第五章同期装置说明.docx
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第五章同期装置说明
一.概述
SID--2C是深圳市智能设备开发有限公司在总结前七代产品运行经验的基础上,在硬件设计及软件设计上作了较大的改进。
除了保留原有产品的精确性及快速性的优点外,还增加了全汉字显示及与上位机进行通讯的功能。
这为电站分布式控制系统(DCS)增加了一个重要的智能终端。
不仅使运行人员在同期控制器的安装现场可以看到有关并网过程中的各种信息,还能在远方的集控站对并网过程了如指掌。
SID--2C系列微机同期控制器有两类产品:
SID-ZCT适用于1--12条线路并网用,SID--2CM适用于1一12台、条发电机或线路并网复用。
各类产品均备有内置试验检测单元,毋需借助其它仪器设备即可进行控制器的例行试验、故障检测及外电路正确性校核等工作。
SID--2C系列微机同期控制器的突出特点是能自动识别差频和同频同期性质,确保以最短的时间和良好的控制品质促成同期条件的实现,并不失时机的捕捉到第一次出现的并网机会。
本使用说明书可供8个同期点的SID--2CM--8和12个同期点的SID--2CM--12共用。
1主要功能:
1)SID--CM有8--12个通道可供1--12台、条发电机或线路并网复用,或多台同期装置互为备用,具备自动识别并网对象类别及并网性质的功能。
2)设置参数有:
断路器合闸时间、允许压差、过电压保护值、允许频差、均频控制系数、均压控制系数、允许功角、并列点两侧TV二次电压实际额定值、系统侧TV二次转角、同频调速脉宽、并列点两侧低压闭锁值、同频阈值、单侧无压合闸、无压空合闸、同步表功能。
3)控制器以精确严密的数学模型,确保差频并网(发电机对系统或两解列系统间的线路并网)时捕捉第一次出现的零相差,进行无冲击并网。
4)控制器在发电机并网过程中按模糊控制理论的算法,对机组频率及电压进行控制,确保最快最平稳地使频差及压差进入整定范围,实现更为快速的并网。
5)控制器具备自动识别差频或同频并网功能。
在进行线路同频并网(合环)时,如并列点两侧功角及压差小于整定值将立即实施并网操作,否则就进入等待状态,并发出遥信信号。
6)控制器能适应任意TV二次电压,并具备自动转角功能。
7)控制器运行过程中定时自检,如出错,将报警,并文字提示。
8)在并列点两侧Tv信号接入后而控制器失去电源时将报警。
三相TV二次断线时也报警,并闭锁同期操作及无压合闸。
9)发电机并网过程中出现同频时,控制器将自动给出加速控制命令,消除同频状态。
控制器可确保在需要时不出现逆功率并网。
10)控制器完成并网操作后将自动显示断路器合闸回路实测时间,并保留最近的8次实测值,以供校核断路器合闸时间整定值的精确性。
11)控制器提供与上位机的通讯接口(RS--232、RS--485),并提供通讯协议,和必需的开关量应答信号,以满足将同期控制器纳入DCS系统的需要。
12)控制器采用了全封闭和严密的电磁及光电隔离措施,能适应恶劣的工作环境。
13)控制器供电电源为交直流两用型,能自动适应110V、220V交直流电源供电。
14)控制器输出的调速、调压及信号继电器为小型电磁继电器,合闸继电器则有小型电磁继电器及特制高速、高抗扰光隔离无触点大功率MOSFET继电器两类供选择,后者动作时间不大于2毫秒,长期工作电压可达直流1000V,接点容量直流6安。
在接点容量许可的情况下,可直接驱动断路器,消除了外加电磁型中间继电器的反电势干扰。
15)控制器内置完全独立的调试、检测、校验用试验装置,不需任何仪器设备即可在现场进行检测与试验。
16)可接受上位机指令实施并列点单侧无压合闸或无压空合闸
17)在需要时可作为智能同步表使用。
2.技术指标
