微机自动准同期装置的模拟试验

1 前言
当前, 各类发电厂的同期方法主要有准同期与自 同期两种。 准同期是指发电机并列合闸前已励磁, 当发 电机频率、 电压相角、 电压大小分别和并列点处系统侧 频率、 电压相角、 电压大小接近相同时, 将发电机断路 器合闸, 完成并列操作。 水口水电厂就是采用这种同期 方式。 华东院在工程设计时, 考虑到我厂计算机数据采 集、 监视和控制系统 ( 简称 SCADA 系统) 投运比机组
0105 s、 间隔 1 s 的脉冲进行增发电机励磁, 直到 U S U G ≤∃U m 为止。
( 1) 导前时间整定为发电机出口断路器机械合闸 时间, 整定值为0107 s, 其计算公式为
tL = t1 + t2
( 2)
式中 tL ——导前时间, s;
t1 —— 微机同期装置发出合闸脉冲至断路器动
发电要迟1 ～ 2 年, 故把准同期方式又分成手动准同期 与 SCADA 系统 R TU 控制自动准同期。 后者采用美国 产的微机同期装置, 因没带质量合格证, 因此, 要对其 功能、 可靠性和安全性能等进行试验, 才能验证所设定 的参数值是否合理, 是否符合并列操作条件的要求。 下 面拟以笔者组织并负责的3 号机微机同期装置试验为 例, 详细介绍其科学模拟试验方法。
); 式中 ∆——相角差, ( ° ( 3)
当发电机电压和系统电压进入准同期整定范围内 时, 电压接受模块和调压模块处于待命状态。 若微机同 期装置用短接线设置了 U G > U S 功能, 则直到发电机 电压增加到高于系统侧主变低压侧的电压, 微机同期 装置才接通合闸回路。 214 调频模块 调 频模块有三个旋钮和二个信号灯 ( 升、 降) , 上 ——设置调节脉冲宽度, 整定值为011 s; 中——设置冲 击脉冲宽度, 整定值为 0106 s; 下—— 设置冲击脉冲间 隔, 整定值为10 s。 调频模块用于调节发电机频率, 同期 装置的滑差频率 ∃ f 可用式 ( 5) 计算: ( 5) ∃f = f G - f S 当 ∃ f > ∃ fm 且 ∃ f< 0 时, 表明发电机频率过低, 调频 模块产生宽度011 s 的脉冲给调速器, 升高水轮机的转 速, 提高发电机频率; 当 ∃ f > ∃ fm 且 ∃ f> 0 时, 表示发电机频率过高, 调频模块产生宽度011 s 的脉冲给调速器, 降低水轮机
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数整定 修改程序、 同期检查程序。 同期检查程序包括: 出口断路器两侧的频差检查、 压差检查、 导前相角计算 和逻辑检查等功能。 频差检查是指当发电机侧和系统侧的频差小于滑 差整定值时, 同期模块满足频差条件并接通合闸回路; 否则, 断开合闸回路, 并投入调频模块, 调节发电机频 率, 直到同期点两侧的滑差频率小于其整定值为止。 压差检查是指当发电机侧和系统侧的电压差小于 整定值时, 同期模块满足电压差条件并接通合闸回路; 否则, 断开合闸回路, 禁止并列合闸, 并投入电压接受 模块和调压模块, 调节发电机电压, 直到同期点两侧的 压差小于其整定值为止。 用公式 ( 1) 可计算出导前相角 ∆0 = 2Π(f G - f S ) tL
目前还没有一套固定的科学的试验方法的情况下, 如 何对微机同期装置进行科学试验是一门新的研究课 题。 又因水口水电厂的微机同期装置是采用模块化的 构件, 仅提供外部接口, 要测试其可靠性和参数整定值 的精确度, 只能根据结构、 功能、 接线方式和准同期并 列条件的原理, 进行深入地研究分析, 才能找到一种切 实可行的并经过现场模拟试验认为是比较科学的方 法。 下面将笔者组织的我厂3号机微机同期装置模拟试 验的全过程系统地总结如下, 供采用相似的微机同期 装置的兄弟单位参考。 