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變電站自動(dòng)化系統中安全自動(dòng)裝置的幾個(gè)問(wèn)題論文
[摘 要] 本文對變電站自動(dòng)化系統中安全自動(dòng)裝置的四個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了探討，列舉了作者的一些心得和思考，以供大家參考。
[關(guān)鍵詞]同期合閘 、VQC、備用電源自動(dòng)投入、小電流接地系統的接地選線(xiàn)
1 同期合閘
1.1概要說(shuō)明
同期合閘是變電站中經(jīng)常遇到的操作，對減小沖擊，提高系統穩定性具有重要作用。同期的條件有三點(diǎn)：頻差、壓差、角差合格。
同期要求為安全、準確、快速。三個(gè)條件中安全最重要，同期裝置必須有完善的閉鎖功能，寧拒動(dòng)不誤動(dòng)。對差頻同期，在系統角差為0時(shí)合閘，對系統的沖擊最��；電廠(chǎng)中作為發(fā)電機的并網(wǎng)，快速性也很重要，捕捉第一次0角度合閘可以節省大量能源。
1.2 環(huán)網(wǎng)并列與差頻同期
差頻同期是指兩個(gè)沒(méi)有電氣聯(lián)系的兩個(gè)系統的并列，包括發(fā)電機的并網(wǎng)及兩個(gè)無(wú)聯(lián)系電網(wǎng)的并列；兩側的頻率不同，有可能捕捉到0角度合閘時(shí)機。環(huán)網(wǎng)并列是指兩個(gè)本已有電氣聯(lián)接的系統，再在該點(diǎn)增加一個(gè)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)；兩側頻率相同，相角差即為系統在這兩點(diǎn)之間的功角，該角度在網(wǎng)絡(luò )拓撲及負荷沒(méi)有大變動(dòng)時(shí)基本保持不變。
國內有的稱(chēng)之為檢同期與捕捉同期，有的稱(chēng)之檢同期與準同期，有的叫同頻同期與差頻同期。兩個(gè)系統若頻率相差在測量誤差范圍內，是同頻，但卻不能按同網(wǎng)來(lái)同期，為了物理概念上的清晰，本文定義這兩種方式為環(huán)網(wǎng)并列與差頻同期。
差頻同期的目標是捕捉第一次的零相角差時(shí)機合閘，即自動(dòng)準同期；環(huán)網(wǎng)并列相角差為兩端的功角，僅是一個(gè)壓差和功角的閉鎖功能。
1.3 同期遙控方式及自適應識別
環(huán)網(wǎng)并列和差頻同期的要求不同。裝置雖然可以自適應地判斷出是同頻還是差頻，但對頻差很小的系統，這樣作意味著(zhù)犧牲一些時(shí)間來(lái)判斷，會(huì )對合閘的時(shí)機帶來(lái)延誤。而調度員是了解系統的運行結構的，知道欲合閘的斷路器是處于同頻還是差頻同期的位置，在發(fā)命令的時(shí)候即區分開(kāi)同頻同期、差頻同期、遙控合閘命令會(huì )更好。裝置的自動(dòng)識別功能，是指在合閘命令下發(fā)后，自動(dòng)判斷是差頻、同頻還是無(wú)壓狀態(tài)，并由不同的約束條件進(jìn)行操作。
1.4 合閘導前時(shí)間的計算
裝置出口到斷路器合上閘的動(dòng)作時(shí)間,它的準確獲得直接關(guān)系到同期點(diǎn)角差的準確性。常規方法是通過(guò)開(kāi)入量的方式，即通過(guò)接入斷路器的輔助接點(diǎn)，來(lái)計算發(fā)出合閘令到該信號變位的時(shí)間。該方法思路直接，容易實(shí)現；但問(wèn)題是當斷路器合上電流的時(shí)刻與輔助接點(diǎn)變位不一致的時(shí)差會(huì )引入誤差，另外要接點(diǎn)抖動(dòng)也影響精度。
本文提出一種模擬量檢測導前時(shí)間的方法，即用電流的從無(wú)到有的檢測。若采樣裝置采樣速率能達到64點(diǎn)/周波（DF1700模塊采樣速率），則時(shí)間分辨率約為0.3毫秒，可以滿(mǎn)足要求。這種方法要求引入電流的檢測，分布式的同期系統一般是將同期功能融合在斷路器的測控單元中，能滿(mǎn)足這種要求。該方法物理概念更為清晰：從無(wú)流變?yōu)橛辛鳎ǘ皇禽o助接點(diǎn)變位）時(shí)，才算真正合閘成功。
