备用电源自投装置探讨
[摘要] 随着发电厂、变电所电气综合自动化程度的提高、社会经济的发展,电网规模的不断扩大,电网结构日趋复杂。
影响供电可靠性的因素很多,如地理位置、气候环境,站内设备的可靠性,变电站的运行管理,合理的电网结构与完善的电网调度系统,以及完善的备用电源自投切方案等。
其中备用电源自投装置简称ats(以下简称备自投)是提高供电可靠性的一种有效手段,特别是近期随着科技进步的不断提高及自动化元件的大力推广,新型的备用电源投入装置在现实生活中显得更为重要。
本文结合美姑河柳洪水电站的厂用电备自投装置来具体探讨备自投在水电站、变电所的重要性。
[关键词] 水电厂变电所备自投装置备自投切换同期冲击电流逻辑判断柳洪水电站
本文分析了备自投在实际应用中存在的问题以及解决办法,就美姑河柳洪水电站采用的一种新型的智能备自投装置,即nep 9808d 厂用电备自投(发电厂专用)并介绍其工作原理与基本功能。
1、备自投的几个特殊问题
对于备自投装置在实际应用中常见的几个问题,如对电压互感器断线的处理,联切电容器,合闸前或合闸后联切负荷,加速备自投,以及接点启动备自投等,本文不再细述,只对以下几个特殊问题进行讨论。
1.1复杂接线与复杂方式
柳洪水电站厂用电的典型接线是3条进线:其中2条进线引自两
台发电机组的出口电压经变压器到厂用电;还有一条进线引自外来电源经变压器到厂用电。
根据发电厂变电站接线不一致。
高压进线可能有3条或更多;高压侧双母接线;高压侧扩大内桥接线;低压侧分段开关兼做旁路开关等。
复杂的接线带来了多种复杂的备自投方式,这就要求各自投装置能自动识别系统运行方式,自动选择相应的备自投方案。
柳洪水电站厂用电接线图
功能说明:
1)正常运行时,21t带ⅰ段,22t带ⅱ段,23t进线断路器断开。
ap2,ap11在合位,ap6,ap7,ap8在分位。
当21t由于变压器故障或其他原因失电时,先判定22t是否带电:若22t带电,则22t自动投入,带ⅰ段和ⅱ段运行;若22t不带电,则23t自动投入,带ⅰ段和ⅱ段运行。
2)工作方式:
a)22t备用21t:ⅰ母失压、ⅱ母有压,则经延时跳ap2,确认ap2跳开后,合ap6,ap8.
b) 23t备用21t:ⅰ母失压、ⅱ母有压,则经延时跳ap2、ap11,确认ap2、ap11跳开后,合ap6、ap7、ap8.
c)22t带ⅰ、ⅱ段运行时21t恢复供电:21t电压恢复,经延时跳ap6、ap8,确认ap6、ap8跳开后,合ap2.
d) 23t带ⅰ、ⅱ段运行时21t恢复供电且22t失电:21t电压恢复,经延时跳ap6,确认ap6跳开后,合ap2.
e) 23t带ⅰ、ⅱ段运行时21t恢复供电且22t恢复供电:21t电压恢复,22t电压恢复,经延时跳ap6,ap7,ap8,确认ap6,ap7,ap8跳开后,合ap2,ap11.
f)高压开关偷跳切换:1dl在跳位且1ta无流,跳1zkk,同时合
2zkk.
g) 低压开关偷跳切换:1zkk在跳位且1ta无流,跳1zkk,同时合2zkk.
h) 高压侧联跳低压侧:1dl从合位到跳位且ap2在合位,则跳
ap2.
