電壓并列回路自動(dòng)校驗(yàn)裝置的研制與應(yīng)用

王玉財(cái)，李志遠(yuǎn)，吳一凡，李洋，王振鋒

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司寧東供電公司，寧夏靈武 750411）

0 引言

新建變電站對(duì)電壓并列回路校驗(yàn)是驗(yàn)收的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其基本步驟包括測(cè)量單相電壓幅值、測(cè)量相間電壓幅值、相序核對(duì)、重動(dòng)并列接點(diǎn)校驗(yàn)等過(guò)程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓并列回路存在問(wèn)題時(shí)，需消除二次回路的缺陷后，重復(fù)上述過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際校驗(yàn)過(guò)程較為繁瑣[1]。在改擴(kuò)建變電站中，必須對(duì)電壓并列回路進(jìn)行完善，此時(shí)需電壓互感器停電進(jìn)行，使得運(yùn)行間隔失去二次保護(hù)、計(jì)量電壓，保護(hù)裝置存在誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)[1]，因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于自發(fā)自收原理的電壓并列回路自動(dòng)校驗(yàn)裝置，該裝置能實(shí)現(xiàn)電壓并列回路的一鍵式校驗(yàn)，且能對(duì)回路中存在的問(wèn)題進(jìn)行智能判斷和顯示，提高檢修人員現(xiàn)場(chǎng)工作效率。在改擴(kuò)建變電站中，裝置能將運(yùn)行間隔的電壓和檢修間隔的電壓進(jìn)行臨時(shí)并列，從而實(shí)現(xiàn)二次不失壓對(duì)電壓并列回路進(jìn)行完善。

1 電壓并列裝置原理及其二次回路校驗(yàn)

1.1 電壓并列裝置原理

電壓并列裝置的基本原理如圖1、圖2所示[2-4]。1G、2G分別是I母、II母刀閘輔助觸點(diǎn)，F(xiàn)D、1FG、2FG分別為母聯(lián)開(kāi)關(guān)及其兩側(cè)刀閘的輔助觸點(diǎn)。YQJ為中間繼電器，U1、U2為I母、II母PT二次電壓，1YM、2YM為I、II母小母線電壓。當(dāng)1G、2G閉合時(shí)，1YQJ，2YQJ繼電器動(dòng)作，電壓從小母線輸出。當(dāng)FD、1FG、2FG同時(shí)閉合，且QK把手在并列位置時(shí)，3YQJ并列繼電器動(dòng)作，從而將I母PT電壓并列至II母小母線，或者將II母PT電壓并列至I母小母線，從而實(shí)現(xiàn)I、II母PT電壓的二次并列。

圖1 單母線一次接線

圖2 電壓并列回路原理

1.2 電壓回路校驗(yàn)方法

在I母PT處用繼電保護(hù)測(cè)試儀分別通入不同幅值電壓且三相相序?yàn)檎嘈?，在I母小母線及II母小母線處用萬(wàn)用表分別測(cè)量各相電壓幅值，用相序表測(cè)量相序判斷是否為正序。分別斷開(kāi)1G，2G驗(yàn)證重動(dòng)繼電器是否正確動(dòng)作，分別斷開(kāi)1FG，F(xiàn)D，2FG分別驗(yàn)證并列繼電器是否正確動(dòng)作，在II母電壓互感器處通入電壓，重復(fù)上述過(guò)程[5]。

2 電壓并列回路完善過(guò)程

如圖3所示，以某110 kV變電站擴(kuò)建為例說(shuō)明電壓并列回路完善過(guò)程。電壓并列裝置安裝于I母PT柜上，2期工程擴(kuò)建了II段母線，同時(shí)擴(kuò)建了II母PT柜。為完善電壓并列回路，需從II母PT柜放置新電纜至I母PT柜，并且在I母PT柜處完善電壓并列二次回路接線工作。由于需從I母PT柜自下而上穿電纜，故I母PT必須停電進(jìn)行，此時(shí)，I段母線上將失去二次保護(hù)、計(jì)量電壓。由上述分析可知，在現(xiàn)有方式下，完善電壓并列回路將導(dǎo)致運(yùn)行間隔母線二次失壓。

