1 概述
直流輸電損耗小、線路走廊小、聯網靈活、運行穩定可靠,是當今世界上先進國家遠距離輸電以及異頻網間聯絡的重要輸電方式。它與交流輸電并存,互為補充,各揚所長。運用直流輸電可以提高電力系統的經濟指標、技術性能、運行可靠性和調度靈活性。我國超長距離的輸電都將采用超高壓直流輸電或特高壓交流輸電。由于直流輸電具有線路造價低、線損少、能快速準確調節功率、故障恢復快、故障過流小、線路不消耗無功等優點,已成為遠距離、大功率輸電的重要方法
之一。
目前,國內外采用直流輸電方式實現大功率輸電的已很多。嵊泗直流輸電工程是繼舟山工程之后,我國自行設計、制造和施工的第2個直流輸電工程項目。工程將在上海南匯蘆潮港和嵊泗島建2 個換流站,2個換流站之間的輸電距離為63.2km,其中架空線為3.5km,海底電纜為59.7km。直流送電方式為雙極,額定直流電壓為±50kV ,額定直流電流為600A ,額定輸送功率2 ×30MW。在嵊泗換流站有2 組調相機設備,每臺調相機30MVA。B&R 公司的可編程計算機控制器(PCC) 具有模塊化結構、實時性好、多任務分時操作等特點,比較適合調相機的控制。下面詳細介紹系統流程及原理。
2 系統控制流程
系統包括調相機,起動電機,勵磁系統,空氣冷卻、潤滑油系統,循環水泵,交流油泵,直流油泵,頂軸油泵,排水泵等。下面介紹調相機啟停流程。調相機系統圖如圖1 所示。
2. 1 正常程序起動
調相機正常啟動采用PCC 程序控制。調相機開機流程如圖2 所示。
① 啟動潤滑油泵、頂軸油泵,使潤滑油壓達到額定值;啟動循環水泵,啟動頻敏變阻器風機;將交流油泵、直流油泵、循環水泵甲、循環水泵乙的程控開關打到程控位置；
② 在調相機啟動準備就緒后,將1DL (調相機斷路器) 、MK(滅磁開關) 、2DL(啟動電機斷路器) 、3DL(勵磁變斷路器) 、G(頻敏電阻) 、1C(短接開關) 、2C(轉子同步化勵磁開關) 的控制選擇開關置于程控位置,程控開關DK置于啟動位置；
③ 工作勵磁變3DL 合閘,合同步化勵磁電源開關ZK,頻敏電阻接入( G合閘) ,轉子短接開關退出(斷開1C) ；
④ 合2DL ,調相機啟動電機起動,合整流柜風機；
⑤ 啟動電機達到亞同步轉速時,轉子短接開關短接,頻敏電阻退出(合上1C ,斷開G) ;
⑥ 經3min 延時,啟動電機達到異步額定轉速后,轉子同步化勵磁開關接入,轉子短接開關退出(先合2C ,后斷1C) ,同步勵磁裝置投勵,以1. 2 倍強勵電流勵磁,經10s 延時,啟動電機達到同步轉速,這時同軸的調相機也達到同步轉速；
⑦ 調相機穩定運行后,合滅磁開關MK,調節勵磁使調相機電壓升到額定值,投入同期裝置,待同期鑒定后自動或手動合調相機開關1DL ,調相機并網后,將控制開關轉換到對應位置；
⑧ 斷開啟動電機開關2DL ,斷開同步化勵磁電源開關ZK,轉子短接開關短接, (合1C) ,并斷開轉子同步化勵磁開關(跳2C) ,手動停頻敏電阻柜風機。拖動電機停機流程如圖3 所示。
2. 2 正常停機
停機準備就緒后,減調相機勵磁電流至空載額定勵磁電流,控制選擇開關置于程控位置,程控開關DK置于啟動位置;然后由后臺機或現場控制屏發出停機命令;跳開關1DL(調相機斷路器) ,跳滅磁開關MK,跳勵磁變開關3DL ,待調相機惰走結束(約45min) ,手動跳開油、水泵。調相機停機流程如圖4 所示。
2. 3 調相機手動啟、停為就地操作
操作步驟同程控。
2. 4 調相機的快速再起動
直流輸電系統故障使調相機與系統解列,當系統恢復正常后若需快速再啟動調相機,這時調相機還在惰走,啟動頻敏電阻柜風機,接入頻敏電阻后,合2DL開關,啟動電機進入異步運行,隨后重復正常啟動的⑤, ⑥, ⑦, ⑧程序,使調相機再次并網。
3 控制原理及特點
