變電站自動化系統(tǒng)中安全自動裝置的幾個問題論文
[摘 要] 本文對變電站自動化系統(tǒng)中安全自動裝置的四個方面的問題進(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、備用電源自動投入、小電流接地系統(tǒng)的接地選線
1 同期合閘
1.1概要說明
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(tǒng)穩(wěn)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(zhǔn)確、快速。三個條件中安全最重要，同期裝置必須有完善的閉鎖功能，寧拒動不誤動。對差頻同期，在系統(tǒng)角差為0時合閘，對系統(tǒng)的沖擊最��；電廠中作為發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)，快速性也很重要，捕捉第一次0角度合閘可以節(jié)省大量能源。
1.2 環(huán)網(wǎng)并列與差頻同期
差頻同期是指兩個沒有電氣聯(lián)系的兩個系統(tǒng)的并列，包括發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)及兩個無聯(lián)系電網(wǎng)的并列；兩側(cè)的頻率不同，有可能捕捉到0角度合閘時機(jī)。環(huán)網(wǎng)并列是指兩個本已有電氣聯(lián)接的系統(tǒng)，再在該點(diǎn)增加一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)；兩側(cè)頻率相同，相角差即為系統(tǒng)在這兩點(diǎn)之間的功角，該角度在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼柏?fù)荷沒有大變動時基本保持不變。
國內(nèi)有的稱之為檢同期與捕捉同期，有的稱之檢同期與準(zhǔn)同期，有的叫同頻同期與差頻同期。兩個系統(tǒng)若頻率相差在測量誤差范圍內(nèi)，是同頻，但卻不能按同網(wǎng)來同期，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(biāo)是捕捉第一次的零相角差時機(jī)合閘，即自動準(zhǔn)同期；環(huán)網(wǎng)并列相角差為兩端的功角，僅是一個壓差和功角的閉鎖功能。
1.3 同期遙控方式及自適應(yīng)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(yīng)地判斷出是同頻還是差頻，但對頻差很小的系統(tǒng)，這樣作意味著犧牲一些時間來判斷，會對合閘的時機(jī)帶來延誤。而調(diào)度員是了解系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)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)命令的時候即區(qū)分開同頻同期、差頻同期、遙控合閘命令會更好。裝置的自動識別功能，是指在合閘命令下發(fā)后，自動判斷是差頻、同頻還是無壓狀態(tài)，并由不同的約束條件進(jìn)行操作。
1.4 合閘導(dǎo)前時間的計算
裝置出口到斷路器合上閘的動作時間,它的準(zhǔn)確獲得直接關(guān)系到同期點(diǎn)角差的`準(zhǔn)確性。常規(guī)方法是通過開入量的方式，即通過接入斷路器的輔助接點(diǎn)，來計算發(fā)出合閘令到該信號變位的時間。該方法思路直接，容易實現(xiàn)；但問題是當(dāng)斷路器合上電流的時刻與輔助接點(diǎn)變位不一致的時差會引入誤差，另外要接點(diǎn)抖動也影響精度。
本文提出一種模擬量檢測導(dǎo)前時間的方法，即用電流的從無到有的檢測。若采樣裝置采樣速率能達(dá)到64點(diǎn)/周波（DF1700模塊采樣速率），則時間分辨率約為0.3毫秒，可以滿足要求。這種方法要求引入電流的檢測，分布式的同期系統(tǒng)一般是將同期功能融合在斷路器的測控單元中，能滿足這種要求。該方法物理概念更為清晰：從無流變?yōu)橛辛鳎ǘ皇禽o助接點(diǎn)變位）時，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。誤動時的大角度合閘會給發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)帶來很大的沖擊，降低發(fā)電機(jī)的使用壽命，或是帶來系統(tǒng)的振蕩及解列。而延誤第一次最佳同期時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，有的廠家采用雙微機(jī)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(wěn)定的效果。
2 電壓無功綜合自動控制
2.1 VQC控制特性及控制模式的思考
相對于同期合閘，VQC則是一個時刻運(yùn)行的、以整個變電站為對象的、相對慢速的一個控制系統(tǒng)。其控制策略復(fù)雜，對出口的實時性要求不高，但對閉鎖的響應(yīng)要求快速、完備。
現(xiàn)有站內(nèi)VQC實現(xiàn)方式基本有3種：后臺軟件VQC、主控單元網(wǎng)絡(luò)VQC、獨(dú)立硬件的VQC。
后臺軟件VQC：將控制策略全部放在后臺監(jiān)控主機(jī)中，通過間隔層的測控單元獲取數(shù)據(jù)，微機(jī)中VQC軟件根據(jù)實時數(shù)據(jù)判斷并發(fā)控制命令，由相應(yīng)測控單元執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)是人機(jī)界面友好，方便調(diào)試和維護(hù)。
主控單元網(wǎng)絡(luò)VQC系統(tǒng)：將控制核心下放到間隔層，由單獨(dú)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(shù)據(jù)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(hù)和設(shè)置不會太輕松。
