李 巖,張 純
(蒙東電力公司輸變電建設(shè)局,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)
隨著智能變電站技術(shù)水平不斷提高,變電站智能化的推廣將是必然趨勢(shì)。智能開(kāi)關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn),計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷成熟,使得智能變電站正逐步向高電壓等級(jí)電網(wǎng)發(fā)展推廣。海北500 kV智能變電站是國(guó)家電網(wǎng)第二批智能化試點(diǎn)工程之一,也是國(guó)內(nèi)首次采用戶(hù)外敞開(kāi)式常規(guī)設(shè)備的智能變電站,包含智能終端、合并單元、數(shù)字化保護(hù)和基于統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)的二次網(wǎng)絡(luò)等智能系統(tǒng)標(biāo)志性的設(shè)備,具有智能變電站數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的特點(diǎn),真正實(shí)現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)共享。海北500 kV智能變電站采用常規(guī)互感器和智能二次設(shè)備結(jié)合使用的模式,合并單元采用模擬量輸入和數(shù)字量輸出,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能化調(diào)試提出了更高要求。
蒙東電力公司海北500 kV智能變電站采用常規(guī)電磁式和電容式互感器,采用普通電纜將電流電壓模擬量送至合并單元,由合并單元轉(zhuǎn)變成數(shù)字量,供二次設(shè)備使用。這種設(shè)計(jì)模式使變電站既有常規(guī)電流電壓回路又有數(shù)字化的二次回路,增加了很多接口部分,給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試增加了難度。
合并單元是智能變電站的重要核心設(shè)備,其可靠性和精度直接決定了整個(gè)二次系統(tǒng)的可靠性和精度。而海北變的合并單元是常規(guī)電流電壓模擬量輸入,在電流準(zhǔn)確級(jí)、伏安特性、極性等方面也增加了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試難度。
智能變電站應(yīng)該使用智能一次設(shè)備,但除電子式互感器外,目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有真正意義上的智能一次設(shè)備,一次設(shè)備的智能化仍需要通過(guò)一定的二次設(shè)備來(lái)轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn),一般采用智能終端的模式[1]。海北變采用智能終端箱來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備開(kāi)關(guān)量的采集、斷路器分合閘和隔離開(kāi)關(guān)的遙控、保護(hù)跳閘等操作。它是智能二次設(shè)備與常規(guī)一次設(shè)備相結(jié)合的重要紐帶。
全站SCD模型檢查是智能化調(diào)試的第一步,也是對(duì)全站配置模型文件的一次全面檢查,以提前發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、減少調(diào)試過(guò)程中的重復(fù)和返工。首先應(yīng)確定各設(shè)備之間的接口,每個(gè)裝置需要實(shí)現(xiàn)的功能和輸入輸出數(shù)據(jù)。對(duì)互感器二次配置圖、合并單元及各裝置采樣通道的配置圖、保護(hù)間GOOSE虛端子連接圖進(jìn)行核對(duì),以驗(yàn)證變電站各項(xiàng)功能是否完全,配置是否符合規(guī)范要求。
智能化變電站的采樣系統(tǒng)將各模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量,也是實(shí)現(xiàn)變電站各項(xiàng)功能的核心部分,其現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的關(guān)鍵點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。
