洪屏抽水蓄能電站自動準同期導前時間參數整定的研究

呂 滔，鄧 磊

(國網新源控股有限公司技術中心，北京100161)

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洪屏抽水蓄能電站自動準同期導前時間參數整定的研究

呂 滔，鄧 磊

(國網新源控股有限公司技術中心，北京100161)

洪屏抽水蓄能電站自動準同期裝置參數整定的正確性直接影響同期操作的效果和相關設備的使用壽命。通過對電站自動準同期裝置導前時間參數的分析和研究，指出自動準同期裝置導前時間參數整定的原則和方法，為同期裝置導前時間整定提供科學實用的理論依據和方法。

自動準同期；導前時間；斷路器；繼電器；洪屏抽水蓄能電站

0 引 言

電力系統運行過程中把系統的聯絡線或聯絡變壓器與電力系統進行并列，這種將小系統并入大系統的操作稱為同期操作。兩個系統進行同期操作的三要素是幅值相等、頻率相等、相位相等。隨著越來越多的電站使用自動準同期裝置實現自動并網，同期裝置參數整定的正確性直接影響同期操作的效果和相關設備的使用壽命。通過對江西洪屏抽水蓄能電站自動準同期裝置導前時間參數的分析和研究，指出自動準同期裝置導前時間參數整定的原則和方法，為同期裝置導前時間整定提供科學實用的理論依據和方法。

1 電站配置及參數

江西洪屏抽水蓄能電站安裝4臺單機容量300 MW的混流可逆式水泵水輪-發電電動機組。4臺機組配置1套靜止變頻器裝置作為機組電動機模式拖動起動的動力電源。機組型式為立軸、懸式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步發電電動機，型號為1DH 6661- 3WE06-Z，額定轉速500 r/min，額定電壓18 kV，額定頻率50 Hz，額定容量333.3 MV·A(發電工況)、325 MW(電動工況)，額定功率因數0.9滯后(發電工況)、0.975超前(電動工況)，直軸同步電抗Xd(不飽和)1.16(p.u.)，直軸暫態電抗X’d(不飽和)0.28(p.u.)，直軸次暫態電抗X″d(飽和)0.26(p.u.)，不飽和交軸同步電抗Xq0.83(p.u.)。

該電站機組監控系統采用南瑞NC2000 V3.0計算機監控系統，自動準同期裝置采用南瑞SJ- 12D雙微機手自動同期裝置。機端出口斷路器采用ABB公司生產的HECPS- 3S型成套機組開關。電站進行同期試驗前同期參數預整定為：系統頻率50 Hz，合閘導前時間50 ms，允許角差1°，允許壓差2 V，允許頻差0.2 Hz。經假同期試驗后同期參數調整為：系統頻率50 Hz，合閘導前時間70 ms，允許角差1°，允許壓差2 V，允許頻差0.2 Hz。

假同期試驗前導前時間整定根據斷路器動作時間37.7 ms(見表1)與中間繼電器動作時間10 ms(經驗值)求和得出，假同期試驗后導前時間調整整定根據假同期試驗得到的合閘時間測量值67.5 ms。試驗前后兩個同期導前時間整定參數相差近20 ms，筆者認為有必要通過理論計算和試驗驗證的方式科學的確定同期裝置導前時間的整定值。隨后通過理論分析和試驗論證，提出了一種科學實用的方法用于同期裝置導前時間參數的整定，同時提出了個人總結歸納的整定原則和見解以供相關從業人員參考與借鑒。

2 理論分析

江西洪屏抽水蓄能電站SJ- 12D雙微機手自動同期裝置的同期原理是在壓差、頻差滿足要求的情況下，不斷監測發電機電壓和系統電壓的相位差，準確預測斷路器的合閘時刻，實現快速無沖擊合閘。電站同期裝置導前時間參數預整定為50 ms是根據ABB廠家提供的HECPS- 3S型開關設備現場調試報告中斷路器合閘時間試驗數據與監控廠家提供的中間繼電器動作時間經驗值求和確定而得。

