張 鵬，向強(qiáng)銘，邢本福

（1.三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443000；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

某巨型水電站500 kV開關(guān)站主接線采用3/2接線方式，主接線圖如圖1所示，共5串14臺(tái)斷路器，所有斷路器為同一型號(hào)規(guī)格。同期系統(tǒng)包括：1套同期PLC、1臺(tái)自動(dòng)同期裝置、1臺(tái)手動(dòng)同期裝置、1個(gè)同期閉鎖繼電器以及控制回路。涉及7個(gè)母線電壓（2個(gè)母線電壓和5個(gè)出線線路電壓）、14個(gè)同期點(diǎn)、監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)令同期合/監(jiān)控發(fā)令無(wú)壓合/現(xiàn)地手動(dòng)同期合/現(xiàn)地手動(dòng)無(wú)壓合4種同期方式，同期控制回路、程序控制邏輯復(fù)雜。

圖1 某巨型水電站開關(guān)站主接線圖

1 設(shè)備實(shí)際狀態(tài)仿真

1.1 程序修改

輸入同期PLC的變量均為硬接線點(diǎn)，包含斷路器及出線隔刀狀態(tài)信號(hào)、PT狀態(tài)正常信號(hào)，程序中的變量與硬件地址一一映射，若需在Unity Pro編程軟件的仿真界面中人為改變信號(hào)狀態(tài)，必須刪除映射狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)方法是刪除相應(yīng)點(diǎn)的地址，如圖2所示。

圖2 信號(hào)注釋與地址示意

1.2 設(shè)備狀態(tài)仿真

輸入同期PLC的信號(hào)包括，斷路器及出線隔刀的狀態(tài)信號(hào)、PT異常信號(hào)、合閘方式及同期點(diǎn)選擇。輸入同期裝置的信號(hào)包括，同期電壓（包含電壓幅值、頻率和初始相角）、同期參數(shù)選擇、同期裝置啟停命令。各信號(hào)在實(shí)際情況和仿真情況下的來(lái)源如表1所示。

表1 信號(hào)來(lái)源

2 命令仿真

開關(guān)站共14臺(tái)斷路器，14個(gè)同期點(diǎn)，每臺(tái)斷路器合閘方式有：自動(dòng)同期合、自動(dòng)無(wú)壓合、手動(dòng)同期合、手動(dòng)無(wú)壓合。開關(guān)站配置一套主PLC和一套同期PLC，當(dāng)操作方式為自動(dòng)準(zhǔn)同期時(shí)，主PLC接收上位機(jī)的合閘命令，再將合閘方式和同期點(diǎn)通過(guò)開出繼電器送至同期PLC，同期PLC啟動(dòng)同期流程和自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置；當(dāng)操作方式為手動(dòng)準(zhǔn)同期時(shí)，同期合/無(wú)壓合操作把手狀態(tài)、同期點(diǎn)選擇把手狀態(tài)直接送至同期PLC，同期PLC啟動(dòng)同期流程和手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置。在仿真模式下，合閘方式和同期點(diǎn)均為操作員操作。例如選擇XX32開關(guān)同期合的操作流程：操作把手選擇自準(zhǔn)→同期點(diǎn)選擇XX32→發(fā)令同期合。

圖3 操作命令仿真

3 同期裝置仿真

3.1 同期電壓選擇

準(zhǔn)同期合閘有2種方式，根據(jù)“近區(qū)電壓優(yōu)先”原則，優(yōu)先選擇通過(guò)母線電壓和線路電壓進(jìn)行合閘，其次通過(guò)2個(gè)母線電壓進(jìn)行合閘。

