基于工控工作站的新一代VQC自动装置剖析

基于工控工作站的新一代VQC自动装置剖析摘要维持电力系统的电压在允许的范围内变动，对保障电力负荷的正常运行和系统自身的安全至关重要，而电压水平则是与无功功率的平衡密切相关，控制无功补偿的电容器投切，可以改变网络无功功率分布，改善功率因素，减少网损和电压损耗，本文介绍一种新型的基于工控工作站的电压和无功自动调节装置。关键词：电力系统电压和无功自动调节VQC自动装置控制策略一、前言维持电力系统的电压在允许的范围内变动，对保障电力负荷的正常运行和系统自身的安全至关重要，而电压水平则是与无功功率的平衡密切相关，控制无功补偿的电容器投切，可以改变网络无功功率分布，改善功率因素，减少网损和电压损耗，对此要求电力系统的无功尽量的保证就地平衡。以前的控制手段是手动调节，随着电力自动化程度的提高，现在使用较为普遍的是由微处理器构成的自动调节装置来完成，该类型的装置在手动的调节上有了进步，但它仍有着以下主要缺陷：1、控制方式有限，在有限的方式外不能根据具体的要求设定。2、针对不同的系统、不同的要求自适应性欠佳，功能的增加需软硬件的双层增加。3、可视信息量少。随着电力网络的不断发展，对调节装置的自动化程度的要求越来越高、调节方式的要求越来越灵活。一种新型的基于工控工作站的电压和无功自动调节装置（以下简称VQC自动装置），在以上的问题上得到了很好的解决，它主要具有以下特点：1、结构简单，主要由工控工作站、接口机箱和打印机构成。2、软件采用面向对象技术和模块化设计，向用户提供了最优的人机界面。3、功能的程序化程度高，控制方式和功能的实现灵活，维护方便。4、采用了先进的接线识别技术用于变电站运行方式的自动识别，使装置可以适应变电站各个电压等级各种主接线形式的需要。5、屏幕操作功能强，在屏幕上能进行主变的调档、电容器的投切、开关的手动设置、闭锁和解除闭锁等操作。6、可视信息量大，在屏幕上有实时的各母线电压、主变高压侧的电流、主变的无功、功率因素、主变档位、各断路器及刀闸的状态（合上、断开）、主变和电容器的运行状态（运行、停运、闭锁、检修）、主变运行区域、实时动作和闭锁信息；点击电压和无功表计可观察电量的日变化曲线；通过菜单可查看和打印历史动作和闭锁信息。7、具有仿真功能，在不加任何外部交流量和开关量的情况下，通过键盘和鼠标建立系统的仿真模型进行各种试验，试验中没有出口，可以通过电量和设备状态的模拟变化，观察系统的所有动作过程。8、较完备的自检自恢复功能，当出现异常时能及时报警，当系统受到干扰时，能自行恢复。9、具有谐波监测功能，当投入电容器引起谐波放大时，可切除所投电容器，消除谐振现象。3.1工作原理3.1.1原理框图VQC自动装置由工控工作站，模拟量输入和开关量输入输出接口箱、打印机等外部设备，组成了一个多输入多输出的闭环自动控制系统，如图1所示。装置通过接口检测中压侧和低压侧母线开关状态、电压和变压器无功，对运行方式和运行区域进行识别和处理，当检测到电压和（或）无功越限，经过一定延时后即发出控制命令，调节变压器分接头和（或）投切电容器，将电压和无功控制在给定范围之内。3.1.2接线识别（1）运行状态识别对于双卷变的变电站，当高压侧和低压侧与母线均有连通时为变压器“运行”状态，当高压侧或低压侧与母线无连通时为变压器“停运”状态。对于三卷变的变电站，当中压侧或低压侧与母线有连通时为变压器“运行”状态，当中压侧和低压侧与母线均无连通时为变压器“停运”状态。（2）运行方式识别对于双卷变的变电站，当低压侧母线之间有连通时为变压器“并联”运行方式，当低压侧母线之间无连通时为变压器“独立”运行方式。对于三卷变的变电站，当中压侧或低压侧母线之间有连通时为变压器“并联”运行方式，当中压侧和低压侧母线之间均无连通时为变压器“独立”运行方式。（3）运行区域识别对于双卷变的变电站，以高压侧判无功，以低压侧判电压。对于三卷变的变电站，以高压侧判无功，以目标侧判电压。双卷变的变电站，目标侧为低压侧。三卷变的变电站，目标侧为中压侧或低压侧可由用户设定。3.1.3目标侧的控制变电站运行状态可分为九个大区域和两个小区域，如图2所示。图中纵坐标为目标侧电压U，横坐标为变压器无功Q。＋U表示目标电压的上限；－U表示目标电压的下限。＋Q表示无功上限，系统向变电站输送无功（无功不足，COSΦ滞后）；－Q表示无功下限，变电站向系统倒送无功（无功过剩，COSΦ超前）。整个平面由以下四条直线，即＋U、－U、＋Q、－Q分为九个大区域。中间0区为电压和无功均合格区，其余八个区为控制区。装置默认的控制策略[1]如表1所示。9区和10区为防振区，一般不加控制。－1区为电压越极限区，此时闭锁变压器和电容器的所有控制指令。表1装置默认控制策略以上控制策略是最基本的，用户亦可根据实际需要自己设定。装置的目标电压上下限和无功上下限不是固定不变的，它每天可分成若干段，每段的起止时间和电压无功上下限均可任意设定。3.1.4辅助侧的控制对于三级电压的变电站，先对目标电压侧采取九区图控制策略，当目标侧母线电压、无功都处于正常区域后，才转而对另一侧电压进行辅助控制。