摘要:介绍换流站内几种常用同期装置的功能原理及具体应用情况,探讨同期装置运行中常见的问题及解决方法,确保换流站稳定可靠运行。
关键词:同期装置;检同期;功能调试
1.前言
随着电力系统规模的快速扩大,实现大电网互联是必然发展趋势。各超高压换流站都是负责系统联络线、联络变压器的枢纽站,配置自动同期装置后,待操作的两个系统在电压、频率、相位角都满足条件的情况下才能实施解、并列操作,以防巨大的涌流对系统、变压器、发电机等造成严重冲击,确保系统的安全稳定运行。
以往“检同期”内容是将并网时两电源的相角差控制在规定值内(一般取值小于30°),当下同期定值包括无压定值、有压定值、频差定值、相角差定值、压差定值、断路器的合闸动作时间等,以上条件都满足后,运行人员只需要在远方发出遥控合闸命令,同期装置能根据频差和断路器合闸动作时间,自动算出合闸命令的发出时刻,以保证断路器一次触头合闸瞬间两侧的电压相差为零,从而对系统的冲击最小。
2.同期装置功能
2.1换流站内同期装置
1)ABB同步分/合闸F236装置:换流变开关,#2、#3自耦变高压侧开关;
2)南瑞断路器选相分合闸装置PCS-9830:#1自耦变高压侧开关;
3)SIEMENS同步分合闸装置PSD02:500kV ACF开关;
4)500kV出线、220kV出线交流场开关同期合闸是通过6MD66测控装置实现的,均为A相同期。这些开关两侧已有电气联接,再增加一个联络开关,两侧频率相同,相角差即为系统在这两点之间的功角,在系统联系比较紧密的500KV、220KV 交流场功角变化不大,因此选择电压过零点分合闸。
2.2 ABB同步分/合闸F236装置
换流变、主变高压侧开关采用ABB F236同期合闸装置,选取A相电流过零点也即电压最大时刻分合闸,延时5ms分合B、C相;如图1所示,F236有1个参考电压输入,从电源测取单相电压作为判断最佳操作时刻的参考量;2个命令输入端子,用于接收来自控制系统的合/分闸命令;3个模拟量回检端子,用于检测合闸之后的电压/电流量,和装置设定进行误差比较后,优化下次的操作时间;6个命令输出端子,分别输出合/分闸命令到开关三相。
图1 F236装置示意图
2.2.1分/合闸
换流变和主变都为变压器,都由铁芯和绕组构成。在分合闸时会产生励磁涌流,励磁涌流是由铁芯中的磁通决定的,而根据公式可知,在参考电压最大时分合开关,变压器铁芯中磁通最小,产生的励磁涌流也最小。因此,选择参考电压最大时合/分闸。
以换流变作为例子。如图2所示,当换流变开关A相合上以后,在换流变铁芯中产生磁通,从而在二次侧的角型绕组产生线电压Uac,其余两个绕组产生的线电压Uba=Ucb=½Uac,方向与Uac相反。相应的,在换流变一次侧感应出电压UB=UC=½UA,方向与UA相反。如图3所示,在A相开关在参考电压最高点s点(即A相磁通最低点)首先合上,B、C两相产生的感应电压和感应磁通均相同。5ms之后到达p点,B、C两相的感应磁通与系统电压产生的磁通相等。此时再同时合上B、C两相开关,磁通跃变最小,在B、C两相产生的励磁涌流也最小。可见,合上变压器开关时,首先合上一相开关,然后延时5ms同时合上另外两相开关。
根据变压器磁滞回线,在铁芯磁通最小的时候断电,铁芯中残留的磁通最小,即剩磁最小。与合闸控制类似,F236在参考电压最高点,即磁通最小时断开换流变一相开关,然后经过5ms延时同时断开另外两相开关。这样能保证换流变铁芯中剩磁最小,为换流变开关的下次合闸操作创造了良好的条件。
图2 换流变角型绕组电压感应图 图3 合闸瞬间电压、磁通图
2.3 SIEMENS同步分合闸装置PSD02
交流滤波器小组开关采用SIEMENS PSD02同期合闸装置,三相分别选取电压过零点进行合闸,顺序为A、C、B;选取电流过零点也即电压最大时刻分闸,顺序也为A、C、B。
2.3.1合闸
交流滤波器是容性的,电压不能突变,合闸前一端电压为零,另一端按正弦规律变化。为了使合闸瞬间不对交流滤波器造成较大的冲击,交流滤波器合闸时,选择在电压过零点时投切,通过PSD装置的控制确保各相在电压过零点合上断路器。
2.3.2分闸
断开交流滤波器小组开关时,虽然刀口已经断开,但是由于拉开的过程中会产生电弧,实际拉开的时间要延后。由于刀口两端一端为电容,电压不能突变,电压基本保持不变,另一端按正弦规律变化,为了缩短电弧持续的时间,选择在电压最大的时刻断开,此时刻交流滤波器开关电源端电压的变化率最小,这样刀口两端的电压差就是最小的,可以尽快地熄弧,避免对开关造成冲击。