海北變采用常規(guī)互感器,其準(zhǔn)確級(jí)對(duì)整個(gè)二次系統(tǒng)有著很大的影響。與光電互感器不同,常規(guī)互感器每個(gè)二次繞組的準(zhǔn)確級(jí)和伏安特性都不相同,在與合并單元配合使用時(shí),需要滿(mǎn)足保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量對(duì)互感器準(zhǔn)確級(jí)的要求。
3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)互感器伏安特性測(cè)試
首先應(yīng)確定每臺(tái)斷路器所包括的互感器繞組的數(shù)量及各繞組的準(zhǔn)確級(jí)。以海北500 kV智能變電站完整串中斷路器為例,如圖1所示。
圖1 海北500 kV智能變電站完整串中斷路器5022TA繞組示意圖
5022斷路器有2組電流互感器,每組有5個(gè)繞組,準(zhǔn)確級(jí)為0.2S/0.2S/5P20/TPY/TPY。對(duì)于智能系統(tǒng),合并單元需要取TPY級(jí)、5P20級(jí)和0.2S級(jí)繞組各1組。對(duì)5P20和TPY級(jí)繞組,應(yīng)進(jìn)行伏安特性測(cè)試,以檢查其是否滿(mǎn)足相應(yīng)保護(hù)對(duì)準(zhǔn)確級(jí)的要求。5022斷路器 TA試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 5022斷路器TA試驗(yàn)數(shù)據(jù)
經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,相應(yīng)電流下的電壓值與出廠值完全吻合,滿(mǎn)足準(zhǔn)確級(jí)要求。
3.1.2 互感器不同準(zhǔn)確級(jí)與合并單元的配合
仍以海北500 kV智能變電站完整串?dāng)嗦菲鳛槔?022斷路器的電流互感器繞組需要供500 kV巴彥托海2號(hào)線差動(dòng)保護(hù)、1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)、斷路器保護(hù)、測(cè)量回路和計(jì)量回路使用,應(yīng)驗(yàn)證合并單元對(duì)繞組的選取是否符合保護(hù)和測(cè)量要求。5022斷路器A套合并單元共接入3組電流,分別為T(mén)PY級(jí)、5P20級(jí)和0.2S級(jí)。在進(jìn)行A套合并單元與各保護(hù)間虛端子連線時(shí),應(yīng)將TPY級(jí)的輸出連接到5022斷路器1號(hào)主變A套差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)和巴彥托海2號(hào)線路保護(hù)電流輸入通道;將5P20級(jí)的輸出連接到保護(hù)電流通道;將0.2S級(jí)的輸出連接到A套SV網(wǎng)交換機(jī),以供5022斷路器測(cè)控裝置、主變高壓側(cè)和線路測(cè)控裝置及電能計(jì)量使用。B網(wǎng)的連接方式與A網(wǎng)相同。
電流互感器的極性對(duì)保護(hù)和測(cè)控裝置至關(guān)重要,若采用常規(guī)互感器,其極性對(duì)各二次設(shè)備的影響尤為特殊。
3.2.1 3/2接線方式500 kV線路和主變保護(hù)電流極性的驗(yàn)證
采用常規(guī)互感器時(shí),電流互感器的一次側(cè)極性P1根據(jù)設(shè)計(jì)一般都有統(tǒng)一的方向,以完整串為例,如圖2所示。
圖2 海北500 kV智能變電站完整串3/2斷路器接線示意圖
邊斷路器5021TA一次極性端P1和中斷路器5022TA一次極性端P1均在500 kVⅠ母?jìng)?cè),邊斷路器5023TA一次極性端P1在500 kVⅡ母?jìng)?cè)。對(duì)于巴彥托海2號(hào)線,中斷路器5022TA應(yīng)取反極性,在保護(hù)電流回路虛端子連接時(shí)應(yīng)特別注意,如圖3所示。
圖3 中斷路器5022第一套合并單元TA極性示意圖
應(yīng)在5021、5022互感器及5022、5023互感器合并單元上同源加入電流,以驗(yàn)證保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量等裝置對(duì)斷路器電流采樣的正確性。
3.2.2 母差保護(hù)各支路電流合并單元極性的驗(yàn)證
