呂 滔，鄧 磊

(國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京100161)

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洪屏抽水蓄能電站自動準(zhǔn)同期導(dǎo)前時間參數(shù)整定的研究

呂 滔，鄧 磊

(國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京100161)

洪屏抽水蓄能電站自動準(zhǔn)同期裝置參數(shù)整定的正確性直接影響同期操作的效果和相關(guān)設(shè)備的使用壽命。通過對電站自動準(zhǔn)同期裝置導(dǎo)前時間參數(shù)的分析和研究，指出自動準(zhǔn)同期裝置導(dǎo)前時間參數(shù)整定的原則和方法，為同期裝置導(dǎo)前時間整定提供科學(xué)實用的理論依據(jù)和方法。

自動準(zhǔn)同期；導(dǎo)前時間；斷路器；繼電器；洪屏抽水蓄能電站

0 引 言

電力系統(tǒng)運行過程中把系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線或聯(lián)絡(luò)變壓器與電力系統(tǒng)進(jìn)行并列，這種將小系統(tǒng)并入大系統(tǒng)的操作稱為同期操作。兩個系統(tǒng)進(jìn)行同期操作的三要素是幅值相等、頻率相等、相位相等。隨著越來越多的電站使用自動準(zhǔn)同期裝置實現(xiàn)自動并網(wǎng)，同期裝置參數(shù)整定的正確性直接影響同期操作的效果和相關(guān)設(shè)備的使用壽命。通過對江西洪屏抽水蓄能電站自動準(zhǔn)同期裝置導(dǎo)前時間參數(shù)的分析和研究，指出自動準(zhǔn)同期裝置導(dǎo)前時間參數(shù)整定的原則和方法，為同期裝置導(dǎo)前時間整定提供科學(xué)實用的理論依據(jù)和方法。

1 電站配置及參數(shù)

江西洪屏抽水蓄能電站安裝4臺單機容量300 MW的混流可逆式水泵水輪-發(fā)電電動機組。4臺機組配置1套靜止變頻器裝置作為機組電動機模式拖動起動的動力電源。機組型式為立軸、懸式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步發(fā)電電動機，型號為1DH 6661- 3WE06-Z，額定轉(zhuǎn)速500 r/min，額定電壓18 kV，額定頻率50 Hz，額定容量333.3 MV·A(發(fā)電工況)、325 MW(電動工況)，額定功率因數(shù)0.9滯后(發(fā)電工況)、0.975超前(電動工況)，直軸同步電抗Xd(不飽和)1.16(p.u.)，直軸暫態(tài)電抗X’d(不飽和)0.28(p.u.)，直軸次暫態(tài)電抗X″d(飽和)0.26(p.u.)，不飽和交軸同步電抗Xq0.83(p.u.)。

該電站機組監(jiān)控系統(tǒng)采用南瑞NC2000 V3.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)，自動準(zhǔn)同期裝置采用南瑞SJ- 12D雙微機手自動同期裝置。機端出口斷路器采用ABB公司生產(chǎn)的HECPS- 3S型成套機組開關(guān)。電站進(jìn)行同期試驗前同期參數(shù)預(yù)整定為：系統(tǒng)頻率50 Hz，合閘導(dǎo)前時間50 ms，允許角差1°，允許壓差2 V，允許頻差0.2 Hz。經(jīng)假同期試驗后同期參數(shù)調(diào)整為：系統(tǒng)頻率50 Hz，合閘導(dǎo)前時間70 ms，允許角差1°，允許壓差2 V，允許頻差0.2 Hz。

假同期試驗前導(dǎo)前時間整定根據(jù)斷路器動作時間37.7 ms(見表1)與中間繼電器動作時間10 ms(經(jīng)驗值)求和得出，假同期試驗后導(dǎo)前時間調(diào)整整定根據(jù)假同期試驗得到的合閘時間測量值67.5 ms。試驗前后兩個同期導(dǎo)前時間整定參數(shù)相差近20 ms，筆者認(rèn)為有必要通過理論計算和試驗驗證的方式科學(xué)的確定同期裝置導(dǎo)前時間的整定值。隨后通過理論分析和試驗論證，提出了一種科學(xué)實用的方法用于同期裝置導(dǎo)前時間參數(shù)的整定，同時提出了個人總結(jié)歸納的整定原則和見解以供相關(guān)從業(yè)人員參考與借鑒。

2 理論分析

江西洪屏抽水蓄能電站SJ- 12D雙微機手自動同期裝置的同期原理是在壓差、頻差滿足要求的情況下，不斷監(jiān)測發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓的相位差，準(zhǔn)確預(yù)測斷路器的合閘時刻，實現(xiàn)快速無沖擊合閘。電站同期裝置導(dǎo)前時間參數(shù)預(yù)整定為50 ms是根據(jù)ABB廠家提供的HECPS- 3S型開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試報告中斷路器合閘時間試驗數(shù)據(jù)與監(jiān)控廠家提供的中間繼電器動作時間經(jīng)驗值求和確定而得。

