某巨型水電站開關站同期系統仿真研究

張 鵬，向強銘，邢本福

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

某巨型水電站500 kV開關站主接線采用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格。同期系統包括：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、監控系統發令同期合/監控發令無壓合/現地手動同期合/現地手動無壓合4種同期方式，同期控制回路、程序控制邏輯復雜。

圖1 某巨型水電站開關站主接線圖

1 設備實際狀態仿真

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信號、PT狀態正常信號，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，必須刪除映射狀態。實現方法是刪除相應點的地址，如圖2所示。

圖2 信號注釋與地址示意

1.2 設備狀態仿真

輸入同期PLC的信號包括，斷路器及出線隔刀的狀態信號、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。開關站配置一套主PLC和一套同期PLC，當操作方式為自動準同期時，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同期裝置；當操作方式為手動準同期時，同期合/無壓合操作把手狀態、同期點選擇把手狀態直接送至同期PLC，同期PLC啟動同期流程和手動準同期裝置。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開關同期合的操作流程：操作把手選擇自準→同期點選擇XX32→發令同期合。

圖3 操作命令仿真

3 同期裝置仿真

3.1 同期電壓選擇

準同期合閘有2種方式，根據“近區電壓優先”原則，優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。

當通過串內斷路器和出線隔刀狀態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，同期裝置系統側和待并側電壓均為0；當對母線或是線路進行充電時，串內斷路器和出線隔刀狀態滿足準同期合閘條件，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，遠方發同期合命令，仿真結果如圖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，手動發同期合命令，仿真結果如圖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，遠方發無壓合命令，仿真結果如圖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側電壓幅值，U2為輸入同期裝置的待并側電壓幅值，U額定為開關站額定電壓幅值，f1為輸入同期裝置的系統側電壓頻率，f2為輸入同期裝置的待并側電壓頻率，P10為輸入同期裝置的系統側電壓初始相角，P20為輸入同期裝置的系統側電壓初始相角，t為時間（從同期裝置啟動后開始計時）。

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

3.3 合閘命令

斷路器合閘回路如圖7所示，準同期合閘和無壓合閘均經過同期裝置出口。準同期合閘時，同期裝置選擇準同期參數，當同期裝置和同期閉鎖繼電器均滿足合閘條件的時刻發出合閘令。無壓合閘時，同期裝置選擇無壓合參數且發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，當同期裝置滿足合閘條件的時刻發出合閘令。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 結束語

通過人機界面模擬開關站斷路器狀態和同期電壓，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試和改造后的故障診斷。