串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置的技術(shù)問題探討
串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置的技術(shù)問題探討
1同期合閘
1.1概要說明
同期合閘是變電站中經(jīng)常遇到的操作，對減小沖擊，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。同期的條件有三點：頻差、壓差、角差合格［１］。
同期要求為**、準(zhǔn)確、快速。三個條件中***重要，同期裝置必須有完善的閉鎖功能，寧拒動不誤動。對差頻同期，在系統(tǒng)角差為0時合閘，對系統(tǒng)的沖擊*小；電廠中作為發(fā)電機的并網(wǎng)，快速性也很重要，捕捉**次0角度合閘可以節(jié)省大量能源。
1.2環(huán)網(wǎng)并列與差頻同期
差頻同期是指兩個沒有電氣聯(lián)系的系統(tǒng)的并列，包括發(fā)電機的并網(wǎng)及兩個無聯(lián)系電網(wǎng)的并列；兩側(cè)的頻率不同，有可能捕捉到0角度合閘時機。環(huán)網(wǎng)并列是指兩個本已有電氣聯(lián)接的系統(tǒng)，再在該點增加一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)；兩側(cè)頻率相同，相角差即為系統(tǒng)在這兩點之間的功角，該角度在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼柏?fù)荷沒有大變動時基本保持不變。
國內(nèi)有的稱之為檢同期與捕捉同期，有的稱之檢同期與準(zhǔn)同期，有的叫同頻同期與差頻同期。兩個系統(tǒng)若頻率相差在測量誤差范圍內(nèi)，是同頻，但卻不能按同網(wǎng)來同期，為了物理概念上的清晰，本文定義這兩種方式為環(huán)網(wǎng)并列與差頻同期。
差頻同期的目標(biāo)是捕捉**次的零相角差時機合閘，即自動準(zhǔn)同期；環(huán)網(wǎng)并列相角差為兩端的功角，僅是一個壓差和功角的閉鎖功能。
1.3同期遙控方式及自適應(yīng)識別
環(huán)網(wǎng)并列和差頻同期的要求不同。裝置雖然可以自適應(yīng)地判斷出是同頻還是差頻，但對頻差很小的系統(tǒng)，這樣作意味著犧牲一些時間來判斷，會對合閘的時機帶來延誤。而調(diào)度員是了解系統(tǒng)的運行結(jié)構(gòu)的，知道欲合閘的斷路器是處于同頻還是差頻同期的位置，在發(fā)命令的時候即區(qū)分開同頻同期、差頻同期、遙控合閘命令會更好。裝置的自動識別功能，是指在合閘命令下發(fā)后，自動判斷是差頻、同頻還是無壓狀態(tài)，并由不同的約束條件進(jìn)行操作。
1.4合閘導(dǎo)前時間的計算
裝置出口到斷路器合上閘的動作時間準(zhǔn)確獲得直接關(guān)系到同期點角差的準(zhǔn)確性。常規(guī)方法是通過開入量的方式，即通過接入斷路器的輔助觸點，來計算發(fā)出合閘命令到該信號變位的時間。該方法思路直接，容易實現(xiàn)；但是當(dāng)斷路器合上電流的時刻與輔助觸點變位不一致的時差會引入誤差，另外觸點抖動也影響精度。
本文提出一種模擬量檢測導(dǎo)前時間的方法，即用電流的從無到有的檢測。若采樣裝置采樣速率能達(dá)到64點/周波（DF1700模塊采樣速率），則時間分辨率約為0.3ms，可以滿足要求。這種方法要求引入電流的檢測，分布式的同期系統(tǒng)一般是將同期功能融合在斷路器的測控單元中，能滿足這種要求。該方法物理概念更為清晰：從無流變?yōu)橛辛鳎ǘ皇禽o助觸點變位）時，才算真正合閘成功。
1.5串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置的技術(shù)問題探討同期算法