該電站在水泵工況模式下進行假同期并網試驗，錄制假同期并網試驗波形圖如圖1。圖中橫坐標為時間軸，縱坐標由上至下的波形分別為自動準同期裝置出口合閘令脈沖波形、斷路器輔助節點開入信號位置開關波形、系統側與待并側A相電壓壓差波形、系統側與待并側B相電壓壓差波形，縱向標注線為合閘位置信號反饋時標線。

圖1 假同期波形(導前時間50 ms)

2.1 波形分析

由圖1可知，斷路器同期合閘時刻處于電壓壓差波形收斂區間，斷路器輔助節點開入信號時系統側與待并側A相壓差瞬時值為1.2 V，系統側與待并側B相壓差瞬時值為1.3 V，假同期試驗結果良好。測得合閘時間即同期裝置出口合閘令與斷路器輔助節點開入信號的時間差為67.5 ms。

該同期裝置合閘導前時間最小整定步長為10 ms，后修改同期導前時間參數為70 ms進行假同期試驗，錄制了假同期并網試驗波形圖2。

圖2 假同期波形(導前時間70 ms)

由圖2可知，斷路器同期合閘時刻處于電壓壓差波形收斂區間，斷路器輔助節點開入信號時系統側與待并側A相壓差瞬時值為1.5 V，系統側與待并側B相壓差瞬時值為2.4 V，假同期試驗結果良好。測得合閘時間即同期裝置出口合閘令與斷路器輔助節點開入信號的時間差為67.5 ms。

對比斷路器輔助節點反饋時刻的試驗結果可知，合閘效果波形圖1優于圖2。實際上斷路器主觸頭合閘與其輔助節點信號存在時間差，中間繼電器動作時間的實際值與理論值同樣存在偏差。因此，該試驗結果的正確性還需要通過理論分析和試驗加以驗證。

2.2 數據分析

為了準確的獲得同期導前時間參數必須確定同期合閘回路中造成時間偏差的原因和各個環節的偏差數值。經分析，江西洪屏抽水蓄能電站機組監控系統同期合閘回路中存在時間偏差的環節主要包括同期合閘令擴展中間繼電器KS14、斷路器主觸頭合閘時間和斷路器輔助節點傳動機構反饋時間常數。

查閱江西洪屏抽水蓄能電站計算機監控系統機組LCU原理接線圖可知，同期合閘中間繼電器KS14為魏德米勒DRM 570 220 L型中間繼電器，負載(阻性)5A/250VAC，切換功率(阻性)1 250 VA150 W，接觸電阻(初始)≤50 mΩ，吸合時間/釋放時間≤20 ms/≤20 ms；吸合電壓(25 ℃)≥75%額定電壓，釋放電壓(25 ℃)≥10%額定電壓，最大電壓(25 ℃)110%額定電壓，線圈功率≤0.9 W。同樣，通過查閱ABB公司提供的HECPS- 3S型開關現場調試報告獲得斷路器合閘時間參數見表1，HECPS- 3S型斷路器控制柜電氣原理圖獲得斷路器輔助接點節點容量參數見表2。

表1 ABB斷路器合閘時間 ms

表2 斷路器輔助接點節點容量參數

—NC/ANO/A時間常數/ms220VDC2120

以上設備參數經簡要計算可以確定，在額定工作條件下同期導前時間不應大于82 ms(理論上)。同時對波形圖1、2再次進行分析，分析結果如下：

(1)在波形圖3中，斷路器同期合閘時刻主觸頭合閘瞬間(斷路器輔助接點開入信號前20 ms)，系統側與待并側A相壓差瞬時值為2.2 V，系統側與待并側B相壓差瞬時值為0.73 V。

(2)在波形圖4中，斷路器同期合閘時刻主觸頭合閘瞬間(斷路器輔助接點開入信號前20 ms)，系統側與待并側A相壓差瞬時值為0.3 V，系統側與待并側B相壓差瞬時值為3.2 V。

圖3 假同期波形(導前時間50 ms)

圖4 假同期波形(導前時間70 ms)

3 試驗測試

為了準確確定同期導前時間參數以及設備性能參數，筆者對影響同期導前時間參數的兩個環節進行了相關試驗數據測量。試驗項目主要包括：①中間繼電器吸合動作時間測試；②斷路器輔助節點傳動機構時間常數測試。

