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  • 并列装置
    2021-04-18 11:50:22

    基于MATLAB准同期装置建模与仿真-毕设论文

    基于MATLAB的准同期装置建模与仿真

    摘要

    在电力系统中,由于电网运行的需要,同步发电机、同步补偿机、同步电动机经常投入或退出电网。同步发电机投入电力系统并列运行的操作,或者电力系统解列的两部分进行并列运行的操作,被称为并列或同期操作。发电机并网的操作方法分为准同期并列和自同期并列,其要求是准确、快速。准确可以保障安全和减少由于发电机并网引起的冲击,而快速则能够减小发电机的空转损耗。不成功的同期操作,既要延长并列时间,又要影响电力系统稳定性,还可因故障而使频率降低,不能很快恢复正常频率,有时会损坏重要设备。随着电力系统自动化水平的不断提高,对更先进、更方便的同期装置的研制和推广应用提出了要求。

    本文对准同期装置的仿真系统进行了比较细致的研究。首先详细地介绍了准同期装置的工作原理和各个组成部分的作用,包括均频单元、均压单元以及合闸单元等,然后利用MATLAB/Simulink搭建了准同期装置的仿真模型,最后对所建模型进行动态仿真,仿真结果表明该准同期装置模型能够正确的反映出准同期装置的工作特性。

    关键词:并列;准同期;仿真;MATLAB;电力系统

    SYNCHRONZATION DEVICES MODELING

    AND SIMULATION BASED ON MATLAB

    Abstract

    In the power system, synchronous generator, synchronous compensation and synchronous motor often parallel or disconnect from the Power Grid. The parallel operation of the synchronous generator inputting into the Power system or the two parts of Lifting of parallel operation is called parallel or synchronous operation. Generators parallel, whichever is tied for the synchronization, and tied for self-synchronizing, request veracity and fast. The veracity can ensure the safety and reduce the impact which caused by generator parallel operation, and the rapidity can quickly reduce the idling loss of generators. What’s more, self-synchronizing which can make impact current and disturb the power system, not only will cause the power system frequency oscillations, but also make voltage dropping caused by the defects.

    The synchronous operation, which is unsuccessful, not only will extend the time tied, but also affect the stability of the power system. And also, it may reduce the frequency if failed and not return to the normal frequency quickly and important equipments can be damaged sometimes. With the continuous development of the level of power automation system, the development and promotion of more advanced and convenient synchronization device was required.

    This paper gives a relatively detailed study to the simulation system of synchronization device. Firstly, I studied the working principle and various components of synch

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  • 水电站10kV厂用电原综合保护测控装置电子元器件老化严重、自动化水平低、人机界面和软件不够友好、维护工作困难等问题,为提高厂用电系统供电的可靠性,该水电站对10kV厂用电保护装置进行了全新改造。...

    王兰

    安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要:针对某水电站10kV厂用电原综合保护测控装置电子元器件老化严重、自动化水平低、人机界面和软件不够友好、维护工作困难等问题,为提高厂用电系统供电的可靠性,该水电站对10kV厂用电保护装置进行了全新改造。新微机保护装置的应用,保护功能众多、操作界面友好、运维方便,提高了该水电厂厂用电可靠运行,保障了电厂运行安全、稳定。

    关键词:微机保护;可靠性;水电站

    0 引言

            某水电站位于广西某县城上游15km处,是“西电东送”的标志性工程,是西部大开发的重要工程。水电站于2001年7月1日开工建设,2009年底全部投产建成。设计蓄水位400m,坝高216.5m,坝顶长度是836m,库容273亿m³,装机容量630万kW,年发电量187亿kWh,分两期建设完成。因电厂输出容量巨大,对社会有较大影响。为保障供电质量、电力能源长期安全可靠供应,该水电站逐步对10kV厂用电综合保护测控装置进行全新改造。

    1 水电站10kV厂用电系统简介

           该水电站10kV系统属于小电流接地系统,其接线形式采用多路电源独立供电、I~VI段母线互为“手拉手”环形备用、重要负荷分散配置等特点以保证供电的可靠性。整个10kV厂用电系统共有7段母线:I、II、III、IV、V、VI段分别取自1、2、3、4、5、7号机组对应的高压变压器低压侧;VII段为外来电源、保安电源和柴油发电机的引入点,通过3个联络开关分别作为10kV的I、III、VI段母线的备用电源。厂内的所有10kV负荷按照分散、独立的原则均匀分布在I~VI母线上。10kV厂用母线所接设备按负荷性质划分类型为配电变压器、高压电动机、电压互感器、联络开关。该水电站10kV厂用电系统接线见图1。

    图1 10kV厂用电接线

    2 10kV厂用电保护换型改造原因

           该电厂10kV厂用电原综合保护测控装置采用进口上海阿海珐MiCOM-P122综合保护装置,从2007年5月份设备投产至今,运行年限较长。保护装置电子元器件老化严重,保护光耦开入元件损坏比较频繁,对电厂的安全稳定生产造成影响。且厂家已不再生产同型号装置的备品备件,只能购买升级装置更换,检修发现保护装置数据不符合要求,因无备品备件,只能从备用开关保护上调换;其自动化水平不高,数字化程度弱,装置信息管理不方便,在自动化程度普遍提高的今天已不能满足要求;同时由于设备人机界面和全英文软件不够友好,给运维带来更多的繁琐工作,降低工作效率。综合考虑以上因素,有必要对10kV厂用电综合保护测控系统进行技术改造。