411 微机同期装置试验需要的工具及准备工作 根据上面分析结果可知, 要做微机同期装置试验 至少需要以下设备: ①一台模拟发电机侧的 POW ER 模拟器 ( 简称为 PM G ) , 需带有微机 ( 笔记本微机) 设置 电压值和频率的功能及其相关的应用软件; ②一台模 拟 系统侧的 POW ER 模拟器 ( 简称为 PM S ) ; ③一台 8 通道微机波型录波仪及其相关的应用软件, 带有连接 打印机接 口; ④ 普 通 打 印 机 一 台 和 连 接 线 一 根; ⑤ 115V 的一号电池一个; ⑥ 5m 长单芯的电缆线十根; ⑦多用插座一个; 其中: PM G、 PM S 的电压可变范围为 0 ～ 300V , 频率为0 ～ 60H z。 准备工作是: 将 3 号机转手动方式, 退出 R TU 3 控 制, 退出 R TU 3的24V 开出电源。 将微机同期装置的端 子排上的接线全部拆除, 并给线套上相应的回路号。 将 以上所列的试验仪器和工具按图3的方式连接, 并检查 正确无误后, 等待模拟试验开始。 412 微机同期装置的模拟试验 如图3 所示, 给试验设备上电, 检查所有的设备都 正常工作时, 开始试验。 根据上文中论述的微机同期装 置的结构和功能原理, 可将参数整定值的试验分成如 下几步: 41211 发电机最小电压 发电机最小电压整定值为80V 。 将 PM G 的电压设 为 U G = 85V , 减小 U G 直到发电机最小电压信号灯亮 为止, 测得 U G = 79143V , 增加 U G 到信号灯暗止, 测得 U G = 79172V , 与整定值误差0128V 。
41212 系统侧的电压上限
3 微机同期装置的接线方式
水口水电厂所有的微机同期装置采用同类型的产 品, 其接线方式都一样, 该装置后面有端子排两排, 参 见图3, 每排有22个端子, 从左到右编号为: 端子1 ～ 22, 没有说明端子用途的为空端子。 311 上端子排说明 端子11、 12短接, 设置: 在同期合闸时, 发电机侧的 电压值必须大于系统侧的电压值; 端子13、 14短接, 设 置: 在同期合闸时, 发电机侧的频率必须大于系统侧的 频率; 端子 15、 16 接 52 b 断路器辅助节点; 端子 17 接发 电机侧的电压互感器正极, 端子18 接发电机侧的电压 互感器负极; 端子19接主变低压侧的 PT 正极, 端子20 接主变低压侧的电压互感器负极; 端子 21、 22 接 110V 交流电源 ( 装置用) 。 312 下端子排说明 端子3 接调速器增速回路; 端子 6 接调速器减速回 路; 端子4、 7接公用电源负极; 端子11接励磁增压回路; 端子14 接励磁减压回路; 端子 12、 15 接公用电源负极; 端子17、 18 接发电机出口断路器合闸回路上的常开继 电器。
表1 同期模块功能表 ①导前时间 ②最大滑差频率 ③机组最小电压 ④ 校验 ON O FF ⑤ 同期角 ⑥ 闭锁 ON O FF
(6) 闭锁 ON O FF: 闭锁功能设置, ON —— 执行 自动闭锁, O FF ——禁止自动闭锁, 整定值为 ON 。 212 电压接受模块 在电压接受模块中有上、 中、 下三个旋钮和三个信 号灯, 其功能如下: 上—— 设定 U S 上限, 整定值为 110V , 信号灯亮, 表示系统电压超过上限或可能电压互感器故障; 中——设定 U S 下限, 整定值为90V , 信号灯亮, 表 示系统电压低于下限或可能电压互感器故障或线路中 断。 下—— 设定 ∃U m , 是指准同期条件允许的发电机 出口断路器两侧的最大电压差值, 整定值为 1V , 信号 灯亮表示发电机电压与系统电压相差过大, 投入调压 模块。 213 调压模块 调压模块用来设置调节脉冲宽度和调节脉冲间 隔, 有二个旋钮和二个信号灯 ( 增、 减) , 上—— 设置脉 冲宽度, 整定值为0105 s; 下——设置发出的脉冲间隔, 整定值为1 s。 调压模块用于调节发电机电压, 微机同期 装置同期点的电压差 ∃U 可用式 ( 4) 计算: ( 4) ∃U = U G - U S