l)输入待并断路器两侧的Tv二次电压为100伏或100/√3伏,或一侧为线电压,另一侧为相电压。
各并列点均可分别对系统侧TV二次电压进行转角设置,故不需隔离变压器和转角变压器。
2)全部输入开关量(并列点选择、远方复位、起动同期工作、单侧无压合闸确认、无压空合闸确认、断路器辅助接点等)均为常开空接点。
3)输出开关量(加速、减速、升压、降压、合闸、功角越限、报警、失电等)控制信号使用小型电磁继电器常开空接点(“失电”为常闭),接点容量220VAc,5A或220VDC,0.5A。
在合闸回路使用光隔离无触点MOSFET继电器时为1000vDC.6A(选件)。
4)RS--232及RS--485通讯接口各一个。
5)工作电源48--220伏交直流电源均可,功耗不大于20伏安。
6)绝缘强度:
弱电回路对地:
500伏50赫1分钟强电回路对地:
2000伏50赫1分钟强弱电回路间:
1000伏50赫1分钟
7)工作环境:
工作温度:
00C一500C、贮存温度:
--200c——70Oc相对湿度:
不大于90%
二、工作原理
1电力系统并网的两种情况
并网的确切定义:
断路器两侧都存在电源的合闸操作称之为并网,并网有以下两种情况:
l)差频并网:
发电机与系统并网和已解列两系统间联络线并网都属差频并网。
按准同期条件并网时需实现并列点两侧的电压相近、频率相近在相角差为0度时完成并网操作。
2)同频并网:
未解列两系统间联络线并网属同频并网(或合环)。
这是因并列点两侧频率相同,但两侧会出现一个功角δ,δ的值与联接并列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。
这种情况的并网条件应是当并列点断路器两侧的压差及功角在给定范围内时即可实施并网操作。
并网瞬间并列点断路器两侧的功角立即消失,系统潮流将重新分布。
因此,同频并网的允许功角整定值取决于系统潮流重新分布后不致引起新投入线路的继电保护动作,或导致并列点两侧系统失步。
2差频并网合闸角的数学模型
准同期的三个条件是压差、频差在允许值范围内时应在相角差φ为零时完成并网。
压差和频差的存在将导致并网瞬间并列点两侧会出现一定无功功率和有功功率的交换,不论是发电机对系统,或系统对系统并网对这种功率交换都有相当承受力。
因此,并网过程中为了实现快速并网,不必对压差和频差的整定值限制太严,以免影响并网速度。
但发电机并网时角差的存在将会导致机组的损伤,甚至会诱发后果更为严重的次同步谐振(扭振)。
因此一个好的同期装置应确保在相差φ为零时完成并网。
达到极值的并网速度。
3均频与均压控制的方式
实现快速并网对满足系统负荷供需平衡及减少机组空转能耗有重要意义。
捕捉第一次出现的并网时机是实现快速并网的一项有效措施,而用良好控制品质的算法实施均频与均压控制,促成频差与压差尽快达到给定值也是一项重要措施。
SID--2CM控制器使用了模糊控制算法,其表达式为:
式中u一控制量,E一被控量对给定值的偏差,C一被控量偏差的变化率,g一模糊控制算法。
模糊控制理论是依据模糊数学将获取的被控量偏差及其变化率作出模糊控制决策。
下面的模糊控制推理规则表可描述其本质。
表中将偏差E的模糊值分成正大到负大共八档,将偏差变化率C的模糊值分成正大到负大共七档,与它们对应的控制器发出的控制量U的模糊值就有56个,从正大到负大共七类值。
以调频控制为例,如控制器测量的频差。
ωs=ωF一ωx(ωF、ωx分别为待并发电机及系统的角频率)为负大,而频差变化率dωs/dt也是负大,则控制量U为零(表中右下角的值,。
这表明尽管发电机较之系统频率很低,但当前发电机频率正以很高的速度向升高方向变化,因此无需控制发电机频率就能恢复到正常值。
人们很自然的会想到这些模糊控制量的值具体在控制过程中到底是多少呢?