    3 10kV厂用电保护换型改造要求

           开关柜及其安装位置保持不变,对原来所有馈线负荷开关、母联开关、PT柜综合保护测控装置及内部二次线缆、端子排全部进行更换;开关柜面板根据新装置的尺寸重新设计改造;完成新装置接入电力监控系统接线、通信接口地址设置工作。在改造过程中,保持原有保护配置不变的情况下,对操作回路等进行优化。

    4 新综合保护测控装置设备的选择

           新综合保护测控装置应集控制、保护、故障录波、测量、信号报警、开关量采集、通讯功能于一体。以三段式无方向电流保护为核心,配备线路参数的监视及采集功能,并可通过通讯口将测量数据及保护信息上传电力监控系统,方便实现配网自动化。根据该水电站10kV厂用电保护装置换型改造项目对全国供应商进行公开招标结果,最终选择采用安科瑞电气股份有限公司生产的AM5SE系列微机保护测控装置。

           根据10kV厂用电母线所接设备负荷性质的不同,进线柜采用AM5SE-F线路保护测控装置、变压器柜采用AM5SE-T配电变保护测控装置、电动机柜采用AM5SE-M电动机保护测控装置、母联柜采用AM5SE-B备自投保护测控装置、PT柜采用AM5SE-UB PT监测并列装置,各型号保护功能如下表所示:

           各型号微机保护测控装置除配置上述保护功能外,还配置了RS485 通信接口,实现了与电力监控系统通信;配置了独立的操作回路监视功能,实现了操作面板直观显示开关位置状态,同时,对于分合闸回路监视更为完整;内置了防跳功能,用户可自由选择是否投入。新配置的微机保护测控装置AM5SE系列保护功能丰富,且各菜单可自由设置为中文或英文,利于运维。

    5 10kV厂用电保护改造图纸设计

           新配置的AM5SE系列微机综合保护测控装置及图纸由安科瑞电气股份有限公司负责设计,开关柜全部二次回路原理图设计工作必须以原水电站10kV高压柜二次图纸为基础进行图纸设置,端子排布置以该图纸设计为基准,图纸设计必须符合相关规程要求。负荷性质相同的图纸设计,其端子号、线号等要求高度统一,有一定的规律。图纸设计的准确性决定着施工调试是否顺利和投运后的安全生产。

    6 10kV厂用电保护换型改造过程

           10kV厂用电保护换型改造施工必须具备施工条件:有详细的施工方案、图纸;设备管理师完成新设备的验收工作;施工人员完成安全教育工作;工具、材料齐备。严格按照方案、图纸进行施工,保证每一个环节顺利完成。

    6.1 10kV厂用电保护硬件改造

           10kV厂用电保护硬件改造施工主要有3个环节:开关柜内端子排更换、旧综合保护测控装置拆除和新综合保护装置的安装配线及线缆整理。

    6.1.1 端子排更换

           接线端子的更换需要注意的问题:接线端子需逐一更换,要求拆开一个接线端子就换一个接线端子;禁止同时拆开两个及以上的接线端子进行更换,防止交叉接错接线端子,造成误接线,尽量独自完成一个开关柜内的端子排更换任务,也有效防止误接线;交流电源、直流电源、跳闸回路、信号回路等接线端子添加隔离片,要做好隔离,防止窜通回路;端子间的短接片要压紧无松动。更换端子排,要保证原回路端子及线号保持不变,下步配线、查线工作才能顺利进行。

    6.1.2 旧综合保护测控装置拆除

           根据施工方案和图纸,拆除需废除的元器件,包括旧综合保护测控装置、开关柜内的中间继电器、电压继电器、时间继电器等元器件,以及相关的二次线缆。拆除时注意防止人为损坏元器件、误拆除有用的二次线缆。整理废除元器件并分类,指定局域存放,防止工作现场一团乱,施工现场应满足6S要求。

    6.1.3 综合保护测控装置的安装配线及线缆整理

           由于新、旧综合保护测控装置尺寸不同,开关柜面板上的安装窗口尺寸不符合新综合保护测控装置的尺寸,必须对开关柜面板上的安装窗口进行切割开孔扩大,才能安装新综合保护测控装置,切割时防止刮花面板。与新装置连接线缆应为新线缆,把不用的线缆全部拆除,防止有寄生回路存在。配线时严格按照设计图纸进行,防止漏接、误接、误甩线。新装置线缆配线应整齐、统一,走线合理,便于检查和检修。