1.5同期算法
同期是一項可靠性要求極高的操作。誤動(dòng)時(shí)的大角度合閘會(huì )給發(fā)電機及系統帶來(lái)很大的沖擊，降低發(fā)電機的使用壽命，或是帶來(lái)系統的振蕩及解列。而延誤第一次最佳同期時(shí)期也是要盡量防止的。因此必須考慮高可靠性、高精度、多級閉鎖、快速的控制算法與措施。
從裝置可靠性上考慮，有的廠(chǎng)家采用雙微機控制的方式，是一種好的思路。也可用硬件上的其它方法。算法上多重化計算及閉鎖也很重要。
計算方法大體有兩種，一是硬件整形脈沖比相的方法，一是通過(guò)采樣點(diǎn)比較幅值和相位的方法。兩種方法各有利弊，互相配合能產(chǎn)生完善而穩定的效果。
2 電壓無(wú)功綜合自動(dòng)控制
2.1 VQC控制特性及控制模式的思考
相對于同期合閘，VQC則是一個(gè)時(shí)刻運行的、以整個(gè)變電站為對象的、相對慢速的一個(gè)控制系統。其控制策略復雜，對出口的實(shí)時(shí)性要求不高，但對閉鎖的響應要求快速、完備。
現有站內VQC實(shí)現方式基本有3種：后臺軟件VQC、主控單元網(wǎng)絡(luò )VQC、獨立硬件的VQC。
后臺軟件VQC：將控制策略全部放在后臺監控主機中，通過(guò)間隔層的測控單元獲取數據，微機中VQC軟件根據實(shí)時(shí)數據判斷并發(fā)控制命令，由相應測控單元執行。優(yōu)點(diǎn)是人機界面友好，方便調試和維護。
主控單元網(wǎng)絡(luò )VQC系統：將控制核心下放到間隔層，由單獨的CPU完成，但其IO的輸入輸出仍由間隔層IO測控模塊完成。優(yōu)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )數據的得到更直接了一層，閉鎖的速度較第一種方式快了一些。但界面一般較差，維護和設置不會(huì )太輕松。
獨立硬件VQC系統：不依賴(lài)其他裝置，本身溶輸入輸出與策略判斷為一體。好處是閉鎖的速度最快，從閉鎖的角度講可靠性最高。但問(wèn)題是需要重復鋪設大量的電纜，信號重復采集。
現在的問(wèn)題是：用戶(hù)選擇時(shí)，既覺(jué)得獨立硬件的VQC系統造價(jià)高、多拉電纜，又擔心網(wǎng)絡(luò )型VQC產(chǎn)品的可靠性：VQC對對閉鎖的速度要求高。網(wǎng)絡(luò )型VQC的問(wèn)題是，當發(fā)出控制出口命令后，這時(shí)發(fā)生可主變保護或電容器保護動(dòng)作等需閉鎖的情況，無(wú)法彌補這個(gè)時(shí)間差。
換一個(gè)思路思考：把控制策略放在PC機中，而把閉鎖策略放在相應的測控單元中。即后臺控制+閉鎖，間隔層閉鎖。通過(guò)軟PLC功能將需要的閉鎖條件輸入IO裝置中，對后臺發(fā)來(lái)的控制命令不是即刻執行，而是通過(guò)自身的閉鎖邏輯檢查，出口條件滿(mǎn)足才能出口，這樣既保證了實(shí)時(shí)的閉鎖速度，又保證了后臺策略的豐富。
對于以上三種方式是對電站內實(shí)現VQC的方法，但實(shí)際應用過(guò)程中有的局內不使站內單獨VQC系統，因它是在站內單獨的調節，往往滿(mǎn)足不了系統要求，存在一定弊端，常使用系統綜合電壓無(wú)功自動(dòng)調節，在調度自動(dòng)化端實(shí)現，來(lái)調節整個(gè)系統的無(wú)功優(yōu)化組合。
2.2 運行方式的自動(dòng)識別
變電站運行方式會(huì )隨著(zhù)負荷和設備狀況調整，這樣就要求VQC要自適應跟隨運行方式的改變，作出不同的控制策略。對不同的變壓器組數、不同的一次接線(xiàn)方式，由母聯(lián)、分段、橋開(kāi)關(guān)、變壓器的組合可以有多種接線(xiàn)方式，不同方式控制策略是不同的，這里面有一個(gè)模式識別的問(wèn)題。
本文提出的識別方法不僅應包括母聯(lián)、分段等的輔助接點(diǎn)的開(kāi)入量；還包括母聯(lián)、分段上的電流、相角等交流量。
2.3 全網(wǎng)無(wú)功電壓控制