變電站各電壓等級(jí)母線差動(dòng)保護(hù)的基本原理是相同的,在智能變電站中,母差保護(hù)各支路電流合并單元極性的正確是保證母差保護(hù)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。因此應(yīng)在母差保護(hù)不同支路合并單元分相加入同相位的額定電流,驗(yàn)證母差保護(hù)差流計(jì)算的正確性,其方法與常規(guī)變電站母差保護(hù)相同。
3.2.3 主變高、中、低三側(cè)電流合并單元極性的驗(yàn)證
主變?nèi)齻?cè)分別采用了不同的電流合并單元,因此三側(cè)合并單元電流極性的確認(rèn)對(duì)主變保護(hù)很重要。應(yīng)在中壓側(cè)和低壓側(cè)電流合并單元上,同源分相加入額定電流 (根據(jù)主變?nèi)萘坑?jì)算),電流同相位時(shí)差流顯示應(yīng)疊加,反相位時(shí)差流顯示應(yīng)抵消。同理再驗(yàn)證高壓側(cè)和中壓側(cè)之間的極性,以確保三側(cè)合并單元極性配置的正確性。
3.2.4 合并單元內(nèi)極性的選取
合并單元輸出量為數(shù)字量,在其通道配置中對(duì)于電流極性有固定的模式,一般合并單元對(duì)同一組電流輸入會(huì)配置8路以上電流輸出通道,多則達(dá)十幾路。海北變的電流合并單元有18路電流數(shù)字量輸出,其中前9路為正極性輸出,后9路為負(fù)極性輸出。在進(jìn)行各裝置電流采樣通道的虛端子配置時(shí),對(duì)于需要取負(fù)極性的電流通道應(yīng)選擇連接到合并單元的后9路輸出,需要正極性則選擇連接前9路輸出。
在互感器二次準(zhǔn)確級(jí)和極性確認(rèn)無(wú)誤后,通過(guò)保護(hù)與合并單元之間的直連光纖,進(jìn)行模擬量輸入,驗(yàn)證繼電保護(hù)直采功能的正確性,即電流電壓的幅值、相角、頻率采樣正確。電壓電流三相之間的角度應(yīng)為120°,偏差范圍在±1°內(nèi)。
智能終端的狀態(tài)量是數(shù)字化保護(hù)邏輯的重要部分,也是進(jìn)行重合閘和失靈判斷的重要依據(jù),因此應(yīng)首先驗(yàn)證智能終端間位置狀態(tài)通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼_性[2],即保護(hù)對(duì)一次設(shè)備狀態(tài)量采集的正確性。根據(jù)設(shè)計(jì)虛端子連接圖和GOOSE網(wǎng)絡(luò)各保護(hù)間聯(lián)閉鎖邏輯關(guān)系表,模擬各種運(yùn)行狀態(tài),驗(yàn)證繼電保護(hù)GOOSE狀態(tài)量開(kāi)入的正確性,包括斷路器的三相分合閘位置、隔離開(kāi)關(guān)的分合閘位置、斷路器的分合閘閉鎖及智能終端三相跳閘閉鎖重合反饋等。
智能變電站保護(hù)跳閘沒(méi)有了傳統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作,有的智能變電站采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘的方式,通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送跳合閘命令,大大減少了保護(hù)和智能終端直跳口的數(shù)量,同時(shí)節(jié)約了光纜。但網(wǎng)絡(luò)跳閘也有弊端,在發(fā)生重大故障時(shí),網(wǎng)絡(luò)瞬間會(huì)產(chǎn)生巨大流量,這對(duì)GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)提出了更高的要求,同時(shí)也可能危及到保護(hù)正確跳開(kāi)斷路器,第一時(shí)間切除故障,因此目前智能變電站都遵循直采直跳的原則[3]。通過(guò)保護(hù)和智能終端的直連光纖,直接跳合斷路器,大大提高了保護(hù)跳合閘的可靠性。在每個(gè)繼電保護(hù)裝置上模擬各類(lèi)保護(hù)動(dòng)作,逐項(xiàng)檢查智能終端接收跳合閘命令和各類(lèi)跳合閘出口軟壓板的正確性是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的關(guān)鍵。
除了各繼電保護(hù)直跳功能外,驗(yàn)證斷路器失靈聯(lián)閉鎖邏輯是智能變電站保護(hù)間邏輯試驗(yàn)的重要步驟。在保護(hù)虛端子連接完成后,必須在每個(gè)保護(hù)裝置上模擬各種類(lèi)型的保護(hù)動(dòng)作,經(jīng)GOOSE網(wǎng)交換機(jī)驗(yàn)證繼電保護(hù)間的各種聯(lián)閉鎖關(guān)系、閉鎖重合閘及交換機(jī)VLAN劃分的正確性。