當(dāng)通過(guò)串內(nèi)斷路器和出線隔刀狀態(tài)判斷出待合閘斷路器單端無(wú)壓或兩端無(wú)壓時(shí)，不投同期電壓，同期裝置系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)電壓均為0；當(dāng)對(duì)母線或是線路進(jìn)行充電時(shí)，串內(nèi)斷路器和出線隔刀狀態(tài)滿足準(zhǔn)同期合閘條件，但實(shí)則母線或線路無(wú)壓，待合閘斷路器單端無(wú)壓，此種情況下按照準(zhǔn)同期合閘方式進(jìn)行電壓選擇。XX33斷路器合閘電壓選擇如表2所示。

表2 XX33斷路器合閘時(shí)電壓選擇

通過(guò)仿真，能直觀顯示電壓選擇是否正確，能有效驗(yàn)證程序邏輯是否正確。例如，對(duì)XX33斷路器合閘仿真：

（1）XX336合閘，遠(yuǎn)方發(fā)同期合命令，仿真結(jié)果如圖4所示，同期電壓選擇B2和L3。

圖4 XX33自動(dòng)同期合閘仿真

（2）XX31、XX32合閘，XX336分閘，手動(dòng)發(fā)同期合命令，仿真結(jié)果如圖5所示，同期電壓選擇B1和B2。

圖5 XX33手動(dòng)同期合閘仿真

（3）XX32合閘，XX336分閘，遠(yuǎn)方發(fā)無(wú)壓合命令，仿真結(jié)果如圖6所示，不投同期電壓。

圖6 XX33遠(yuǎn)方無(wú)壓同期合閘仿真

3.2 同期條件判斷

同期條件包括滑差、電壓差、相角差。在仿真系統(tǒng)中，同期電壓（包括兩條母線電壓和5條線路電壓）的電壓賦值、頻率和初始相角由操作員人為輸入，滑差、電壓差、相角差通過(guò)同期PLC計(jì)算得到。計(jì)算公式如下：

其中，U1為輸入同期裝置的系統(tǒng)側(cè)電壓幅值，U2為輸入同期裝置的待并側(cè)電壓幅值，U額定為開關(guān)站額定電壓幅值，f1為輸入同期裝置的系統(tǒng)側(cè)電壓頻率，f2為輸入同期裝置的待并側(cè)電壓頻率，P10為輸入同期裝置的系統(tǒng)側(cè)電壓初始相角，P20為輸入同期裝置的系統(tǒng)側(cè)電壓初始相角，t為時(shí)間（從同期裝置啟動(dòng)后開始計(jì)時(shí)）。

在準(zhǔn)同期方式下，當(dāng)δU∈（-3，+3），s∈（-0.2，+0.2），δP∈（0，10）同時(shí)滿足時(shí)，同期裝置發(fā)出合閘令；在無(wú)壓合方式下，同期裝置選擇無(wú)壓合參數(shù)，當(dāng)同期裝置判斷一端無(wú)壓后發(fā)出合閘令。

3.3 合閘命令

斷路器合閘回路如圖7所示，準(zhǔn)同期合閘和無(wú)壓合閘均經(jīng)過(guò)同期裝置出口。準(zhǔn)同期合閘時(shí)，同期裝置選擇準(zhǔn)同期參數(shù)，當(dāng)同期裝置和同期閉鎖繼電器均滿足合閘條件的時(shí)刻發(fā)出合閘令。無(wú)壓合閘時(shí)，同期裝置選擇無(wú)壓合參數(shù)且發(fā)令讓同期裝置允許無(wú)壓合，同時(shí)通過(guò)開出繼電器旁路掉同期閉鎖繼電器，當(dāng)同期裝置滿足合閘條件的時(shí)刻發(fā)出合閘令。同期閉鎖繼電器和同期裝置原理基本一致，未做仿真。

圖7 斷路器合閘回路

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)人機(jī)界面模擬開關(guān)站斷路器狀態(tài)和同期電壓，將合閘流程和中間過(guò)程可視化，同時(shí)計(jì)算出合閘時(shí)間以及合閘條件判斷，方便改造期間程序調(diào)試和改造后的故障診斷。