獨(dú)立硬件VQC系統(tǒng)：不依賴其他裝置，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。但問題是需要重復(fù)鋪設(shè)大量的電纜，信號重復(fù)采集。
現(xiàn)在的問題是：用戶選擇時，既覺得獨(dú)立硬件的VQC系統(tǒng)造價高、多拉電纜，又擔(dān)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的問題是，當(dāng)發(fā)出控制出口命令后，這時發(fā)生可主變保護(hù)或電容器保護(hù)動作等需閉鎖的情況，無法彌補(bǔ)這個時間差。
換一個思路思考：把控制策略放在PC機(jī)中，而把閉鎖策略放在相應(yīng)的測控單元中。即后臺控制+閉鎖，間隔層閉鎖。通過軟PLC功能將需要的閉鎖條件輸入IO裝置中，對后臺發(fā)來的控制命令不是即刻執(zhí)行，而是通過自身的閉鎖邏輯檢查，出口條件滿足才能出口，這樣既保證了實時的閉鎖速度，又保證了后臺策略的豐富。
對于以上三種方式是對電站內(nèi)實現(xiàn)VQC的方法，但實際應(yīng)用過程中有的局內(nèi)不使站內(nèi)單獨(dú)VQC系統(tǒng)，因它是在站內(nèi)單獨(dú)的調(diào)節(jié)，往往滿足不了系統(tǒng)要求，存在一定弊端，常使用系統(tǒng)綜合電壓無功自動調(diào)節(jié)，在調(diào)度自動化端實現(xiàn)，來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的無功優(yōu)化組合。
2.2 運(yùn)行方式的自動識別
變電站運(yùn)行方式會隨著負(fù)荷和設(shè)備狀況調(diào)整，這樣就要求VQC要自適應(yīng)跟隨運(yùn)行方式的改變，作出不同的控制策略。對不同的變壓器組數(shù)、不同的一次接線方式，由母聯(lián)、分段、橋開關(guān)、變壓器的組合可以有多種接線方式，不同方式控制策略是不同的，這里面有一個模式識別的問題。
本文提出的識別方法不僅應(yīng)包括母聯(lián)、分段等的輔助接點(diǎn)的開入量；還包括母聯(lián)、分段上的電流、相角等交流量。
2.3 全網(wǎng)無功電壓控制
無功調(diào)控從本質(zhì)上說是個全網(wǎng)的問題，而不是變電站的問題。建立在破壞網(wǎng)中其他部分無功基礎(chǔ)上的本站平衡并不正確。無功電壓控制追求的應(yīng)該是全網(wǎng)的最優(yōu)解，而不是某個站的最優(yōu)解。各自為政的VQC調(diào)節(jié)，會造成多次調(diào)節(jié)或同時調(diào)節(jié)。在通信可靠保證的前提下，應(yīng)該配合將全網(wǎng)VQC作在地、縣調(diào)度自動系統(tǒng)中，即節(jié)省投資，又符合電網(wǎng)實際情況。
3 備用電源自動投入
3.1 可編程PLC功能的應(yīng)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(chǔ)上的軟件PLC功能：通過裝置內(nèi)嵌的PLC解釋軟件解釋由外部對自投邏輯的重新編排，現(xiàn)場可設(shè)置
3.2 廠用電快速備自投
在火電廠中具有大量大容量的廠用機(jī)械電動機(jī)的廠用電切換過程中，備投就是一個快速備自投的問題。在工作電源消失后，大容量的旋轉(zhuǎn)機(jī)械使得母線上電壓的衰減是個逐漸下降的過程，并不是立即消失。由于電動機(jī)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，也存在一個最佳合閘時機(jī)的問題。一般最佳投入時間為失電后第一次的30゜角差范圍內(nèi)，對裝置來說快速的處理器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(jī)會后，等待下一次合閘時機(jī)就又是同期的問題了。
4 小電流接地系統(tǒng)的接地選線
100%的準(zhǔn)確選線是個困擾多年的難題。常規(guī)的集中式的選線裝置的問題是：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(zhǔn)確度低；4、不符合變電站自動化分布式的設(shè)計思想。將其做成分布式的應(yīng)該會更好。
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，零序電流與零序電壓的夾角方向沒有明確的反向關(guān)系，較難檢測；5次諧波方法又存在信號小、信噪比低，準(zhǔn)確度差的問題。
西門子公司提供了一種高靈敏接地保護(hù)的檢測原理，可以借鑒。它的判斷依據(jù)是零序有功和零序無功的方向及大小。其長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)積來分析問題。西門子在信號的處理、TA誤差角的補(bǔ)償?shù)确矫孀髁撕芏喙ぷ�，來彌補(bǔ)一次系統(tǒng)信號弱的問題。
SIEMENS的思路仍是從二次側(cè)考慮問題，換一個思路，二次不足一次補(bǔ)，能夠更好地解決這個問題。例如很多站中已裝設(shè)自動調(diào)諧線圈，將自動消諧與接地選線作在一起可以更好：在調(diào)諧的過程中，只有接地線路的零序電流改變，而非接地線路中流過的仍是容性電流，采用簡單的差分技術(shù)就可準(zhǔn)確分辨出故障線路。沒有加裝可調(diào)諧線圈的站中，可如此考慮：在消弧線圈與地之間串接一個功率電阻，平時用一對常閉接點(diǎn)將其并聯(lián)掉，當(dāng)檢測到接地（3U0啟動）時，斷開常閉接點(diǎn)，串入電阻，改變流過消弧線圈到地的阻性電流分量，只需串入0.5S的時間，即可判斷出接地線路；此法準(zhǔn)確實用，但需要改造一次設(shè)備。
5．結(jié)語
本文對變電站自動化安全自動裝置的 幾個方面的問題進(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(dāng)之處在所難免，敬請大家指教。
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