4.3.1 500 kV 3/2接線方式斷路器失靈聯(lián)閉鎖關(guān)系驗(yàn)證
對(duì)于500 kV 3/2接線方式,主要的測(cè)試內(nèi)容有以下幾方面。
a. 完成投入線路保護(hù)、斷路器合位和重合閘充電,模擬線路保護(hù)三相動(dòng)作,檢查斷路器保護(hù)開(kāi)關(guān)量“跳閘啟動(dòng)失靈”及“閉鎖重合閘”變位應(yīng)正確,重合閘應(yīng)可靠放電。
b. 邊斷路器保護(hù)失靈動(dòng)作,啟動(dòng)相鄰中斷路器保護(hù)閉鎖重合,中斷路器保護(hù)開(kāi)關(guān)量“相鄰斷路器跳閘”及“閉鎖重合閘”變位應(yīng)正確。
c. 邊斷路器保護(hù)失靈動(dòng)作,啟動(dòng)母線保護(hù)“斷路器失靈開(kāi)入”變位應(yīng)正確。
d. 母差保護(hù)動(dòng)作,邊斷路器保護(hù)開(kāi)關(guān)量,“母線三跳開(kāi)入”變位應(yīng)正確,跟跳正確。
e. 斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作,線路保護(hù)GOOSE開(kāi)入量“斷路器啟動(dòng)遠(yuǎn)傳”及“遠(yuǎn)傳信號(hào)”變位應(yīng)正確,用于斷路器失靈后遠(yuǎn)方啟動(dòng)線路對(duì)端斷路器跳閘。
4.3.2 主變?nèi)齻?cè)斷路器失靈聯(lián)閉鎖回路驗(yàn)證
對(duì)于主變?nèi)齻?cè)斷路器,當(dāng)高壓側(cè)斷路器保護(hù)動(dòng)作失靈后,經(jīng)500 kV GOOSE網(wǎng)啟動(dòng)主變保護(hù)“高壓側(cè)失靈聯(lián)跳開(kāi)入”聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)。中壓側(cè)是當(dāng)220 kV母差保護(hù)動(dòng)作后,經(jīng)220 kV GOOSE網(wǎng)啟動(dòng)主變保護(hù)斷路器失靈聯(lián)跳三側(cè)邏輯,主變保護(hù)內(nèi)“中壓側(cè)失靈聯(lián)跳開(kāi)入”變位應(yīng)正確,聯(lián)跳出口控制投退應(yīng)正常。
智能變電站采用雙套智能終端配置[4],因此需要驗(yàn)證其互閉鎖重合的邏輯。當(dāng)A套線路保護(hù)三跳,線路A套智能終端收到三跳命令后,應(yīng)同時(shí)向B套智能終端發(fā)送閉鎖重合閘指令,并通過(guò)GOOSE網(wǎng)將指令傳送到B套斷路器保護(hù),對(duì)B套重合閘進(jìn)行放電。
智能變電站有大量合并單元,組成一個(gè)龐大的采樣值系統(tǒng),因此必須有一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)以保證所有合并單元輸出的同步[5]。與常規(guī)變電站相比,智能變電站在時(shí)間同步技術(shù)方面提出了更高要求[6]。當(dāng)合并單元處于失步狀態(tài)時(shí),其單體裝置輸出的電流和電壓角度基本沒(méi)有變化,但幾臺(tái)合并單元之間的電流和電壓角度會(huì)發(fā)生較大偏差,造成保護(hù)的誤動(dòng)。應(yīng)在不同合并單元采用同源輸入的方法,驗(yàn)證各合并單元輸出的同步性是否滿(mǎn)足繼電保護(hù)及相關(guān)智能系統(tǒng)的要求。不同的合并單元在同源輸入的情況下,其輸出的角度誤差應(yīng)在±1°內(nèi)。
各支路的合并單元失步時(shí),加入反相位的額定電流,母線保護(hù)差流不能完全抵消,可能會(huì)引起母差保護(hù)誤動(dòng)。應(yīng)在確保GPS全站同步系統(tǒng)正常工作的前提下,首先確保所有合并單元對(duì)時(shí)同步正常,然后對(duì)母差保護(hù)所有支路進(jìn)行相位驗(yàn)證,在2條支路同時(shí)加入反相位額定電流時(shí),母差保護(hù)差流應(yīng)為0,同相位時(shí)應(yīng)為2倍額定電流。2條支路的電流角度應(yīng)正確無(wú)誤,偏差范圍在±1°內(nèi)。
主變保護(hù)三側(cè)電壓和電流采樣取自不同合并單元,當(dāng)失步時(shí)電壓和電流之間相角會(huì)出現(xiàn)較大偏差,從而造成主變保護(hù)誤動(dòng)。應(yīng)以高壓側(cè)電壓為基準(zhǔn),核對(duì)三側(cè)的電壓和電流相角,偏差范圍應(yīng)在±1°內(nèi),以確保三側(cè)合并單元同步。