同期是一項可靠性要求極高的操作。誤動時的大角度合閘會給發(fā)電機及系統(tǒng)帶來很大的沖擊，降低發(fā)電機的使用壽命，或是帶來系統(tǒng)的振蕩及解列。而延誤**次*佳同期時期也要盡量防止。因此必須考慮高可靠性、高精度、多級閉鎖、快速的控制算法與措施。
從裝置可靠性上考慮，有的廠家采用雙微機控制的方式，是一種好的思路。也可用硬件上的其它方法。算法上多重化計算及閉鎖也很重要。
計算方法大體有兩種，一是硬件整形脈沖比相的方法，一是通過采樣點比較幅值和相位的方法。兩種方法各有利弊，互相配合能產(chǎn)生完善而穩(wěn)定的效果。
常規(guī)采用的通過實時采樣點作幅值矢量差來推算相角差的方法有如下三個原理性缺陷：1)兩路輸出幅值不同時，直接計算誤差大；2)因為兩路電壓的頻率不同，同步采樣點的差并不是實際幅值的差，原理上有誤差；3)分析一下下面公式，
上式**項是兩個電壓波形直接疊減后的波形包絡(luò)線，常規(guī)算法就是對該項的預(yù)測。由上式可清楚看出其是按正弦波形變化的，不是線性預(yù)測。大頻差時預(yù)測算**帶來誤差。
采用直接計算相角差的方法可以叫做直接法，頻差固定時，相角差的變化是線性的，預(yù)測容易得多，也更加準(zhǔn)確。預(yù)測算法采用*小二乘法抗干擾性能會大大提高。測點間距、擬和數(shù)據(jù)窗的推移等需要根據(jù)實際情況確定。另外對與調(diào)幅、調(diào)頻同時進(jìn)行的發(fā)電機并網(wǎng)同期，其預(yù)測算法是一個二階甚至更高階的問題，要采用微分、積分等算法。
2電壓無功綜合自動控制
2.1VQC控制特性及控制模式的思考
相對于同期合閘，VQC則是一個時刻運行的、以整個變電站為對象的、相對慢速的控制系統(tǒng)。其控制策略復(fù)雜，對出口的實時性要求不高，但對閉鎖的響應(yīng)要求快速、完備。
現(xiàn)有的VQC實現(xiàn)方式概括起來有3種：后臺軟件VQC、主控單元網(wǎng)絡(luò)VQC、獨立硬件的VQC［２］。
后臺軟件VQC系統(tǒng)：將控制策略全部放在后臺的監(jiān)控主機中，通過各間隔層的測控單元獲取數(shù)據(jù)，微機中VQC軟件模塊根據(jù)實時數(shù)據(jù)判斷并發(fā)控制命令，由相應(yīng)測控單元執(zhí)行。優(yōu)點是人機界面友好，方便調(diào)試和維護(hù)。
主控單元網(wǎng)絡(luò)VQC系統(tǒng)：將控制核心下放到間隔層，由單獨的CPU完成，但其IO的輸入輸出仍由間隔層IO測控模塊完成。優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的得到更直接，閉鎖速度較**種方式快。但界面一般較差，維護(hù)和設(shè)置不會太輕松。
獨立硬件VQC系統(tǒng)：不依賴其他裝置，本身溶輸入輸出與策略判斷為一體。好處是閉鎖速度*快，從閉鎖的角度講可靠性*高。但需要重復(fù)鋪設(shè)大量的電纜，信號重復(fù)采集。
用戶選擇時，既覺得獨立硬件的VQC系統(tǒng)造價高、多拉電纜，又擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)型VQC產(chǎn)品的可靠性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)型VQC發(fā)出控制出口命令后，如這時發(fā)生主變保護(hù)或電容器保護(hù)動作等需閉鎖的情況，無法彌補這個時間差。
把控制策略放在PC機中，而把閉鎖策略放在相應(yīng)的測控單元中，即后臺控制+閉鎖，間隔層閉鎖。通過軟PLC功能將需要的閉鎖條件輸入IO裝置中，對后臺發(fā)來的控制命令不是即刻執(zhí)行，而是通過自身的閉鎖邏輯檢查，出口條件滿足才能出口，這樣既保證了實時的閉鎖速度，又保證了后臺策略的豐富。
2.2運行方式的自動識別