圖3 電壓并列回路完善過(guò)程

3 裝置原理及結(jié)構(gòu)

3.1 自動(dòng)校驗(yàn)原理

從1.2小節(jié)可以看出，電壓并列回路校驗(yàn)的重點(diǎn)在于在回路的一端加電壓，在回路的另外一端測(cè)量電壓的幅值和相序，因此可設(shè)計(jì)一種基于“自發(fā)自收”原理的二次回路自動(dòng)校驗(yàn)裝置。裝置可產(chǎn)生三相大小，相序不同的電壓，將該電壓加至并列回路中，裝置的另外一端接收“返回來(lái)”的電壓，將“發(fā)出去”的電壓和“返回來(lái)”的電壓進(jìn)行對(duì)比，如果并列回路接線正確，則電壓幅值和相位誤差應(yīng)該在允許的范圍內(nèi)[6]。如果電壓并列回路存在接線錯(cuò)誤或者缺陷，則上述電壓一定不相等，裝置可進(jìn)行智能判斷及缺陷校驗(yàn)結(jié)果顯示。

3.2 不停電完善并列回路原理

如果在I母PT停電前，能將I母二次電壓同II母二次電壓進(jìn)行臨時(shí)并列，然后停I母PT穿電纜，完善電壓并列二次回路，這樣可實(shí)現(xiàn)在保證I母二次不失壓的條件下對(duì)電壓并列回路進(jìn)行完善；因此設(shè)計(jì)裝置同時(shí)采集I母及II母電壓，并進(jìn)行電壓幅值和相位的比較，如果滿足并列條件，則實(shí)現(xiàn)I、II母電壓的臨時(shí)并列，實(shí)現(xiàn)二次“0”失壓完善電壓并列回路。

3.3 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由上述分析可設(shè)計(jì)裝置面板結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 裝置面板結(jié)構(gòu)

裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其中，主控模塊可用于裝置模式的選擇。當(dāng)選擇“校驗(yàn)”模式時(shí)，面板左側(cè)的端子由電壓發(fā)生模塊產(chǎn)生電壓，右側(cè)的端子為電壓采集模塊，從而實(shí)現(xiàn)“自發(fā)自收”判別，如圖6所示。

圖6 電壓并列回路自動(dòng)校驗(yàn)過(guò)程

當(dāng)選擇“并列”模式時(shí)，面板左右兩側(cè)的端子都為采集模塊，分別采集I、II母小母線電壓，主控模塊用于判斷，當(dāng)判斷出滿足并列條件時(shí)，電壓并列模塊動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)I、II母母線電壓的臨時(shí)并列，如圖7所示。顯示模塊用于判別結(jié)果的顯示以及人機(jī)交互。電源模塊為裝置中其他模塊提供可靠電源。

圖7 裝置自動(dòng)并列過(guò)程

4 裝置軟件流程設(shè)計(jì)

4.1 并列功能軟件設(shè)計(jì)思路

并列檢測(cè)功能將兩組二次電壓的幅值和相角采樣計(jì)算出來(lái)，經(jīng)過(guò)向量相減，判斷是否滿足電壓幅值、相角差同期條件設(shè)定值，若大于設(shè)定值，則認(rèn)為兩組電壓不滿足并列條件；若小于設(shè)定參數(shù)，則兩組電壓滿足并列條件。電壓幅值和相角計(jì)算公式[7-9]如下：

式中:N—在一個(gè)周期內(nèi)基波信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)；

xK—第k個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)值；

x0，xn—分別表示第1個(gè)采樣點(diǎn)和第N+1個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)值。

程序初始化后，先后對(duì)兩組電壓（共6路）分別采樣24點(diǎn)（20 ms），利用24個(gè)點(diǎn)和下一個(gè)周波第1個(gè)采樣點(diǎn)共25個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算出6路電壓電流的幅值和相位，然后判斷是否滿足并列條件，若滿足并列條件，則驅(qū)動(dòng)并列模塊，實(shí)現(xiàn)I、II母電壓的臨時(shí)并列。其軟件工作原理如圖8所示[10-11]。