应该有个量化的环节,例如变成控制器发出控制信号的脉冲宽度和脉冲间隔。
SID--2CM控制器正是通过均频控制系数Kf和均压控制系数Kv两个整定值来对控制量进行量化的,Kf及Kv的选取是在发电机运行过程中人工手动将频差或压差控制超出频差及压差定值的工况下进行,根据SID--2CM控制器在纠正频差及压差的过程中所表现的控制质量来修改Kf及Kv,当发现纠正偏差的过程太慢,则应加大Kf或Kv,反之,如纠正偏差过快并出现反复过调,则应减小Kf或Kv,直到找到最佳值。
我们不难看到SID--2CM控制器实际上是针对发电机组调速系统及励磁调节系统的具体特性来整定控制系数的。
三、结构与接线
1外形尺寸
SID一ZCM型控制器采用仪表盘嵌装式结构,安装尺寸见附录最后一页。
2面板说明
面板如下图
面板的左上方为一个128只64点阵带背光的液晶显示器,用于显示菜单及设置参数,显示并列点代号、系统频率、系统电压、发电机频率、发电机电压、断路器合闸时间及其它信息。
左下方为发光管构成的同步指示器,指示待并侧与系统侧电压在并网过程中的相位差。
“频差/功角”及“压差”指示灯在差频并网时越上限为绿色,越下限为红色,同频时频差灯也为红色,不越限时熄灭。
同频并网时如果功角或压差越限,指示灯为橙色。
“合闸”指示灯在控制器发出合闸命令期间点亮(红色),点亮时间为断路器合闸时间tk的二倍。
面板右方有一向下可打开的盖板,打开盖板后可见到左面有工作方式选择开关及工作方式指示灯,用于设置控制器的三种工作方式,即“工作”、“测试”及“设置”方式。
工作方式选择开关上方的工作(红色)、测试(绿色)、设置(黄色)指示灯分别与之对应。
“工作”方式用于发电机或线路并网:
“测试”方式用于现场试验或对控制器本身的硬件测试;“设置”方式用于整定参数和数据查询。
在工作方式选择开关上方有7个按键,左键、右键、上键、下键,、确认键、退出键、复位键。
左、右键用于选择待设置参数,上、下键用于选择菜单项或改变参数值,“确认”键用于选择功能或存贮参数,“退出”键用于退出目前操作程序,“复位”键用于使程序复位。
面板右方为测试模块的操作及指示部件,测试模块用于产生待并点两侧的TV电压、模拟有关的输入开关量信号,和指示控制器输出有关控制信号的状态。
“远方复位”键用于模拟来自控制台的远方复位命令,引起控制器程序复位。
“辅助接点”键用于模拟并列点断路器的辅助接点,反映断路器是否已合上,及实测断路器合闸回路时间。
面板中部的12个并列点选择开关Pl一P12,用以模拟12个并列点的同期开关状态,开关拨向上方表明该并列点选中。
EC、SM、ST、NV分别为模拟双侧无压空合闸确认、同步表功能选择、起动同期工作、单侧无压合闸确认四个开入信号,拨向上方为有效。
面板下方的8个开关用以模拟待并点断路器两侧TV二次断线,SF、SA、SB、SC、为系统侧熔丝(或空开)前及三相TV断线试验开关、GF、GA、GB、GC为待并侧熔丝(或空开)前及三相TV断线试验开关,开关拨前上方为断线。
Vs、VG旋钮用于在测试控制器时调整输入代表系统和待并侧的TV二次电压,电压值可用交流电压表在Vs、VG对公共端端子上测量。
还可通过“Tv二次电压选择”开关选择Tv二次电压为线电压(UL)或相电压(Uφ),拔向右侧为线电压。
面板左下方有RS一232串行通讯接口,为9针D型插座,用于就地与笔记本电脑的RS--232通讯接口联接。
也可用背板航空插座JK3内的RS--485接口与远方的上位机通讯。
面板上方有8个继电器状态指示灯,用以显示相应输出控制继电器状态,降压继电器(绿色),升压继电器(红色),减速继电器(绿色),加速继电器(红色),合闸继电器(红色),报警继电器(黄色),合闸闭锁继电器(黄色),功角越限继电器(黄色)。