若辅助侧电压越限，就充分利用并联补偿电容器的作用，尽可能把辅助侧的电压也控制合格范围内，辅助侧按电压上下限仅进行电容器投切控制。辅助侧电压越上限时切相应母线的一组电容器，辅助侧电压越下限时投相应母线的一组电容器。中压侧为目标侧还是低压侧为目标侧可根据用户需要设定。3.1.5电容器投切优先级先按平衡原则选择母线，同一条母线下可选择按默认轮换方式或按优先级设置方式选择电容器。3.1.6全面的闭锁和报警功能[2]（1）母线电压越极限时（此时运行区域判定为－1区），闭锁相关变压器和电容器的控制指令，发报警信号。电压恢复正常时自动延时解除闭锁和报警。（2）变压器过流时闭锁该变压器的调档指令，发报警信号。电流恢复正常时自动延时解除闭锁和报警。（3）并联母线压差越限时闭锁相关变压器和电容器的控制指令，发报警信号。压差恢复正常时自动延时解除闭锁和报警。（4）变压器保护或电容器保护动作时闭锁该对象的控制指令，发报警信号。直至该对象重新投运时自动延时解除闭锁和报警，保护闭锁亦可手工解除。（5）变压器档位达极限（档位上下限）时，闭锁该变压器在该方向的调档指令，直至该变压器出现反向调档时解除闭锁。（6）变压器调档拒动或电容器投切拒动时，闭锁该对象的控制指令，发报警信号。闭锁和报警需手工解除。（7）变压器出现外部手动调档时，闭锁该变压器的调档指令，发报警信号。闭锁和报警需手工解除。（8）并联运行的变压器档位不一致时，闭锁该变压器及与其并联变压器的调档指令，发报警信号。闭锁和报警需手工解除。（9）变压器出现连调故障（同方向连调次数达极限）时，闭锁该变压器在同一方向的调档指令，直至该变压器出现反向调档时解除闭锁。（10）变压器日动作次数越限时，闭锁该变压器的调档指令，次日自动解除闭锁。（11）低压侧母线3Uo越限时，闭锁该段母线上电容器的投切指令，发报警信号。当3U0正常时自动延时解除闭锁和报警。（12）电容器外部断开时，闭锁该电容器的投切指令，发报警信号。电容器重新投入时自动延时解除闭锁和报警。该闭锁亦可手工解除。（13）电容器投入引起3次、5次或7次谐波放大时，切除该电容器并闭锁其投入指令，发报警信号。闭锁和报警需手工解除。（14）装置自检异常时闭锁所有设备的控制指令，发报警信号。闭锁和报警需手工解除。（15）变压器停运时闭锁该变压器和相关电容器的控制指令，变压器投运时自动解除闭锁。（16）变压器无档位或空档位时（此时档位显示为0档），闭锁该变压器的调档指令，发报警信号。闭锁和报警需手工解除。（17）变压器出现滑档故障时，急停并闭锁该变压器的调档指令，发报警信号。闭锁和报警需手工解除。（18）低压侧母线电压不合格，但又不可调时发越限报警信号，电压恢复正常时自动解除报警。3.2定值设置注意事项1、关于防振区：防振区是在VQC控制九区图中位于2区与3区之间和6区与7区之间的两个小区域，它是为了防止系统发生振荡而设置的。由于VQC的控制手段主要是升降档和投切电容，这种控制必须是稳定和可靠的，如果控制动作不稳定或者发生振荡就可能引起严重的后果。为了防止这种情况的发生，必须设置一个防振区。在这个区域内不应该有任何具体的动作，防振区电压的设置必须有一定的宽度才能防止系统振荡的。2、关于无功上下限：由于一般3区是投电容器，7区是切电容器，所以如果无功上下限之差小于一组电容器的容量也会引发系统振荡。3、关于辅助侧的控制：对于三卷变的变电站，由于同时存在目标侧和辅助侧，目标侧按九区图进行变压器升降档和电容器投切控制，辅助侧按电压上下限仅进行电容器投切控制。当目标侧不合格时对目标侧进行控制，当目标侧合格而辅助侧不合格时对辅助侧进行控制。假设目标侧运行在3区，辅助侧电压越上限，这时系统先根据目标侧进行投电容器控制，目标侧转移到0区后，系统又根据辅助侧进行切电容器控制。切电容器以后无功出现不足，目标侧又进入3区投电容器，这样就可能出现电容器频繁投切现象。出现这种情况必须通过适当放宽无功上下限来解决。4、关于档位校验时间:档位校验时间是用于调档操作指令发出后,判别调档是否正确的检验周期。因为不同设备其调节到位的时间可能不一样，该时间要根据不同设备的实际情况整定。3.3现场检测项目（1）设备正常运行性检验；（2）开关量采集检验:包括110KV侧、10KV侧断路器、刀闸、主变档位；（3）模拟量采集检验:屏示数据是否与实际数据统一（在允许范围内）；（4）控制策略检验:各组设备运行在不合格区时是否动作与整定要求一致；（5）闭锁检测:在条件允许的情况下，模拟各种闭锁条件检测设备是否正常闭锁及解锁。3.4本章小结近年来国家对电力企业的经营情况的考核加重了电压的运行合格率的考量度，对于电力系统的电压允许波动范围，在《电力系统电压和无功技术导则》中明确规定：变电站中35KV和110KV母线正常时为－3％～7％，10KV母线的合格范围为10KV～10.7KV；为了维持电力系统的电压在允许的范围内变动，提高经济效益，自动化性能高的新一代基于工控工作站的VQC自动装置为电力系统提供了有力的保障。参考文献[1]历吉文等，变电所电压和无功自动调节判据的研究，中国电力，1995年，第7期。[2]变电所电压无功调节控制装置订货技术条件，中华人民共和国电力行业标准，DL/T672-1999