    6.2 10kV厂用电保护调试

           保护调试主要分4个环节:二次回路查线、回路功能验证、保护装置静态调试及传动试验。

           根据施工图纸认真核对每个端子、每根线号。重点检查CT二次回路不能开路、PT二次回路不能短路及极性和接线应正确;检查遥测、遥信、遥控等接线应正确;检查直流控制回路无短路或接地、交流电压回路LN之间无短路;测量直流控制回路对地绝缘电阻满足要求(1000V);测量交直流回路是否有电互相窜人。值得注意的是,由于外包单位对该厂二次回路不熟悉,在改造过程中易漏接、误接、误甩线等问题,所以二次回路查线是很关键的一项工作,二次回路接线正确与否将影响到主设备的正常运行,若保护二次回路接线错误,一旦系统发生故障,则可能会使开关拒动或误动,造成设备损坏或影响电力系统运行。

           交流电压、直流控制回路上电,对各回路功能进行验证。检查遥测、遥信、遥控信号正确,表计、指示灯、照明、加热器回路正常;开关本体防跳功能正确。控制回路上电,进一步验证各回路接线正确无误。

           保护装置静态调试是进行装置采样检查、定值上传核对、装置功能检验。通过CT二次侧加电流、PT柜端子加电压模拟量的方法检查线路保护装置AM5SE-F、变压器保护装置AM5SE-T、电动机保护装置AM5SE-M、备自投装置AM5SE-B、PT监测并列装置AM5SE-UB、电压表、电流表、监控系统显示正确,同时验证交流电压、交流电流回路相序、相位正确。根据定值单对保护装置设置定值并核对,确保定值正确。保护功能检验是通过加模拟量验证AM5SE系列微机保护测控装置的动作逻辑和动作时间正确性,不会出现拒动和误动,且动作时间应符合要求。保护装置的静态调试,确保保护装置能灵敏地反应故障,可靠地、快速地发出报警信号和跳闸指令。

           综合保护测控装置与电力监控系统数据连接正确,在后台能实时采集保护装置上的运行情况、定值、事件记录等信息。保护装置接入后台,提高了继保系统的管理和故障信息处理的自动化水平。

           传动试验是模拟保护装置采集到故障量,保护装置应出口跳闸开关以验证装置保护逻辑、跳闸回路和信号回路的正确性;以及验证通过上位机操作能远方正确分合开关。每套保护装置都要做一个完整的传动试验,保证每面开关柜保护装置保护逻辑、保护出口跳闸、远方分合开关、信号指示正确。

    6.3 改造中遇到的问题及优化

           新综合保护测控装置改造完成后,在做传动试验时发现开关只能进行一次合闸,如果再次合闸,只能重启控制电源后才能合闸。通过分析发现断路器合闸线圈内没有常闭点,由于保护装置里设置了合保持继电器以确保断路器能够可靠合闸,此时断路器合闸线圈内由于没有常闭点,在合闸之后没有断点形成,导致合保持继电器能量无法释放,以致需重启,释放合保持继电器,才能进行下一次合闸。经过与断路器厂家以及该水电站相关人员多次沟通,在合闸线圈前串入一组常闭点,从而解决了上述产生的问题。以AM5SE-T变压器保护测控装置为例,该水电站改造的分合闸回路二次图如图2所示。

    图2 AM5SE-T分合闸回路二次图

    7 10kV电力监控系统改造

           为实时监视整个配电室的运行以及数据采集,针对该水电站配置一套Acrel-2000Z电力监控系统,将微机保护的数据上传至电力监控系统,实现对10kV变电站的用电监控与管理,提高自动化管理水平。其可实现的主要功能如下:实时监测、电参量查询、运行报表、实时报警、历史事件查询、电能统计报表、用户权限管理、网络拓扑图、电能质量监测、遥控功能、通信管理、故障录波、事故追忆、曲线查询、Web访问、APP访问。

    8 结语

           该水电站10kV厂用电保护装置换型改造,解决了原综合保护测控装置电子元器件老化严重、自动化水平低、人机界面和软件不够友好、维护工作困难等问题。更换后的AM5SE系列微机保护测控装置更加功能化和人性化,装置液晶更直观显示电压、电流采样量以及各种事件记录;调试软件功能强大、易操作、易掌握、软件界面友好;操作回路具有监视开关分合闸状态及控制回路断线功能;装置面板指示灯直接显示了开关跳位、合位状态,对于运行维护人员来说更为直观;配置的AM5SE-M电动机保护测控装置加入了电动机启动中/已运行的状态识别,并配备有启动中过流一段、运行过流一段、运行过流二段等保护功能,解决了电动机启动电流较大,容易造成误跳的问题;保护装置配置有RS485通信接口,各保护装置之间通过“手拉手”将通信接口连接,数据送至Acrel-2000Z电力监控系统,方便查看保护信息及故障信息管理。

           自10kV厂用电新综合保护测控装置换型改造完成投运以来,设备运行情况正常。新综合保护装置的应用,保护功能丰富、操作界面友好、运维方便,提高了该水电站厂用电可靠运行,保障了该厂安全、稳定生产,具有明显意义。

    参考文献

    [1] NB/T 35010-2013 水力发电厂继电保护设计规范

    [2] DL/T 5164-2002 电厂厂用电设计技术规范

    [3] GB/T 50171-2012 电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范

    [4] 黄锦新.龙滩水电站10kV厂用电保护装置改造

    [5] 安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2021.11月版

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