洪屏抽水蓄能电站自动准同期导前时间参数整定的研究

吕 滔，邓 磊

(国网新源控股有限公司技术中心，北京100161)



洪屏抽水蓄能电站自动准同期导前时间参数整定的研究

吕 滔，邓 磊

(国网新源控股有限公司技术中心，北京100161)

洪屏抽水蓄能电站自动准同期装置参数整定的正确性直接影响同期操作的效果和相关设备的使用寿命。通过对电站自动准同期装置导前时间参数的分析和研究，指出自动准同期装置导前时间参数整定的原则和方法，为同期装置导前时间整定提供科学实用的理论依据和方法。

自动准同期；导前时间；断路器；继电器；洪屏抽水蓄能电站

0 引 言

电力系统运行过程中把系统的联络线或联络变压器与电力系统进行并列，这种将小系统并入大系统的操作称为同期操作。两个系统进行同期操作的三要素是幅值相等、频率相等、相位相等。随着越来越多的电站使用自动准同期装置实现自动并网，同期装置参数整定的正确性直接影响同期操作的效果和相关设备的使用寿命。通过对江西洪屏抽水蓄能电站自动准同期装置导前时间参数的分析和研究，指出自动准同期装置导前时间参数整定的原则和方法，为同期装置导前时间整定提供科学实用的理论依据和方法。

1 电站配置及参数

江西洪屏抽水蓄能电站安装4台单机容量300 MW的混流可逆式水泵水轮-发电电动机组。4台机组配置1套静止变频器装置作为机组电动机模式拖动起动的动力电源。机组型式为立轴、悬式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步发电电动机，型号为1DH 6661- 3WE06-Z，额定转速500 r/min，额定电压18 kV，额定频率50 Hz，额定容量333.3 MV·A(发电工况)、325 MW(电动工况)，额定功率因数0.9滞后(发电工况)、0.975超前(电动工况)，直轴同步电抗Xd(不饱和)1.16(p.u.)，直轴暂态电抗X’d(不饱和)0.28(p.u.)，直轴次暂态电抗X″d(饱和)0.26(p.u.)，不饱和交轴同步电抗Xq0.83(p.u.)。

该电站机组监控系统采用南瑞NC2000 V3.0计算机监控系统，自动准同期装置采用南瑞SJ- 12D双微机手自动同期装置。机端出口断路器采用ABB公司生产的HECPS- 3S型成套机组开关。电站进行同期试验前同期参数预整定为：系统频率50 Hz，合闸导前时间50 ms，允许角差1°，允许压差2 V，允许频差0.2 Hz。经假同期试验后同期参数调整为：系统频率50 Hz，合闸导前时间70 ms，允许角差1°，允许压差2 V，允许频差0.2 Hz。

假同期试验前导前时间整定根据断路器动作时间37.7 ms(见表1)与中间继电器动作时间10 ms(经验值)求和得出，假同期试验后导前时间调整整定根据假同期试验得到的合闸时间测量值67.5 ms。试验前后两个同期导前时间整定参数相差近20 ms，笔者认为有必要通过理论计算和试验验证的方式科学的确定同期装置导前时间的整定值。随后通过理论分析和试验论证，提出了一种科学实用的方法用于同期装置导前时间参数的整定，同时提出了个人总结归纳的整定原则和见解以供相关从业人员参考与借鉴。

2 理论分析

江西洪屏抽水蓄能电站SJ- 12D双微机手自动同期装置的同期原理是在压差、频差满足要求的情况下，不断监测发电机电压和系统电压的相位差，准确预测断路器的合闸时刻，实现快速无冲击合闸。电站同期装置导前时间参数预整定为50 ms是根据ABB厂家提供的HECPS- 3S型开关设备现场调试报告中断路器合闸时间试验数据与监控厂家提供的中间继电器动作时间经验值求和确定而得。

该电站在水泵工况模式下进行假同期并网试验，录制假同期并网试验波形图如图1。图中横坐标为时间轴，纵坐标由上至下的波形分别为自动准同期装置出口合闸令脉冲波形、断路器辅助节点开入信号位置开关波形、系统侧与待并侧A相电压压差波形、系统侧与待并侧B相电压压差波形，纵向标注线为合闸位置信号反馈时标线。

图1 假同期波形(导前时间50 ms)

2.1 波形分析

由图1可知，断路器同期合闸时刻处于电压压差波形收敛区间，断路器辅助节点开入信号时系统侧与待并侧A相压差瞬时值为1.2 V，系统侧与待并侧B相压差瞬时值为1.3 V，假同期试验结果良好。测得合闸时间即同期装置出口合闸令与断路器辅助节点开入信号的时间差为67.5 ms。

该同期装置合闸导前时间最小整定步长为10 ms，后修改同期导前时间参数为70 ms进行假同期试验，录制了假同期并网试验波形图2。

图2 假同期波形(导前时间70 ms)

由图2可知，断路器同期合闸时刻处于电压压差波形收敛区间，断路器辅助节点开入信号时系统侧与待并侧A相压差瞬时值为1.5 V，系统侧与待并侧B相压差瞬时值为2.4 V，假同期试验结果良好。测得合闸时间即同期装置出口合闸令与断路器辅助节点开入信号的时间差为67.5 ms。

对比断路器辅助节点反馈时刻的试验结果可知，合闸效果波形图1优于图2。实际上断路器主触头合闸与其辅助节点信号存在时间差，中间继电器动作时间的实际值与理论值同样存在偏差。因此，该试验结果的正确性还需要通过理论分析和试验加以验证。