無(wú)功調控從本質(zhì)上說(shuō)是個(gè)全網(wǎng)的問(wèn)題，而不是變電站的問(wèn)題。建立在破壞網(wǎng)中其他部分無(wú)功基礎上的本站平衡并不正確。無(wú)功電壓控制追求的應該是全網(wǎng)的最優(yōu)解，而不是某個(gè)站的最優(yōu)解。各自為政的VQC調節，會(huì )造成多次調節或同時(shí)調節。在通信可靠保證的前提下，應該配合將全網(wǎng)VQC作在地、縣調度自動(dòng)系統中，即節省投資，又符合電網(wǎng)實(shí)際情況。
3 備用電源自動(dòng)投入
3.1 可編程PLC功能的應用
由于備自投方式較多，不可能每種情況作一種裝置，這就要采用相同硬件基礎上的軟件PLC功能：通過(guò)裝置內嵌的PLC解釋軟件解釋由外部對自投邏輯的重新編排，現場(chǎng)可設置
3.2 廠(chǎng)用電快速備自投
在火電廠(chǎng)中具有大量大容量的廠(chǎng)用機械電動(dòng)機的廠(chǎng)用電切換過(guò)程中，備投就是一個(gè)快速備自投的問(wèn)題。在工作電源消失后，大容量的旋轉機械使得母線(xiàn)上電壓的衰減是個(gè)逐漸下降的過(guò)程，并不是立即消失。由于電動(dòng)機群在惰性作用，殘壓的幅值和頻率是變化的，備用電源投入中，也存在一個(gè)最佳合閘時(shí)機的問(wèn)題。一般最佳投入時(shí)間為失電后第一次的30゜角差范圍內，對裝置來(lái)說(shuō)快速的處理器DSP及快速出口繼電器的選擇就很重要了。在失去第一次快速備自投入的機會(huì )后，等待下一次合閘時(shí)機就又是同期的問(wèn)題了。
4 小電流接地系統的接地選線(xiàn)
100%的準確選線(xiàn)是個(gè)困擾多年的難題。常規的集中式的選線(xiàn)裝置的問(wèn)題是：1、多拉電纜；2、可能要改造CT；3、只引入零序電流，分析要素少，準確度低；4、不符合變電站自動(dòng)化分布式的設計思想。將其做成分布式的應該會(huì )更好。
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統，零序電流與零序電壓的夾角方向沒(méi)有明確的反向關(guān)系，較難檢測；5次諧波方法又存在信號小、信噪比低，準確度差的問(wèn)題。
西門(mén)子公司提供了一種高靈敏接地保護的檢測原理，可以借鑒。它的判斷依據是零序有功和零序無(wú)功的方向及大小。其長(cháng)處是充分利用了零序電壓、零序電流的方向和幅值，利用不同形式的點(diǎn)積來(lái)分析問(wèn)題。西門(mén)子在信號的處理、TA誤差角的補償等方面作了很多工作，來(lái)彌補一次系統信號弱的問(wèn)題。
SIEMENS的思路仍是從二次側考慮問(wèn)題，換一個(gè)思路，二次不足一次補，能夠更好地解決這個(gè)問(wèn)題。例如很多站中已裝設自動(dòng)調諧線(xiàn)圈，將自動(dòng)消諧與接地選線(xiàn)作在一起可以更好：在調諧的過(guò)程中，只有接地線(xiàn)路的零序電流改變，而非接地線(xiàn)路中流過(guò)的仍是容性電流，采用簡(jiǎn)單的差分技術(shù)就可準確分辨出故障線(xiàn)路。沒(méi)有加裝可調諧線(xiàn)圈的站中，可如此考慮：在消弧線(xiàn)圈與地之間串接一個(gè)功率電阻，平時(shí)用一對常閉接點(diǎn)將其并聯(lián)掉，當檢測到接地（3U0啟動(dòng)）時(shí)，斷開(kāi)常閉接點(diǎn)，串入電阻，改變流過(guò)消弧線(xiàn)圈到地的阻性電流分量，只需串入0.5S的時(shí)間，即可判斷出接地線(xiàn)路；此法準確實(shí)用，但需要改造一次設備。
5．結語(yǔ)
本文對變電站自動(dòng)化安全自動(dòng)裝置的 幾個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了一定范圍的探討，提出了幾點(diǎn)看法，由于研究范圍及水平有限，不當之處在所難免，敬請大家指教。
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