3.同期装置功能调试及注意事项
3.1 同期功能的调试方法
电压异常闭锁:当测控装置输入Ua 或Usa 小于额定值的80%或大于额定值的120%时,应闭锁同期合闸。频差闭锁:假定某测控装置同期定值中频差闭锁值为0.2Hz,检验频差闭锁值的方式如下:以母线侧频率为基准(线路侧电压和角度符合同期条件),在调试仪器中设母线侧频率为50Hz,线路侧频率为49.7Hz,则频率差值为0.3Hz,同期合闸不成功。我们不断增大线路侧频率,减少频率差值,直到断路器经同期合闸成功,便得到频差闭锁值。同理,同期角差、压差闭锁值的校验方法与上面相同。值得一提的是,像南瑞继保RCS-9705C 型测控装置,无压方式有7 种之多,如果每次都带开关试验,将造成开关频繁分合,对开关造成损害,可以通过测量出口压板电压的方法来判断是否有合闸出口。
3.2 注意事项
目前测控装置的生产厂家繁多,在调试的过程中,容易忽略不同产品的一些细节,而导致同期功能调试失败。(1)注意线路PT的安装相别。测控装置中,一般只用一相线路电压与母线电压进行比较,而在110kV线路中只安装单相PT,所以调试前必须去现场核查PT的安装相别,否则有可能由于测控装置内设置用于比较的相电压与实际PT 安装相不符而导致同期功能无法实现。(2)注意线路抽取侧电压选择的区别。一般线路二次侧抽取电压有57.7V和100V两种。若同期控制字中定义抽取电压为57.7V,则在压差闭锁试验中,可直接用母线电压与线路抽取电压幅值的差来计算同期压差闭锁值;若同期控制字中定义抽取侧电压为100V,则需先将母线电压转化为100V,再通过计算母线与线路电压的幅值差来验证压差闭锁值。(3)注意同期控制字或同期定值的设置。不同厂家的测控装置中同期控制字或同期定值的设置方法不同,最容易被忽视的是TA、TV断线判别投入的问题。若TA、TV断线判别投入,则在做同期实验时,一定要加上所有的母线电压值、线路电流值,否则TA断线或TV断线报警,同期合闸不出口;反之,TA断线、TV断线判别退出,则同期合闸只需要满足相应的合闸条件即可。(4)同期定值更改时的注意事项。南瑞继保RCS9700系列测控装置,在更改同期定值后,需将装置进行复归操作,否则同期定值更改无效。国电南瑞科技NSD263系列测控装置,在更改同期定值前需要将装置面板上的设置按钮拔到允许位置(更改后恢复到禁止),否则同期定值不能进行更改。(5)注意同期合闸时遥控的选择方式。南瑞继保RCS9700 系统测控装置,在监控后台进行遥控合闸时,有“一般遥控、检同期、检无压”3种选择方式。若选择一般遥控则合闸不经同期出口。北京四方CSL-200E系列测控装置,后台遥控合闸是不经同期出口的。若要进行同期合闸,在测控装置投入同期软压板的前提下,必须在就地操作把手上进行手合操作,才经同期出口。(6)同期合闸遥控时的注意事项。国电南自PSR662 系列测控装置,当接收到断路器非同期合闸命令时,遥控板(DO)发出OUT8出口命令后合闸。同期合闸时,遥控板先发出OUT8 出口命令,综合管理机驱使交流模块(AC-2)启动同期逻辑判别,满足同期合闸要求则OUT1出口;若交流采集板无信号电源供给,则不能发出OUT1出口命令,这时需要投入“遥控出口压板”提供信号电源给交流集板,方可发出合闸命令。而国电南瑞NSD263系列测控装置,同期功能逻辑是在CPU板上进行的。
4.结束语
断路器分/合闸是电力系统中频繁进行的操作,为了减小涌流对设备的冲击,减轻有害的暂态过程,需在站内高电压等级开关装设同期分合闸装置,可根据系统运行需要设定同期定值,确保同期装置动作安全、准确、快速,以维持电力系统的可靠供电。
参考文献:
[1] 王士政.电力系统运行控制与调度自动化[M].南京:河海大学出版社,2018 113.
[2] 熊信银.发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社,2014:57.
[3] 李军,曹茂升.变电站监控系统测控单元同期功能及其应用.华东电力,2003
论文作者:彭佑祥
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
标签:同期论文; 电压论文; 装置论文; 定值论文; 断路器论文; 母线论文; 最小论文; 《电力设备》2019年第11期论文;