張 鵬，向強銘，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臺斷路器，所有斷路器為同一型號規(guī)格。同期系統(tǒng)包括：1套同期PLC、1臺自動同期裝置、1臺手動同期裝置、1個同期閉鎖繼電器以及控制回路。涉及7個母線電壓（2個母線電壓和5個出線線路電壓）、14個同期點、監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)令同期合/監(jiān)控發(fā)令無壓合/現(xiàn)地手動同期合/現(xiàn)地手動無壓合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，包含斷路器及出線隔刀狀態(tài)信號、PT狀態(tài)正常信號，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狀態(tài)，必須刪除映射狀態(tài)。實現(xiàn)方法是刪除相應(yīng)點的地址，如圖2所示。

圖2 信號注釋與地址示意

1.2 設(shè)備狀態(tài)仿真

輸入同期PLC的信號包括，斷路器及出線隔刀的狀態(tài)信號、PT異常信號、合閘方式及同期點選擇。輸入同期裝置的信號包括，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。各信號在實際情況和仿真情況下的來源如表1所示。

表1 信號來源

2 命令仿真

開關(guān)站共14臺斷路器，14個同期點，每臺斷路器合閘方式有：自動同期合、自動無壓合、手動同期合、手動無壓合。開關(guān)站配置一套主PLC和一套同期PLC，當(dāng)操作方式為自動準(zhǔn)同期時，主PLC接收上位機的合閘命令，再將合閘方式和同期點通過開出繼電器送至同期PLC，同期PLC啟動同期流程和自動準(zhǔn)同期裝置；當(dāng)操作方式為手動準(zhǔn)同期時，同期合/無壓合操作把手狀態(tài)、同期點選擇把手狀態(tài)直接送至同期PLC，同期PLC啟動同期流程和手動準(zhǔn)同期裝置。在仿真模式下，合閘方式和同期點均為操作員操作。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)先選擇通過母線電壓和線路電壓進行合閘，其次通過2個母線電壓進行合閘。

當(dāng)通過串內(nèi)斷路器和出線隔刀狀態(tài)判斷出待合閘斷路器單端無壓或兩端無壓時，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)對母線或是線路進行充電時，串內(nèi)斷路器和出線隔刀狀態(tài)滿足準(zhǔn)同期合閘條件，但實則母線或線路無壓，待合閘斷路器單端無壓，此種情況下按照準(zhǔn)同期合閘方式進行電壓選擇。XX33斷路器合閘電壓選擇如表2所示。

表2 XX33斷路器合閘時電壓選擇

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

（1）XX336合閘，遠方發(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自動同期合閘仿真

（2）XX31、XX32合閘，XX336分閘，手動發(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手動同期合閘仿真

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

圖6 XX33遠方無壓同期合閘仿真

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、相角差通過同期PLC計算得到。計算公式如下：

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為時間（從同期裝置啟動后開始計時）。

在準(zhǔn)同期方式下，當(dāng)δU∈（-3，+3），s∈（-0.2，+0.2），δP∈（0，10）同時滿足時，同期裝置發(fā)出合閘令；在無壓合方式下，同期裝置選擇無壓合參數(shù)，當(dāng)同期裝置判斷一端無壓后發(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)同期合閘和無壓合閘均經(jīng)過同期裝置出口。準(zhǔn)同期合閘時，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刻發(fā)出合閘令。無壓合閘時，同期裝置選擇無壓合參數(shù)且發(fā)令讓同期裝置允許無壓合，同時通過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

通過人機界面模擬開關(guān)站斷路器狀態(tài)和同期電壓，將合閘流程和中間過程可視化，同時計算出合閘時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。