由于調相機系統的特點及在直流輸電系統中的重要性,在系統設計時,經過反復的研究討論和比較,決定采用B&R 公司PCC 實現調相機系統的監控。
3. 1 系統特點
① 高可靠性 系統特定的環境和條件要求自動化監控系統有較高的可靠性。但從根本上講,系統的可靠性取決于系統各單元的可靠程度。要保證整個系統的可靠運行,首先要求系統各單元的質量得到保證。B&R 公司PCC 產品從各項指標上完全可以達到系統的要求。
② 開放性和兼容性 支持多種標準現場總線或網絡協議,可以很方便地實現與其它產品的兼容性問題。除支持CANbus ,ETHERNET,PROFIbus 等標準網絡或現場總線外,還提供一個楨驅動器(frame driver) 工具,方便地解決串口通信問題。
③ 多任務分時操作系統 可以將整個任務分成數個具有不同優先權的任務等級(task class) 。其中,優先權高的任務等級,有著較短的巡回掃描周期,而且每個任務等級可包括多個具體任務,在這些任務中間可再細分其優先權的高低。這樣一個操作系統中可以將比較重要的任務定義得任務等級高一些,如中斷任務等;而一些較一般的任務,可以定義得任務等級低一些,如結果處理任務等。這樣整個控制系統便得到了優化,具有較好的實時性。
④ 編程語言高級化 梯形圖和指令表這兩種編程方式是比較常見和習慣的。梯形圖靠近電氣線路,比較直觀;指令表是由匯編語言演繹而來,比較靠近計算機硬件結構。在高級語言技術已經發展成熟的今天,一個復雜的控制思想僅用梯形圖和指令表來表述實在是一件憾事,因為高級語言(如C 語言,PASCAL ,FORTRAN 等) 畢竟可以很方便地描述一個復雜的思想。
⑤ 較大的應用程序存儲空間 較高的系統分析計算能力當然要求有足夠的程序存儲空間。同時,足夠的程序存儲空間是系統具備較強數據塊處理能力的先決條件,也說明了其硬件系統的先進性。B&R 公司PCC 的內存容量為100KB～16MB。
⑥ 可擴展性 系統的擴展一般分為當地擴展、遠程擴展和組網。在判斷一個系統的擴展能力時,一般有兩個判據:第一,在一個CPU 下可以擴展的I/ O 點數;第二,能支持多少種網絡協議(如PROFIBUS ,ETH-ERNET,CAN ,MODBUS. . . ) 。PCC 在硬件及軟件上具備模塊化結構,還有多任務分時操作系統的支持,從而使系統具有很好的擴展性。
3. 2 系統原理圖(見圖5)
3. 3 系統組成
可編程計算機控制器( PCC) 具有模塊化結構,下面簡要介紹B&R 2005 系列各模塊的配置:
① BP151 :12 槽底板。
② IF260 :可編程模塊處理器CPU ,850KB RRAM,512KB FLASH PROM,1個接口卡插入槽。
③ IF671 :接口模塊,插入接口槽使用,它具有1 ×RS - 232 ,1 ×RS - 485/ 422 ,1 ×CAN ,實現與后臺或其它設備的通信。
④ PS477 :電源24V ,d. c. ,50W,帶擴展從站。
⑤ DI475 :16 個數字量輸入模塊,24V ,d. c. ,10ms開關延時。
⑥ DO650 :16 個數字量輸出模塊,24V ,d. c. ,2A。
⑦ AI775 :8 個電流輸入4～20mA ,分辨率12bit 。
溫度量采集采用三線制溫度變送器, 輸出4 ～20mA 信號,再采集到AI775 模擬量模塊。電氣量采集選用交流采集模塊,用RS - 485 通信口實現與PCC 的通信。
4 結論
采用B&R 2005 PCC 實現調相機的控制在技術上具有一定的先進性、開放性、通用性、可擴展性。系統經過現場運行,完全能夠滿足設計的要求,保證系統安全可靠的運行。
參考文獻
1 曾南超. 葛上直流輸電工程的控制和保護概述. 電網技術,1989(4)
2 貝加萊工業自動化(上海) 有限公司. 貝加萊工業自動化可編程計算機控制技術培訓手冊. 1999