控制器在“设置”方式时通过内部SL合闸闭锁继电器自动断开合闸输出回路,因此控制器可在现场进行参数设置,不会发生误合闸。
3后面板说明
后面板主要装有控制器的对外联线插座,如下图所示,各引脚定义在相应表格中给出。
JK1--JK6六个航空插头型号各不相同,因此没有误插的可能。
设计SID--2CM同期控制器可最多纳入12个并列点,其目的不仅是为适应中、小电站集中同期方式的需要,也为实现电站多台同期装置互为备用的需要。
每台同期装置可存入8一12个并列点的同期参数,使得8一12台同期装置不需要重新整定参数就可互换。
选用航空插头作为对外的连接器也是出于方便互换的目的。
·JKI插座引脚定义:
电源使用交直流48V-220V。
·JK2插座引脚定义:
JK2--l一4用作同期信号,JK2--5一14用作监视TV二次断线。
·JK3插座引脚定义:
JK3的1一8及20--23分别联接到各并列点的同期开关一个空接点的一侧,另一侧并联后联接到17脚的开入量专用电源24V十上。
巧脚是RS一485接口的屏蔽地,与机壳相联。
为了保证双侧无压空合闸或单侧无压合闸的安全,需要防止因TV二次断线引起的误合闸,此时同期装置需要接入并列点两侧TV的三相电压及中性点,用以检测TV二次断线,如不需无压合闸功能,则JKZ的三相TV二次电压可不接入,即JK2一1、2、7、14各电压都无需接入。
JK3一24及JK3一25是在实施单侧无压合闸及无压空合闸前进一步确认的两个输入开关量。
·JK4插座引脚定义:
合闸输出如用电磁继电器输出,为空接点,无极性。
如用MOSFET继电器作合闸输出,则有+、一极性之分,接线请注意。
MOSFET继电器可直接驱动断路器合闸回路,彻底消除了电磁中间继电器的延时和感应电势的干扰。
MOS继电器为可选件,订货时需注明。
·JK5插座引脚定义
此插座用砖将控制器内置试验模块的全部信号通过专用的联线将JKS插头与控制器的JKZ、JK3、JK4扦座联接。
单独试验同期装置时还应从控制器的JK7和JKI接入220V交流电源。
请注意,JK7不能输入直流电源。
·JK6插座引脚定义
此插座的脉振电压及控制器输出合闸接点用于同期过程录波,请注意脉振电压没有经过转角处理。
·JK7插座引脚定义:
四、使用说明
程序菜单按三种方式选择(设置、测试、工作)形成三条主干的树状结构,如下图所示:
下面介绍具体使用方法
1参数整定参数分为:
通道(并列点)参数和系统(公用)参数。
进入参数整定:
在系统通电状态下,将工作方式开关投在“设置”状态(此时设置灯亮),然后按复位按钮。
或在控制器未带电状态下,先将工作方式开关投在“设置”位置,然后再接通电源。
首先进入设置主菜单:
使用“↑”"↓”键,选择菜单项,用“确认”键确认,并进入相应程序。
1)各通道参数整定:
每个通道有一组独立的参数,包括:
同期点并网类型(发电机或线路)、断路器合闸时间、允许频差、允许压差、均频控制系数、均压控制系数、待并侧TV二次电压额定值、系统侧Tv二次电压额定值、过电压保护值、自动调频、自动调压、同频调频脉宽、并列点代号、系统侧应转角、单侧无压合闸、无压空合闸、同步表等,线路型并列点还有允许功角。
进入通道参数整定:
进入设置菜单后,用“↑”"↓”键选择“各通道参数整定”,之后按“确认”键,此时显示屏显示:
输入4位数字或字母(出厂口令为0000),按确认键后进入各通道参数整定;如按退出键,即放弃该操作,退到主菜单。
如口令不对,提示“口令不符”,退到主菜单。
进入各通道参数整定后,显示屏显示:
用“↑”"↓”键输入通道号,通道号的选择范围为1一12。
按“退出”键,则退出通道参数设置。
选择通道号后,按“确认”键,则系统进入参数设置第一页:
对象类型分“差频”、“同频”两类,只要有可能那怕只在一种特定的运行方式下会出现同频并网的断路器就应选“同频”型。
永远不可能出现同频并网的断路器则选“差频”型,一般发电机的机端断路器和发变组高压侧断路器即为此类型。
合闸时间为控制器发出合闸信号到断路器闭合的时间,是计算提前预合闸角的依据。
允许频差和允许压差是并网的二个条件,当并列点两侧的频率差和电压差在这二个参数指定的范围内,即算满足频差和压差并网条件。
否则,如果设置了自动调频或自动调压功能,控制器即实施调频或调压控制。
如果设置不调频、不调压,则只在显示屏[提示待并侧的频率高、频率低、电压高、电压低信息,控制器不执行调频及调压控制。
频差及压差的定义均为待并侧减系统侧的差值,允许频差及允许压差的定值可选“+”或“士”,取“+”表明只能在待并侧的值大于系统侧的值才允许并网,即并网后待并侧电源立即带上一定的有功和无功功率,避免并网时产生逆功率。
如取“士”,则差值不论是正、是负均可并网。
使用“←”“→”键,选择参数项,按“↑""↓”键修改参数值。
当选择到该页的最后一项,再按“→”键,如果不是最后一页(第七页),则翻到下一页。
当选择该页的第一项,再按“←”键,若该页不是第一页则进入上一页。
每个参数都有设置范围和步距,各参数的设置范围及步距见附录I。
如果参数数值到了上限,按“↑”键不会改变数据大小。
同样参数数值到了下限,按“↓”键也不会改变数据大小。
修改该通道的所有参数后,按“确认”键,便存贮各参数值。
存贮通道参数值需要若干秒,此时屏幕显示“正在存储,请稍候”,在此期间按任何键都不起作用(复位键除外),等若干秒后屏幕[显示“存贮完毕”,按“退出”键退出通道参数整定操作,回到设置菜单。
第二页到第五页显示器界面如下:
注:
允许功角仅适用于有可能出现同频并网的对象,当同期装置确认为同频并网时,将自动调用此定值。
均频均压控制系数无量纲。
这两个参数决定调频调压的品质。
数值越大,调整就越快。
但是,如果设置过大,会引起控制过程不稳定。
如果选择不自动调频则不进行调频控制。
调压控制也是如此。
此二系数需在发电机开机后在现场根据控制器进行自动调频和调压过程的品质来确定。
“允许功角”仅用于同频并网的工况,此时自动停止调频和调压。
TV二次电压的单位为“伏”,这是指当TV一次电压为额定值时,TV二次电压所对应的实际值。
对于系统侧电压常常因负荷变动导致有较大的波动,因此,系统侧TV二次电压额定值应以其可能出现的最低值和最高值的平均值输入。
输入同期装置的并列点TV电压可以一侧是线电压,另一侧是相电压,也可以都是线电压或相电压。
过电压保护值是指容许发电机过电压值对额定电压的百分数。
自动调频和自动调压项的YES表示需要控制器自动调频或调压,NO表示不需要。
同频调频脉宽,无量纲。
该参数决定在差频并网时出现同频后自动调频脉冲的正脉冲宽度。
同频调频控制不受“自动调频”选择与否限制,“同频调频脉宽”值设置范围为5一90。
并列点代号有四位,可以是数字或字母,一般输入断路器号。
系统侧应转角用以取代转角变,可设置超前300、00、滞后300三种,请注意,是将系统侧Tv二次电压进行转角。
在发电厂厂用电系统或输电线路的并列点上有时会要求只在并列点刁则有电压,而另一侧无电压时合上断路器,例如在发电机启机过程中需要由外部电源提供厂用电、线路检修后对线路充电等。
此时如无压合闸条件具备(TV二次没断线),且通道整定参数项“单侧无压合闸”选为YES,和在JK3一24送入了确认无压操作的开关量信号闭合,控制器上电后即自动实施单侧无压合闸。
如并列点两侧W二次电压的数值都高于低压闭锁整定值,则同期装置执行正常并网操作。