變電站運行方式會隨著負(fù)荷和設(shè)備狀況調(diào)整，這樣就要求VQC要自適應(yīng)跟隨運行方式的改變，作出不同的控制策略。對不同的變壓器組數(shù)、不同的一次接線方式，由母聯(lián)、分段、橋開關(guān)、變壓器的組合可以有多種接線方式，不同方式控制策略不同，這里面有一個模式識別的問題。本文提出的識別方法不僅應(yīng)包括母聯(lián)、分段等的輔助觸點的開入量；還包括母聯(lián)、分段上的電流、相角等交流量。
3串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置的技術(shù)問題探討，
備用電源自動投入
3.1可編程PLC功能的應(yīng)用
由于備自投方式較多，不可能每種情況作一種裝置，這就要采用相同硬件基礎(chǔ)上的軟件PLC功能：通過裝置內(nèi)嵌的PLC解釋軟件解釋由外部對自投邏輯的重新編排，現(xiàn)場可設(shè)置。
3.1備自投與同期功能的融合
這點在備自投裝置中考慮較少。文獻(xiàn)［３］中研究的系統(tǒng)備投110kV的母聯(lián)分段，在其旁母上掛接的幾條線路與遠(yuǎn)端的水電廠相聯(lián)。這樣當(dāng)某段母線上失電時，分段的備自投并不能直接將備用電源投入，因為備自投裝置無檢同期功能；而設(shè)置在與水電廠相聯(lián)出線的斷路器的測控裝置具有檢同期合閘功能。該文采用了如下方式：即先斷開與水電廠連接的線路，再啟動備自投，然后再逐個通過檢同期合上各條與水電廠連接線路。如果將同期功能集成在BZT裝置中，則只需要在備自投的過程檢同期合閘就行了，簡化操作。
3.3廠用電快速備自投
在火電廠的廠用電切換過程中，備投就是一個快速備自投的問題。在工作電源消失后，大容量的旋轉(zhuǎn)機械使母線上電壓的衰減是個逐漸下降的過程，并不是立即消失。由于電動機群的惰性作用，殘壓的幅值和頻率是變化的，備用電源投入中，也存在一個*佳合閘時機的問題。一般*佳投入時間為失電后**次的30°角差范圍內(nèi)，對裝置來說快速地處理器DSP及快速出口繼電器的選擇就很重要了。在失去**次快速備自投入的機會后，等待下一次合閘時機又是同期的問題。
4小電流接地系統(tǒng)的接地選線
100%的準(zhǔn)確選線是個困擾多年的難題。常規(guī)的集中式選線裝置的問題是：1)多拉電纜；2)可能要改造CT；3)只引入零序電流，分析要素少，準(zhǔn)確度低；4)不符合變電站自動化分布式的設(shè)計思想。
中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，零序電流與零序電壓的夾角方向沒有明確的反向關(guān)系，較難檢測；5次諧波方法又存在信號小、信噪比低，準(zhǔn)確度差的問題。
文獻(xiàn)［４］中提供了一種SIEMENS公司高靈敏接地保護(hù)的檢測原理，可以借鑒。它的判斷依據(jù)是零序有功和零序無功的方向及大小。其長處是充分利用了零序電壓、零序電流的方向和幅值，利用不同形式的點積來分析問題。SIEMENS在信號的處理、TA誤差角的補償?shù)确矫孀髁撕芏喙ぷ?，來彌補一次系統(tǒng)信號弱的問題。
SIEMENS仍是從二次側(cè)考慮，二次不足一次補，能夠更好地解決這個問題。例如很多站中已裝設(shè)自動調(diào)諧線圈，將自動消諧與接地選線做在一起可以更好。在調(diào)諧的過程中，只有接地線路的零序電流改變，而非接地線路中流過的仍是容性電流，采用簡單的差分技術(shù)就可準(zhǔn)確分辨出故障線路。沒有加裝可調(diào)諧線圈的站中，可在消弧線圈與地之間串接一個功率電阻，平時用一對動斷觸點將其并聯(lián)掉，當(dāng)檢測到接地（3U0啟動）時，斷開常閉觸點，串入電阻，改變流過消弧線圈到地的阻性電流分量，只需串入0.5s的時間，即可判斷出接地線路；此法準(zhǔn)確實用，但需要改造一次設(shè)備。
