线1、 进线2均无流时，启动柴油发电机，跳进线1和进线2开关。
[0087] (b)根据预先设置的切除方式，分轮或一次跳开全部或部分出线开关，根据设置方 式选择是否合分段开关3DL。
[0088] (c)检测到柴油发电机启动完成（该信号可以是开入、遥控命令等信号；也可以 是预先设置好延时信号），合上柴油发电机开关4DL，检测到母线恢复有压后，先合重要等 级最高的出线，若达到柴油发电机容量值，则停止继续合其他出线开关，若还未达到设定容 量，则合重要等级次高的出线开关，直至达到设定的柴油发电机容量值。
[0089] (4)检测到完成自复准备过程后，当进线恢复有压后，自复动作跳出线开关、柴油 发电机开关，合进线开关、出线开关。
[0090] 具体地，附图2中自复动作方法如下：
[0091] (a)检测到完成自复准备过程，进线1或进线2恢复有压，检测到自复启动信号后 (该信号可以是开入、遥控命令等信号；也可以是预先设置好延时信号），发出准备切柴油 发电机信号，然后根据预先设置的切除方式，分轮或一次跳开全部或部分出线开关，根据设 置方式选择是否跳分段开关3DL。
[0092] (b)跳柴油发电机开关4DL，在I母和II母全无压后，合上恢复有压的进线开关 (若进线1和进线2均恢复有压，可按优先级选择合进线1或进线2开关，或者设置方式选 择跳开3DL)、分轮或一次合出线开关。
[0093] 上述方法实现了柴油发电机自动投入和进线自动恢复过程。在自投时，常规备自 投方法是直接切除进线开关，然后合柴油发电机开关。然而柴油发电机相对于进线是一个 小容量电源，带大量负荷合柴油发电机开关会加剧柴油机磨损甚至引起拉缸、烧瓦事故。本 方法在进线失压后先启动柴油发电机，切除进线开关和全部或部分出线开关，在检测到柴 油发电机启动完成后才合柴油发电机开关，最后根据柴油发电机容量智能加载出线；自复 时，为防止带负荷急停机，先发出准备切油机信号命令，然后减载出线，再跳柴油发电机开 关。避免了常规备自投方法带负荷起柴油发电机和急停负荷时对柴油发电机较大的冲击问 题。另外，引入自投和自复准备过程，可智能识别一些不需自投或自复的情况，防止备自投 误动作。
[0094] 另外，本发明还有实施例提供一种适用于柴油发电机的自投自复装置，如图3所 示，包括采集模块、准备模块、自投动作模块、自复动作模块，其中：
[0095] 所述采集模块用于继电保护装置采集进线、母线、柴油发电机线路上电气量和开 关量信息；
[0096] 所述准备模块用于根据采集的电气量、开关量和预先设定自投准备条件和自复准 备条件判断是否完成自投准备过程或自复准备过程；
[0097] 所述自投动作模块用于根据准备模块判断的结果，检测到完成自投准备过程且母 线无压、进线无压无流时：
[0098] (a)发出启动柴油发电机和跳进线开关命令；
[0099] (b)根据预先设置的切除方式，发出跳出线开关命令，若有分段开关，根据预定设 置方式，发出（或不发出）合分段开关命令；
[0100] (c)检测到柴油发动作启动完成后发出合柴油发电机开关命令，检测到母线恢复 有压后，发出合出线开关命令。
[0101] 所述自复动作模块用于根据准备模块判断的结果，当完成自复准备过程且进线恢 复有压后：
[0102] (a)检测到自复启动信号后，发出准备切柴油发电机信号，然后根据预先设置的切 除方式，发出跳出线开关命令，若有分段开关，根据预先设置方式，发出（或不发出）跳分段 开关命令；
[0103] (b)发出跳柴油发电机开关命令，在母线无压后，发出合进线开关、出线开关命令。
[0104] 实施例的继电保护装置发出跳/合进线开关、出线开关、柴油发电机开关命令时， 闭合装置上不同继电器接点，同时通过以太网或无线网将报文发送给后台监控系统。
[0105] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
【权利要求】
1. 一种适用于柴油发电机的自投自复方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 采集进线、母线、柴油发电机线路上电气量和开关量信息； (2) 检测到电气量、开关量满足预先设定的自投准备条件时，完成自投准备过程；检测 到电气量、开关量满足预先设定的自复准备条件时，完成自复准备过程； (3) 检测到完成自投准备过程后，当母线无压、进线无压无流时，自投动作启动柴油发 电机，跳进线开关、出线开关，合柴油发电机开关、出线开关； (4) 检测到完成自复准备过程后，当进线恢复有压时，自复动作跳出线开关、柴油发电 机开关，合进线开关、出线开关。