圖8 并列功能軟件流程

4.2 校驗(yàn)功能軟件設(shè)計(jì)思路

如果某一相的電壓為零，可判定該相電壓二次并列回路存在虛接點(diǎn)；如果三相電壓均不相等，可判定二次并列回路N點(diǎn)存在虛接問(wèn)題；如果Ua1=Ub1，則可判定電壓二次并列回路相序接反。裝置可將上述告警信息顯示在顯示屏，以輔助檢修人員對(duì)并列回路的缺陷進(jìn)行判斷查找，提高現(xiàn)場(chǎng)工作的效率。

校驗(yàn)功能軟件設(shè)計(jì)流程如圖9所示。

圖9 校驗(yàn)功能軟件流程

4.3 裝置操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝置具備并列、校驗(yàn)兩個(gè)模式，進(jìn)入系統(tǒng)后可手動(dòng)選擇工作模式，當(dāng)判斷出滿足并列條件后，提示現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行手動(dòng)并列。在校驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，?dāng)判斷校驗(yàn)結(jié)果正確時(shí)，可打印相關(guān)報(bào)告；當(dāng)校驗(yàn)結(jié)果不正確時(shí)，裝置面板顯示具體的缺陷內(nèi)容。另外，裝置具有防誤操作功能，例如在校驗(yàn)?zāi)Ｊ较卵b置左邊的端子有電壓輸出，如果此時(shí)左邊端子有電壓輸入，裝置會(huì)切斷電壓輸出，防止短路電流燒壞校驗(yàn)裝置。裝置操作系統(tǒng)軟件流程如圖10所示。

圖10 裝置操作系統(tǒng)軟件流程

5 裝置測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

本文所設(shè)計(jì)電壓并列回路自動(dòng)校驗(yàn)裝置具有校驗(yàn)和并列兩大功能，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裝置的上述功能進(jìn)行測(cè)試。

5.1 電壓并列功能測(cè)試

在某10 kV高壓室對(duì)裝置并列功能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1，表2所示。

表1 電壓并列功能幅值測(cè)試結(jié)果

表2 電壓并列功能相角測(cè)試結(jié)果

表1中，UA1、UB1、UC1，UA2、UB2、UC2分別指I母和II母電壓幅值。驗(yàn)證電壓幅值判據(jù)，2條母線6路電壓相位均為正序條件下分別改變某一相幅值，通過(guò)壓差來(lái)判斷是否并列，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證裝置邏輯判斷正確。

表2中，φA1、φB1、φC1，φA2、φB2、φC2分別指I母和II母電壓相角。驗(yàn)證電壓相位判據(jù)，2條母線6路電壓幅值均為全電壓（57.7 V）條件下分別改變某一相相位，通過(guò)角差來(lái)判斷是否并列，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證邏輯正確。

5.2 電壓并列回路校驗(yàn)功能測(cè)試

電壓并列校驗(yàn)功能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 電壓并列回路校驗(yàn)功能測(cè)試結(jié)果

由表3可以看出，裝置可對(duì)并列回路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校驗(yàn)，能對(duì)電壓并列回路存在的缺陷進(jìn)行自動(dòng)判別和顯示。

6 結(jié)語(yǔ)

電壓并列回路是變電站重要的二次回路，常規(guī)校驗(yàn)方法過(guò)程繁瑣，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作效率低。改擴(kuò)建工程中，完善電壓并列回路易造成母線二次電壓失去。為解決上述問(wèn)題，本文基于“自發(fā)自收”及“相位自動(dòng)判別”原理，設(shè)計(jì)了一種電壓并列回路自動(dòng)校驗(yàn)裝置。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該裝置可實(shí)現(xiàn)電壓并列回路自動(dòng)校驗(yàn)，且可以實(shí)現(xiàn)二次不失壓對(duì)電壓并列回路進(jìn)行完善。該裝置在現(xiàn)場(chǎng)部署應(yīng)用，可減輕校驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度，提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率。在改擴(kuò)建工程中可避免二次電壓失壓，提高保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性。裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，具有在全國(guó)電力行業(yè)推廣應(yīng)用的價(jià)值。