對(duì)于500 kV線路保護(hù)取2臺(tái)斷路器時(shí),應(yīng)將2臺(tái)斷路器合并單元分別加入同相位和反相位的額定電流,線路保護(hù)應(yīng)顯示為2倍額定電流或0。對(duì)于220 kV線路保護(hù),為了滿(mǎn)足線路保護(hù)重合閘的需要,線路電流合并單元會(huì)接入母線電壓信號(hào)[7],應(yīng)同時(shí)在母線電壓合并單元和線路電流合并單元同源加入模擬量,檢查電壓和電流之間的角度,誤差也應(yīng)在±1°內(nèi)。
當(dāng)同步系統(tǒng)發(fā)生失步情況時(shí),合并單元應(yīng)至少守時(shí)10 min,且同時(shí)維持其同步性能。在GPS系統(tǒng)恢復(fù)同步后,合并單元應(yīng)同時(shí)自動(dòng)恢復(fù)同步,以保證整個(gè)采樣值系統(tǒng)正常運(yùn)行。
單個(gè)合并單元GPS對(duì)時(shí)無(wú)誤的情況下,合并單元之間也會(huì)發(fā)生失步現(xiàn)象,可以通過(guò)修改合并單元的輸出延時(shí)來(lái)調(diào)整合并單元之間的同步性,以確保采樣值輸出的正確[8]。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是進(jìn)行智能操作,實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、遙調(diào)和其它高級(jí)應(yīng)用的重要載體,應(yīng)確保其功能的正確性和完整性?,F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試重點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)。
a. 通過(guò)合并單元的模擬量輸入,經(jīng)SV網(wǎng)交換機(jī)驗(yàn)證計(jì)算機(jī)監(jiān)控后臺(tái)對(duì)系統(tǒng)各電壓、電流、功率、相角及頻率的正確顯示。計(jì)算機(jī)后臺(tái)顯示應(yīng)與合并單元輸出保持一致,不可有偏差。同時(shí)應(yīng)保證電流電壓變比極性、功率計(jì)算公式等參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確無(wú)誤,與實(shí)際運(yùn)行情況相符。
b. 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)GOOSE網(wǎng)實(shí)現(xiàn)斷路器及隔離開(kāi)關(guān)的遙控、變壓器檔位的遙調(diào)等功能應(yīng)可靠,并能經(jīng)過(guò)智能終端上的硬壓板進(jìn)行投退。
c. 監(jiān)控后臺(tái)對(duì)繼電保護(hù)定值召喚、修改,保證軟壓板的遠(yuǎn)方投退等功能正確實(shí)現(xiàn)[10]。
d. 變電站內(nèi)的SF6檢測(cè)、變壓器油色譜檢測(cè)、火災(zāi)報(bào)警、視頻監(jiān)控、避雷器在線檢測(cè)等應(yīng)用功能應(yīng)正確接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),及時(shí)彈出報(bào)警窗口。
通過(guò)對(duì)海北500 kV智能化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程的分析總結(jié)得出:全站SCD模型檢查、采樣值系統(tǒng)的正確性和誤差控制、繼電保護(hù)間聯(lián)閉鎖關(guān)系驗(yàn)證、合并單元同步性測(cè)試和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)5道調(diào)試工序是智能變電站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的關(guān)鍵點(diǎn),在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中,應(yīng)著重把握以上幾方面,同時(shí)對(duì)類(lèi)似大型高電壓等級(jí)智能變電站的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作提供借鑒。
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