1.2同期问题
有的备用对象(母线)和其他电源具有联络线。
若联络线连接的是小电源,则当工作电源失去后,母线电压将有一个下降的过程;若连接的是大电源,则母线电压不一定会下降。
对于这两种情况,一般的备自投方案是在隔离故障电源的同时联切联络线,然后再合闸(方案1),其缺点是可能导致损失一部分负荷,且不利于系统稳定。
对于前一种情况,还有一种方案是采用高段电压定值启动各自投跳闸,低段电压定值(检无压)启动备自投合闸(方案2),其缺点是由于无法可靠估计电压的下降速度,所以可能导致较长时间的停电。
因此,要求备自投装置具备自动准同期合闸功能(方案3),以最短的时间来恢复供电,且有利于系统稳定。
1.3发电厂变电站工矿企业的备自投问题
发电厂变电站工矿企业低压侧往往有大量运行着的设备异步或
同步电动机负荷,当工作电源断开后,工作母线具有电动机的反馈电压(残压),且逐步衰减并移相,如果在备用电源与母线残压矢量差较大时合闸,电动机将流过很大的冲击电流,这很可能烧毁电动机。
柳洪电站就是一个很好的例子,因前期厂用电负荷是有外来电源提供,当外来电源突然断电后运行着的深漏检修泵电机因冲击电流过大,导致电动机烧坏。
因此,最好能在工作电源断开后,在备用电源电压与母线电压相角还未摆开时实现快速合闸,这一要求往往很难实现,解决此问题的方法是采用1.2节中所述的方案2或方案3,并结合低频或差压启动备自投。
2、备自投的逻辑分析
备自投逻辑尽管很复杂,但仍有规律可循。
一般说来,各自投的行为逻辑分为以下4个逻辑进程:
a.备自投充电。
当工作电源运行在正常供电状态、备用电源工作在热备用状态(明备用),或两者均在正常供电状态(暗备用)时,备自投装置根据所采集的电压、电流及开关位置信号来判断一次设备是否处于这一状态,经过10s～15s延时后,完成充电过程。
b.备自投放电。
当备自投退出运行,工作断路器由人为操作跳开,备用断路器不在备用状态,断路器拒跳、拒合,备用对象故障等不允许备自投动作的情况下,将备自投放电,使其行为终止。
c.备自投充电后,满足其启动条件,经或不经延时执行其跳闸逻辑(可能断路器已跳开),跳闸对象可能有多个。
d.备自投执行完跳闸逻辑后,满足其合闸条件,经或不经延时执
行其合闸逻辑,合闸对象也可能有多个。
3、智能型备自投实现方案
结合以上分析,一种新型的备自投实现方案有南自公司研制成功。
这一新方案的核心是一台智能备自投装置,可与各种ecs、dcs 系统组成完整的厂用电综合控制系统。
该产品采用模块化设计,统一的硬件与软件平台,将保护、测量、控制、通信集成在一个机箱内,可在恶劣的工业环境下长期安全可靠地运行。
根据功能可直接安装在开关柜上,也可集中组屏,具有丰富的本地信号及多种通讯远传功能。
该装置能够提供足够的模拟量输入、开关量输入与独立开出。
该装置在软件设计上引入了“逻辑库”的设计思想,设计了多种逻辑模块与时间继电器模块,可在组态时任意调用,逻辑模块包括三/单相检有压模块、检无压模块,过流、欠流模块,低频模块,差压模块,检同期模块,开关量逻辑模块,过负荷联切模块,电压互感器断线检查模块等。
工程应用人员可利用所提供的模块按第2节所述4个逻辑进程逐项进行组态。
该装置的最大特点是可灵活组态,既可通过装置面板液晶上友好的人机界面进行整定,又可通过外接pc机上提供的图形化组态软件进行下载组态。
交流输入是接电压还是接电流或者都不接,开关量输入是接常开接点还是接常闭接点或者都不接,均可任意选择。
该装置在备自投逻辑的组态上给工程应用人员或用户提供了极大的灵活性。
该装置可同时投入多种备自投方式,并自动识别系统运行方式,
选择执行相应的各自投逻辑。
装置的定值条目是由装置根据组态的情况来自动配置的。
例如,若备自投逻辑中采用了过压、欠压模块和欠流模块,则装置将自动配置有压、无压定值和无流定值;若备自投逻辑中采用了检同期模块,则装置将自动配置允许合闸角、开关合闸总时间、低压闭锁值、压差闭锁值、频差闭锁值和频差加速度闭锁值等定值。
为方便读者理解,本文列举一些其他常用定值如下:①备自投充电时间;②备自投放电延时;③各种方式各自投跳闸逻
辑时限;④各种方式备自投合闸逻辑第1(第2、第3)时限;⑤过负荷联切开放时间;⑥过负荷联切电流定值;⑦过负荷联切第n轮时间定值;⑧各种方式备自投投入控制字;⑨条件投入控制字(某些逻辑模块是否投入需要根据运行方式的变化而变化)。
⑩非电量保护可选择发信或跳闸※ p、q、cosφ、f及电度量计算等;用户可通过装置人机界面或变电站、发电厂监控系统修改装置的定值。
4、结语
备自投装置一直是变电站、发电厂自动化系统中种类最繁多的装置。
新型智能备自投装置充分利用了计算机的强大功能来实现备自投的智能化,并充分考虑发电厂变电站自动化的要求,为复杂方式
下保证供电的可靠性与系统稳定性提供了完善的解决方案。
作者简介:
杜昌成,1998年7月参加工作,期间参与了湖南江垭水电站、陕西石泉水电站扩机工程、山西万家寨引黄工程、甘肃龙首二级水电站、
湖南株洲航电枢纽工程、四川柳洪水电站的建设与管理工程。
2002年底被评为助理工程师。