3.1 中間繼電器測試

根據國標“JB/T 3779—2002快速中間繼電器”的技術要求，通過ONLLY系列繼電保護測試儀分別在70%和100%額定電壓下對魏德米勒DRM 570 220L型中間繼電器進行動作時間[4]測試，試驗結果為：在100%額定電壓下兩次測試時間結果分別為8 ms和7.3 ms；在70%額定電壓下兩次測試時間結果均為12.5 ms。

試驗結果符合國標動作時間一般不應大于15 ms的技術要求。

3.2 斷路器輔助節點傳動結構時間常數測試

根據ABB公司提供的HECPS- 3S型開關現場調試報告和假同期試驗測得的合閘時間可知，斷路器主觸頭與輔助節點動作時間必然存在一定的時間常數。通過利用XHJJ302 A 高壓開關綜合測試儀對斷路器輔助接點動作時間進行測試，斷路器合閘輔助節點動作時間兩次試驗結果分別為56.4 ms和56.3 ms。與ABB公司提供的現場調試報告斷路器主觸頭動作時間最大值37.7 ms相差18.7 ms，數據符合ABB公司提供的HECPS- 3S型斷路器控制柜電氣原理圖中斷路器輔助接點節點時間常數不大于20 ms技術指標要求。

4 結 論

(1)通過理論分析和試驗可知，同期導前時間參數確定有：①同期導前時間最小值不宜小于斷路器合閘時間與中間繼電器動作時間之和；②同期導前時間最大值不宜大于斷路器合閘時間誤差允許值、中間繼電器動作時間與輔助節點傳動機構時間常數之和。

(2)同期導前時間參數確定的方法有：①應測量同期合閘回路中間繼電器額定電壓下的動作時間；②斷路器開關特性試驗時應分別測量斷路器主觸頭分合閘時間和斷路器輔助節點動作時間常數；③假同期時應測量合閘時間參數。

結合理論分析和各項試驗數據結果，可以確定江西洪屏抽水蓄能電站同期導前時間參數整定區間為44.2 ～82 ms，理論上最優時間參數為合閘時間與輔助節點時間常數之差47.5 ms。考慮到江西洪屏抽水蓄能電站機組監控系統同期合閘回路中閉鎖開關節點較多，開關節點經常動作吸合導致觸點接觸電阻變大導致合閘回路電阻變大，以及SF6氣壓降低、主觸頭燒蝕和斷路器儲能機構等因素的影響可能導致斷路器合閘時間變大。實際建議導前時間取斷路器合閘時間誤差允許值42 ms與中間繼電器動作時間技術要求最大允許值15 ms之和57 ms。因此，江西洪屏抽水蓄能電站同期導前時間參數應整定為60 ms。該電站在水泵調相工況下進行同期并網試驗并錄制波形圖見圖5。

圖5 假同期波形(導前時間60 ms)

通過波形圖5可知，斷路器同期合閘時刻主觸頭合閘瞬間(斷路器輔助接點開入信號前20 ms)，系統側與待并側A相壓差瞬時值為1.2 V，系統側與待并側B相壓差瞬時值為0.24 V。同期合閘效果優良，符合電站同期并網要求。

[1]JB/T 3779—2002 快速中間繼電器[S]．

[2]趙涌， 彭文才， 劉成俊. 在抽水蓄能電站中遇到的同期問題[J]. 水電自動化與大壩監測， 2013， 37(5)： 71- 75．

(責任編輯 高 瑜)

Research on Automatic Quasi Synchronization Time Parameter Setting of Hongping Pumped-storage Power Station

Lü Tao, DENG Lei

(Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd., Beijing 100161, China)

The time parameter setting of automatic quasi synchronization device in Hongping Pumped-storage Power Station will directly affect the effect of unit synchronization operation and the life of related equipments. Based on the analysis of lead time parameter of automatic quasi synchronization device, the principles and methods of time parameter setting are presented, that provide scientific and practical theory basis and method for the time parameter setting of synchronization device．

automatic quasi synchronization; lead time; circuit breaker; relay; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 08

呂滔(1984—)，男，湖北潛江人，工程師，主要從事抽水蓄能機組調試和技術管理工作．

TV743(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0083- 04