理计算机、 液晶显示器、 功能键和信号灯组成, 它有设 置部分参数值、 监视各模块完成自己的任务、 追踪相角 差、 按并列条件完成并列合闸等功能, 参见图2。 功能键: 功能选择和装载键, 功能选择用于显示功 能表的记录, 装载用于贮存数据到存储器中; 增 减功 能键, 用于修改记录内容; 闭锁复位键, 用于解除闭锁, 恢复微机同期装置运行。 信号灯: 准同期合闸信号, 表示微机同期装置符合 同期条件发出合闸命令; 滑差频率过大信号; 表明发电 机出口断路器两侧的频差超过最大滑差频率整定值; 发电机电压过低信号, 表明发电机电压低于同期装置 的整定值; 同期装置闭锁信号: 同期装置被闭锁, 禁止 合闸脉冲输出。 微处理计算机功能有自动校验同期装置程序、 参
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的转速, 降低发电机频率。 调频脉冲间隔与滑差频率成反比, 滑差越小调频 脉冲间隔越长。 当 ∃ f ≤∃ fm 且 ∃ f 接近0 时, 若出现发 电机和系统的电压相角不一致时, 等待相角差达到 0° 需要很长时间, 导致合闸时间过长, 为改变这种状况加 快并列过程, 调频模块产生宽度 0106 s、 间隔 10 s 的冲 击脉冲, 促使发电机改变速度引导电压相角一致, 从而 缩短并列合闸过程。 调节脉冲和冲击脉冲两者不断重 复运行直到符合并列条件或同期模块终止调频模块工 作为止。 若微机同期装置用短接线设置了 fG > f s 功能, 则直到发电机频率大于系统侧的频率, 且 ∃ f< ∃ fm 时, 微机同期装置才接通合闸回路。 215 电源模块 类似微机内的电源箱, 用于生成微机同期装置所 需要的各种电压等级的直流电源, 带有电源正常指示 灯。
式中 U G ——发电机侧电压互感器二次电压, V ; U S ——主变低电压侧电压互感器二次电压, V 。 当 U G - U S > ∃U m 时, 调压模块产生宽度 0105 s、 间隔 1 s 的脉冲进行减发电机励磁, 直到 U G - U S ≤ ∃U m 为止; 当 U S - U G > ∃U m 时, 调压模块产生宽度
第19卷第2期 ( 总第73期) 福
建
电
力
与
电
工 1999年6月
微机自动准同期装置的模拟试验
( 闽清 350800) 水口水电厂 曾季弟 林宗霖
摘要 以水口水电厂3号机 R TU 3的微机自动准同期装置 ( 简称为微机同期装置) 为例, 阐述了 SCADA 系统 控制3 号机自动开机并列合闸操作的微机同期装置的结构和功能, 介绍了如何对微机同期装置进行模拟试 验, 以验证所设定的参数值是否合理, 是否符合并列操作条件的要求。 关键词 微机 自动准同期装置 模拟试验 电源模拟器
作的时间, s; t2 ——断路器动作到主触头实际合闸时间, s。 ( 2 ) 最大滑差频率 ∃ fm 整定为并列操作条件允许 的断路器两侧最大滑差频率, 整定值为0105H z; ( 3 ) 发电机最小电压整定为发电机的电压互感器 二次最小电压, 整定值为80V ; ( 4 ) 校验 ON O FF 用于校验微机同期装置, 在标 准操作方式, 处于 O FF 状态, 以校定程序; ( 5 ) 同期角用于跟踪发电机出口断路器两侧的实 时相角差, 为实时参数, 其计算公式为 ∆ = 2Π(f G - f S ) t
); 式中 ∆0 ——导前相角, ( °
f G ——发电机侧频率, H z; f S ——系统侧频率, H z; tL ——导前时间, s。 逻辑检查是对满足频差、 压差条件的所有输出信
t ——一个周期。
( 1)
号和导前相角进行逻辑判断, 当确认正确无误时, 才准 许微机同期装置继续进行工作, 否则, 自动闭锁同期装 置。 同期模块的参数参见表1。 其功能和实际运行整定 值说明如下:
图1 水口水电厂3号机 R TU 控制开机并列操作原理图
2 微机同期装置的结构和功能
水口水电厂使用的微机同期装置主要由五个具有 独立功能又相互约束的模块组成, 即: 同期模块、 电压 接受模块、 调压模块、 调频模块和电源模块, 参见图2。
图2 微机同期装置原理框图
211 同期模块
同期模块实际上是一台多功能的微机, 它由微处