該電站在水泵工況模式下進(jìn)行假同期并網(wǎng)試驗，錄制假同期并網(wǎng)試驗波形圖如圖1。圖中橫坐標(biāo)為時間軸，縱坐標(biāo)由上至下的波形分別為自動準(zhǔn)同期裝置出口合閘令脈沖波形、斷路器輔助節(jié)點開入信號位置開關(guān)波形、系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)A相電壓壓差波形、系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)B相電壓壓差波形，縱向標(biāo)注線為合閘位置信號反饋時標(biāo)線。

圖1 假同期波形(導(dǎo)前時間50 ms)

2.1 波形分析

由圖1可知，斷路器同期合閘時刻處于電壓壓差波形收斂區(qū)間，斷路器輔助節(jié)點開入信號時系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)A相壓差瞬時值為1.2 V，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)B相壓差瞬時值為1.3 V，假同期試驗結(jié)果良好。測得合閘時間即同期裝置出口合閘令與斷路器輔助節(jié)點開入信號的時間差為67.5 ms。

該同期裝置合閘導(dǎo)前時間最小整定步長為10 ms，后修改同期導(dǎo)前時間參數(shù)為70 ms進(jìn)行假同期試驗，錄制了假同期并網(wǎng)試驗波形圖2。

圖2 假同期波形(導(dǎo)前時間70 ms)

由圖2可知，斷路器同期合閘時刻處于電壓壓差波形收斂區(qū)間，斷路器輔助節(jié)點開入信號時系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)A相壓差瞬時值為1.5 V，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)B相壓差瞬時值為2.4 V，假同期試驗結(jié)果良好。測得合閘時間即同期裝置出口合閘令與斷路器輔助節(jié)點開入信號的時間差為67.5 ms。

對比斷路器輔助節(jié)點反饋時刻的試驗結(jié)果可知，合閘效果波形圖1優(yōu)于圖2。實際上斷路器主觸頭合閘與其輔助節(jié)點信號存在時間差，中間繼電器動作時間的實際值與理論值同樣存在偏差。因此，該試驗結(jié)果的正確性還需要通過理論分析和試驗加以驗證。

2.2 數(shù)據(jù)分析

為了準(zhǔn)確的獲得同期導(dǎo)前時間參數(shù)必須確定同期合閘回路中造成時間偏差的原因和各個環(huán)節(jié)的偏差數(shù)值。經(jīng)分析，江西洪屏抽水蓄能電站機組監(jiān)控系統(tǒng)同期合閘回路中存在時間偏差的環(huán)節(jié)主要包括同期合閘令擴(kuò)展中間繼電器KS14、斷路器主觸頭合閘時間和斷路器輔助節(jié)點傳動機構(gòu)反饋時間常數(shù)。

查閱江西洪屏抽水蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)機組LCU原理接線圖可知，同期合閘中間繼電器KS14為魏德米勒DRM 570 220 L型中間繼電器，負(fù)載(阻性)5A/250VAC，切換功率(阻性)1 250 VA150 W，接觸電阻(初始)≤50 mΩ，吸合時間/釋放時間≤20 ms/≤20 ms；吸合電壓(25 ℃)≥75%額定電壓，釋放電壓(25 ℃)≥10%額定電壓，最大電壓(25 ℃)110%額定電壓，線圈功率≤0.9 W。同樣，通過查閱ABB公司提供的HECPS- 3S型開關(guān)現(xiàn)場調(diào)試報告獲得斷路器合閘時間參數(shù)見表1，HECPS- 3S型斷路器控制柜電氣原理圖獲得斷路器輔助接點節(jié)點容量參數(shù)見表2。

表1 ABB斷路器合閘時間 ms

表2 斷路器輔助接點節(jié)點容量參數(shù)

—NC/ANO/A時間常數(shù)/ms220VDC2120

以上設(shè)備參數(shù)經(jīng)簡要計算可以確定，在額定工作條件下同期導(dǎo)前時間不應(yīng)大于82 ms(理論上)。同時對波形圖1、2再次進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

(1)在波形圖3中，斷路器同期合閘時刻主觸頭合閘瞬間(斷路器輔助接點開入信號前20 ms)，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)A相壓差瞬時值為2.2 V，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)B相壓差瞬時值為0.73 V。

(2)在波形圖4中，斷路器同期合閘時刻主觸頭合閘瞬間(斷路器輔助接點開入信號前20 ms)，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)A相壓差瞬時值為0.3 V，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)B相壓差瞬時值為3.2 V。

圖3 假同期波形(導(dǎo)前時間50 ms)

圖4 假同期波形(導(dǎo)前時間70 ms)

3 試驗測試

為了準(zhǔn)確確定同期導(dǎo)前時間參數(shù)以及設(shè)備性能參數(shù)，筆者對影響同期導(dǎo)前時間參數(shù)的兩個環(huán)節(jié)進(jìn)行了相關(guān)試驗數(shù)據(jù)測量。試驗項目主要包括：①中間繼電器吸合動作時間測試；②斷路器輔助節(jié)點傳動機構(gòu)時間常數(shù)測試。