2. 如权利要求1所述的适用于柴油发电机的自投自复方法，其特征在于：所述步骤（2) 中，满足准备条件时，经延时完成准备过程，其中准备条件包含充电条件和放电条件；当满 足充电条件，且不满足放电条件时，表示满足准备条件；准备过程完成后，若充电条件不再 满足，准备过程依然是完成状态，但若有放电条件出现，则准备过程立即变为未完成状态。
3. 如权利要求1和权利要求2所述的适用于柴油发电机的自投自复方法，预先设定的 自投充电条件包括进线开关在合位，母线有压，柴油发电机开关在分位；自投放电条件包括 自投动作过程结束，或有闭锁自投的定值，或有闭锁自投的开入、有闭锁自投的报警和动作 信号； 预先设定的自复充电条件包括柴油发电机开关在合位，母线有压，进线开关在分位；自 复放电条件包括自复动作过程结束，或有闭锁自复的定值，或有闭锁自复的开入、或有闭锁 自复的报警和动作信号。
4. 如权利要求1所述的适用于柴油发电机的自投自复方法，其特征在于：所述步骤（3) 中，自投动作方法如下： (1) 检测到完成自投准备过程，母线、进线全无压，进线无流时，则启动柴油发电机，跳 进线开关； (2) 根据预先设置的切除方式，跳出线开关，若有分段开关，根据预定设置方式，合（或 不合）分段开关； (3) 检测到柴油发动作启动完成后合柴油发电机开关，待母线恢复有压后，合出线开 关。
5. 如权利要求4所述的适用于柴油发电机的自投动作方法，其特征在于：所述自投动 作步骤（3)中，合出线开关时先合重要等级最高的出线，若达到柴油发电机容量值，则停止 继续合其他出线开关，若还未达到设定容量，则合重要等级次高的出线开关，直至达到设定 的柴油发电机容量值。
6. 如权利要求1所述的适用于柴油发电机的自投自复方法，其特征在于：所述步骤（4) 中，自复动作方法如下： (1) 检测到完成自复准备过程，进线恢复有压，有自复启动信号后，发出准备切柴油发 电机信号，然后根据预先设置的切除方式，跳出线开关，若有分段开关，根据预先设置方式 选择跳（或不跳）分段开关； (2) 跳柴油发电机开关，在母线无压后，合进线开关、出线开关。
7. 如权利要求1和权利要求6所述的适用于柴油发电机的自投自复方法，其特征在于： 所述检测到的柴油发动作启动完成信号、自恢复启动信号可以是开入、遥控命令等信号；也 可以是预先设置好的时间定值，延时达到时间定值后认为收到信号。
8. -种适用于柴油发电机的自投自复装置，其特征在于包括采集模块、准备模块、自投 动作模块、自复动作模块，其中： 所述采集模块用于继电保护装置采集进线、母线、柴油发电机线路上电气量和开关量 信息； 所述准备模块用于根据采集的电气量、开关量和预先设定自投准备条件和自复准备条 件判断是否完成自投准备过程或自复准备过程； 所述自投动作模块用于根据准备模块判断的结果，当完成自投准备过程且母线无压、 进线无压无流时，继电保护装置发出启动柴油发电机、跳进线开关、出线开关，合柴油发电 机开关、出线开关命令； 所述自复动作模块用于根据准备模块判断的结果，当完成自复准备过程且进线恢复有 压后，继电保护装置发出跳出线开关、柴油发电机开关，合进线开关、出线开关命令。
9. 如权利要求8所述的适用于柴油发电机的自投自复装置，其特征在于，所述自投动 作模块具体功能如下： (1) 检测到完成自投准备过程且母线无压、进线无压无流时，发出启动柴油发电机、跳 进线开关命令； (2) 根据预先设置的切除方式，发出跳出线开关命令，若有分段开关，根据预定设置方 式，发出（或不发出）合分段开关命令； (3) 检测到柴油发动作启动完成后发出合柴油发电机开关命令，检测到母线恢复有压 后，发出合出线开关命令。
10. 如权利要求8所述的适用于柴油发电机的自投自复装置，其特征在于，所述自复动 作模块具体功能如下： (1) 检测到完成自复准备过程且进线恢复有压，有自复启动信号后，发出准备切柴油发 电机信号，然后根据预先设置的切除方式，发出跳出线开关命令，若有分段开关，根据预先 设置方式，发出（或不发出）跳分段开关命令； (2) 发出跳柴油发电机开关命令，在母线无压后，发出合进线开关、出线开关命令。
11. 如权利要求8、权利要求9和权利要求10中所述的适用于柴油发电机的自投自复 装置，其特征在于：所述自投动作模块和自复动作模块中继电保护装置发出的跳/合进线 开关、出线开关、柴油发电机开关命令，通过闭合装置上不同继电器接点，或通过以太网、无 线网等形式将命令报文发送给执行装置实现。
【文档编号】H02J9/08GK104052148SQ201410291053
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】曾先锋, 王金楼, 牛洪海, 张勇, 严伟, 金震, 杨琰 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 中国联合网络通信有限公司天津市分公司