同样,如需要对断路器作一次两侧无压空合闸操作,则可将通道参数项“双侧无压空合闸”选为YES,并在JK3一25送入“双侧无压空合闸确认”开关量信号(闭合),控制器上电后即可自动实施双侧无压空合闸。
为确保在单侧无压或无压空合闸时不致发生意外,即在通道参数中选择“单侧无压合闸”或“双侧无压空合闸”仅是执行该操作的条件之一,还需要从外部对控制器输入一个确认单侧无压或双侧无压空合闸操作的开关量(接点闭合)。
此开关可与短接同期检查继电器(TJJ)接点的STK开关联动,因在进行单侧无压合闸时TJJ接点断开了合闸控制回路,必须先行将接点短接才能合闸。
断路器操作完毕应及时断开此开关。
当需要让同期装置仅作为一个智能同步表使用时,整定参数项“同步表”应选为“YES",再由上位机或手动/自动同期方式选择开关给JK3一16发来一个开关量指令(闭合接点),还同时送上并列点选择信号,这样在装置上电后即可获得同步表功能。
此时装置显示压差、频差、相位等参数,但不合闸。
此时是否需要同期装置进行均压和均频控制,取决于该并列点通道参数是否选择了自动调压或自动调频。
应该指出,如在差频并网方式下出现同频状态,装置将会发出加速控制命令,以破坏同频状态。
2)系统参数整定:
系统参数是每个并列点并网所共用的参数
共用的参数进入参数设置菜单后用“↑”"↓”键选择“系统参数整定”,按“确认”键后首先输入口令,如口令正确,则显示屏显示系统参数设置第一页,确定控制器输入TV信号源的来处。
“外部”是指实际的TV信号,“内部”是指由控制器产生的待并侧可调频系统侧为50HZ的两个工频信号。
调试时需接好测试电缆和测试模块电源线。
参数的修改方法与通道参数设置相同,首先输入口令。
系统参数设置第二页的画面如下,用以确定并列点两侧TV低压闭锁值(为额定电压的百分数);选择确定同频并网的频差闽值;确定是当地抑或是远方(上位机)进行控制及设备号;设备号是挂在现场总线上的设备编号可为1一99。
系统参数设置的第三页用于设置串行口的波特率和接口方式。
波特率可选300、1200、2400、4800、9600,应与h位机一致,接口方式用于选择使用RS一232接口或使用RS一485接口。
波特率和接口方式修改后,复位控制器后这些新的参数值才一起作用。
3)实测合闸时间查询
在进入实测合闸时间查询菜单后,按“确认”键。
在这里的合闸时间是在发电机进行并网时根据系统侧和待并侧TV信号经过运算测量的,每个通道最多可存贮8次合闸时间的实测值。
进入“实测合闸时间查询”后显示屏显示
序号8指最后一次合闸测得的合闸时间值。
7指倒数第二次测得的合闸时间。
按“↓”键或“→”键,依次显示2通道、3通道---的数据。
按“↑”或“←”键,显示前一通道的数据。
按“退出”键退出查询。
4)修改口令
进入修改口令后提示:
2工作:
进入同期并网方式。
若使用外部输入的TV信号,当符合同期条件时则有合闸信号输出。
如使用内部信号则合闸回路被自动断开。
如果设备己经上电,将工作方式选择开关打到“工作”位置,按复位键,即进入同期并网程序。
如果设备没有上电,工作方式开关打到“工作”位置,设备上电后即进入同期并网程序。
如选择“现场”控制方式,则合上同期开关后立即进入并网工作程序。
如选择“遥控”控制方式,则在收到上位机发来的起动命令后即进入并网工作程序。
控制方式在整定系统参数时确定。
如果在系统设置为“遥控”控制方式,则在显示屏右边提示“遥控”。
在进入“工作”之前首先要设置通道参数和系统参数,并选择一个并列点。
在进入“工作”后,系统首先检测RAM和EEPROM中的参数数据,然后检测并列点及用于直接合闸的光隔MOSFET
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