2.2 数据分析

为了准确的获得同期导前时间参数必须确定同期合闸回路中造成时间偏差的原因和各个环节的偏差数值。经分析，江西洪屏抽水蓄能电站机组监控系统同期合闸回路中存在时间偏差的环节主要包括同期合闸令扩展中间继电器KS14、断路器主触头合闸时间和断路器辅助节点传动机构反馈时间常数。

查阅江西洪屏抽水蓄能电站计算机监控系统机组LCU原理接线图可知，同期合闸中间继电器KS14为魏德米勒DRM 570 220 L型中间继电器，负载(阻性)5A/250VAC，切换功率(阻性)1 250 VA150 W，接触电阻(初始)≤50 mΩ，吸合时间/释放时间≤20 ms/≤20 ms；吸合电压(25 ℃)≥75%额定电压，释放电压(25 ℃)≥10%额定电压，最大电压(25 ℃)110%额定电压，线圈功率≤0.9 W。同样，通过查阅ABB公司提供的HECPS- 3S型开关现场调试报告获得断路器合闸时间参数见表1，HECPS- 3S型断路器控制柜电气原理图获得断路器辅助接点节点容量参数见表2。

表1 ABB断路器合闸时间 ms

表2 断路器辅助接点节点容量参数

—NC/ANO/A时间常数/ms220VDC2120

以上设备参数经简要计算可以确定，在额定工作条件下同期导前时间不应大于82 ms(理论上)。同时对波形图1、2再次进行分析，分析结果如下：

(1)在波形图3中，断路器同期合闸时刻主触头合闸瞬间(断路器辅助接点开入信号前20 ms)，系统侧与待并侧A相压差瞬时值为2.2 V，系统侧与待并侧B相压差瞬时值为0.73 V。

(2)在波形图4中，断路器同期合闸时刻主触头合闸瞬间(断路器辅助接点开入信号前20 ms)，系统侧与待并侧A相压差瞬时值为0.3 V，系统侧与待并侧B相压差瞬时值为3.2 V。

图3 假同期波形(导前时间50 ms)

图4 假同期波形(导前时间70 ms)

3 试验测试

为了准确确定同期导前时间参数以及设备性能参数，笔者对影响同期导前时间参数的两个环节进行了相关试验数据测量。试验项目主要包括：①中间继电器吸合动作时间测试；②断路器辅助节点传动机构时间常数测试。

3.1 中间继电器测试

根据国标“JB/T 3779—2002快速中间继电器”的技术要求，通过ONLLY系列继电保护测试仪分别在70%和100%额定电压下对魏德米勒DRM 570 220L型中间继电器进行动作时间[4]测试，试验结果为：在100%额定电压下两次测试时间结果分别为8 ms和7.3 ms；在70%额定电压下两次测试时间结果均为12.5 ms。

试验结果符合国标动作时间一般不应大于15 ms的技术要求。

3.2 断路器辅助节点传动结构时间常数测试

根据ABB公司提供的HECPS- 3S型开关现场调试报告和假同期试验测得的合闸时间可知，断路器主触头与辅助节点动作时间必然存在一定的时间常数。通过利用XHJJ302 A 高压开关综合测试仪对断路器辅助接点动作时间进行测试，断路器合闸辅助节点动作时间两次试验结果分别为56.4 ms和56.3 ms。与ABB公司提供的现场调试报告断路器主触头动作时间最大值37.7 ms相差18.7 ms，数据符合ABB公司提供的HECPS- 3S型断路器控制柜电气原理图中断路器辅助接点节点时间常数不大于20 ms技术指标要求。

4 结 论

(1)通过理论分析和试验可知，同期导前时间参数确定有：①同期导前时间最小值不宜小于断路器合闸时间与中间继电器动作时间之和；②同期导前时间最大值不宜大于断路器合闸时间误差允许值、中间继电器动作时间与辅助节点传动机构时间常数之和。

(2)同期导前时间参数确定的方法有：①应测量同期合闸回路中间继电器额定电压下的动作时间；②断路器开关特性试验时应分别测量断路器主触头分合闸时间和断路器辅助节点动作时间常数；③假同期时应测量合闸时间参数。

结合理论分析和各项试验数据结果，可以确定江西洪屏抽水蓄能电站同期导前时间参数整定区间为44.2 ～82 ms，理论上最优时间参数为合闸时间与辅助节点时间常数之差47.5 ms。考虑到江西洪屏抽水蓄能电站机组监控系统同期合闸回路中闭锁开关节点较多，开关节点经常动作吸合导致触点接触电阻变大导致合闸回路电阻变大，以及SF6气压降低、主触头烧蚀和断路器储能机构等因素的影响可能导致断路器合闸时间变大。实际建议导前时间取断路器合闸时间误差允许值42 ms与中间继电器动作时间技术要求最大允许值15 ms之和57 ms。因此，江西洪屏抽水蓄能电站同期导前时间参数应整定为60 ms。该电站在水泵调相工况下进行同期并网试验并录制波形图见图5。

图5 假同期波形(导前时间60 ms)

通过波形图5可知，断路器同期合闸时刻主触头合闸瞬间(断路器辅助接点开入信号前20 ms)，系统侧与待并侧A相压差瞬时值为1.2 V，系统侧与待并侧B相压差瞬时值为0.24 V。同期合闸效果优良，符合电站同期并网要求。

[1]JB/T 3779—2002 快速中间继电器[S]．

[2]赵涌， 彭文才， 刘成俊. 在抽水蓄能电站中遇到的同期问题[J]. 水电自动化与大坝监测， 2013， 37(5)： 71- 75．

(责任编辑 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

吕滔(1984—)，男，湖北潜江人，工程师，主要从事抽水蓄能机组调试和技术管理工作．

TV743(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0083- 04