3.1 中間繼電器測試

根據(jù)國標(biāo)“JB/T 3779—2002快速中間繼電器”的技術(shù)要求，通過ONLLY系列繼電保護(hù)測試儀分別在70%和100%額定電壓下對魏德米勒DRM 570 220L型中間繼電器進(jìn)行動作時間[4]測試，試驗結(jié)果為：在100%額定電壓下兩次測試時間結(jié)果分別為8 ms和7.3 ms；在70%額定電壓下兩次測試時間結(jié)果均為12.5 ms。

試驗結(jié)果符合國標(biāo)動作時間一般不應(yīng)大于15 ms的技術(shù)要求。

3.2 斷路器輔助節(jié)點傳動結(jié)構(gòu)時間常數(shù)測試

根據(jù)ABB公司提供的HECPS- 3S型開關(guān)現(xiàn)場調(diào)試報告和假同期試驗測得的合閘時間可知，斷路器主觸頭與輔助節(jié)點動作時間必然存在一定的時間常數(shù)。通過利用XHJJ302 A 高壓開關(guān)綜合測試儀對斷路器輔助接點動作時間進(jìn)行測試，斷路器合閘輔助節(jié)點動作時間兩次試驗結(jié)果分別為56.4 ms和56.3 ms。與ABB公司提供的現(xiàn)場調(diào)試報告斷路器主觸頭動作時間最大值37.7 ms相差18.7 ms，數(shù)據(jù)符合ABB公司提供的HECPS- 3S型斷路器控制柜電氣原理圖中斷路器輔助接點節(jié)點時間常數(shù)不大于20 ms技術(shù)指標(biāo)要求。

4 結(jié) 論

(1)通過理論分析和試驗可知，同期導(dǎo)前時間參數(shù)確定有：①同期導(dǎo)前時間最小值不宜小于斷路器合閘時間與中間繼電器動作時間之和；②同期導(dǎo)前時間最大值不宜大于斷路器合閘時間誤差允許值、中間繼電器動作時間與輔助節(jié)點傳動機構(gòu)時間常數(shù)之和。

(2)同期導(dǎo)前時間參數(shù)確定的方法有：①應(yīng)測量同期合閘回路中間繼電器額定電壓下的動作時間；②斷路器開關(guān)特性試驗時應(yīng)分別測量斷路器主觸頭分合閘時間和斷路器輔助節(jié)點動作時間常數(shù)；③假同期時應(yīng)測量合閘時間參數(shù)。

結(jié)合理論分析和各項試驗數(shù)據(jù)結(jié)果，可以確定江西洪屏抽水蓄能電站同期導(dǎo)前時間參數(shù)整定區(qū)間為44.2 ～82 ms，理論上最優(yōu)時間參數(shù)為合閘時間與輔助節(jié)點時間常數(shù)之差47.5 ms?？紤]到江西洪屏抽水蓄能電站機組監(jiān)控系統(tǒng)同期合閘回路中閉鎖開關(guān)節(jié)點較多，開關(guān)節(jié)點經(jīng)常動作吸合導(dǎo)致觸點接觸電阻變大導(dǎo)致合閘回路電阻變大，以及SF6氣壓降低、主觸頭燒蝕和斷路器儲能機構(gòu)等因素的影響可能導(dǎo)致斷路器合閘時間變大。實際建議導(dǎo)前時間取斷路器合閘時間誤差允許值42 ms與中間繼電器動作時間技術(shù)要求最大允許值15 ms之和57 ms。因此，江西洪屏抽水蓄能電站同期導(dǎo)前時間參數(shù)應(yīng)整定為60 ms。該電站在水泵調(diào)相工況下進(jìn)行同期并網(wǎng)試驗并錄制波形圖見圖5。

圖5 假同期波形(導(dǎo)前時間60 ms)

通過波形圖5可知，斷路器同期合閘時刻主觸頭合閘瞬間(斷路器輔助接點開入信號前20 ms)，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)A相壓差瞬時值為1.2 V，系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)B相壓差瞬時值為0.24 V。同期合閘效果優(yōu)良，符合電站同期并網(wǎng)要求。

[1]JB/T 3779—2002 快速中間繼電器[S]．

[2]趙涌， 彭文才， 劉成俊. 在抽水蓄能電站中遇到的同期問題[J]. 水電自動化與大壩監(jiān)測， 2013， 37(5)： 71- 75．

(責(zé)任編輯 高 瑜)

Research on Automatic Quasi Synchronization Time Parameter Setting of Hongping Pumped-storage Power Station

Lü Tao, DENG Lei

(Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd., Beijing 100161, China)

The time parameter setting of automatic quasi synchronization device in Hongping Pumped-storage Power Station will directly affect the effect of unit synchronization operation and the life of related equipments. Based on the analysis of lead time parameter of automatic quasi synchronization device, the principles and methods of time parameter setting are presented, that provide scientific and practical theory basis and method for the time parameter setting of synchronization device．

automatic quasi synchronization; lead time; circuit breaker; relay; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 08

呂滔(1984—)，男，湖北潛江人，工程師，主要從事抽水蓄能機組調(diào)試和技術(shù)管理工作．

TV743(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0083- 04