某巨型水电站开关站同期系统仿真研究

2021-11-15向强铭邢本福

水电站机电技术 2021年10期

张鹏，向强铭，邢本福

（1.三峡水力发电厂，湖北宜昌 443000；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

某巨型水电站500 kV开关站主接线采用3/2接线方式，主接线图如图1所示，共5串14台断路器，所有断路器为同一型号规格。同期系统包括：1套同期PLC、1台自动同期装置、1台手动同期装置、1个同期闭锁继电器以及控制回路。涉及7个母线电压（2个母线电压和5个出线线路电压）、14个同期点、监控系统发令同期合/监控发令无压合/现地手动同期合/现地手动无压合4种同期方式，同期控制回路、程序控制逻辑复杂。

图1 某巨型水电站开关站主接线图

1 设备实际状态仿真

1.1 程序修改

输入同期PLC的变量均为硬接线点，包含断路器及出线隔刀状态信号、PT状态正常信号，程序中的变量与硬件地址一一映射，若需在Unity Pro编程软件的仿真界面中人为改变信号状态，必须删除映射状态。实现方法是删除相应点的地址，如图2所示。

图2 信号注释与地址示意

1.2 设备状态仿真

输入同期PLC的信号包括，断路器及出线隔刀的状态信号、PT异常信号、合闸方式及同期点选择。输入同期装置的信号包括，同期电压（包含电压幅值、频率和初始相角）、同期参数选择、同期装置启停命令。各信号在实际情况和仿真情况下的来源如表1所示。

表1 信号来源

2 命令仿真

开关站共14台断路器，14个同期点，每台断路器合闸方式有：自动同期合、自动无压合、手动同期合、手动无压合。开关站配置一套主PLC和一套同期PLC，当操作方式为自动准同期时，主PLC接收上位机的合闸命令，再将合闸方式和同期点通过开出继电器送至同期PLC，同期PLC启动同期流程和自动准同期装置；当操作方式为手动准同期时，同期合/无压合操作把手状态、同期点选择把手状态直接送至同期PLC，同期PLC启动同期流程和手动准同期装置。在仿真模式下，合闸方式和同期点均为操作员操作。例如选择XX32开关同期合的操作流程：操作把手选择自准→同期点选择XX32→发令同期合。

图3 操作命令仿真

3 同期装置仿真

3.1 同期电压选择

准同期合闸有2种方式，根据“近区电压优先”原则，优先选择通过母线电压和线路电压进行合闸，其次通过2个母线电压进行合闸。

当通过串内断路器和出线隔刀状态判断出待合闸断路器单端无压或两端无压时，不投同期电压，同期装置系统侧和待并侧电压均为0；当对母线或是线路进行充电时，串内断路器和出线隔刀状态满足准同期合闸条件，但实则母线或线路无压，待合闸断路器单端无压，此种情况下按照准同期合闸方式进行电压选择。XX33断路器合闸电压选择如表2所示。

表2 XX33断路器合闸时电压选择

通过仿真，能直观显示电压选择是否正确，能有效验证程序逻辑是否正确。例如，对XX33断路器合闸仿真：

（1）XX336合闸，远方发同期合命令，仿真结果如图4所示，同期电压选择B2和L3。

图4 XX33自动同期合闸仿真

（2）XX31、XX32合闸，XX336分闸，手动发同期合命令，仿真结果如图5所示，同期电压选择B1和B2。

图5 XX33手动同期合闸仿真

（3）XX32合闸，XX336分闸，远方发无压合命令，仿真结果如图6所示，不投同期电压。

图6 XX33远方无压同期合闸仿真

3.2 同期条件判断

同期条件包括滑差、电压差、相角差。在仿真系统中，同期电压（包括两条母线电压和5条线路电压）的电压赋值、频率和初始相角由操作员人为输入，滑差、电压差、相角差通过同期PLC计算得到。计算公式如下：

其中，U1为输入同期装置的系统侧电压幅值，U2为输入同期装置的待并侧电压幅值，U额定为开关站额定电压幅值，f1为输入同期装置的系统侧电压频率，f2为输入同期装置的待并侧电压频率，P10为输入同期装置的系统侧电压初始相角，P20为输入同期装置的系统侧电压初始相角，t为时间（从同期装置启动后开始计时）。

在准同期方式下，当δU∈（-3，+3），s∈（-0.2，+0.2），δP∈（0，10）同时满足时，同期装置发出合闸令；在无压合方式下，同期装置选择无压合参数，当同期装置判断一端无压后发出合闸令。

3.3 合闸命令

断路器合闸回路如图7所示，准同期合闸和无压合闸均经过同期装置出口。准同期合闸时，同期装置选择准同期参数，当同期装置和同期闭锁继电器均满足合闸条件的时刻发出合闸令。无压合闸时，同期装置选择无压合参数且发令让同期装置允许无压合，同时通过开出继电器旁路掉同期闭锁继电器，当同期装置满足合闸条件的时刻发出合闸令。同期闭锁继电器和同期装置原理基本一致，未做仿真。