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同期裝置

YTTQ-20微机准同期裝置

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2018/7/19     浏覽次數:    
  1  概述

  1.1適用範圍
  YTTQ-20微机自动准同期裝置(以下简称YTTQ-20)基于双32位浮点型DSP(数字信号处理器)和高速以太网通信技术设计,按照模块化、组态灵活的方式设计,以极高的可靠性和先进的硬件平台能够充分满足各种同期应用场合的要求。它既可用于水电站、火电厂同步发电机组的快速并网,又可满足电厂、变电站实现并网自动化的要求,还可用于输电线路的快速同期合闸,功能、性能和技术指标均处于国内领先水平。

  1.2性能特點
  (1)信號處理使用TI高性能DSP,該芯片采用高性能的靜態CMOS技術,能在一個周期內完成32×32位的乘法累加運算,或者兩個16×16位的乘法累加運算;時鍾頻率最高可達150MHz即6.67ns的指令周期。雙DSP之間采用SPI通訊,保證了通訊的實時性、可靠性;
  (2)采用硬件和軟件雙重化測相差技術,保證和同期合閘的可靠性;
  (3)具有雙處理器冗余控制技術。雙處理器采用各自獨立的錄波和A/D采用通道,保證了數據的准確性和實時性,還對裝置的開關量出口進行實時監測功能,確保了控制出口的准確性;
  (4)具有兩個高性能10/100Mbps自適應以太網接口,還提供了兩個RS485接口和1個對時RS485接口;
  (5)采用了4.7寸480×272的TFT高亮真彩液晶顯示,實現了全漢化圖形交互式顯示/操作界面,顯示內容豐富,色彩逼真; 
  (6)最高支持8路對象的機組同期或線路同期;
  (7)同期過程實時顯示同期表、頻率表、電壓表,顯示直觀、逼真,符合現場人員使用習慣;
  (8)裝置可記錄32個事件信息,掉電保持;
  (9)裝置可記錄最新一次同期錄波數據,可在裝置上和後台進行顯示。

  1.3邏輯功能
  YTTQ-20邏輯功能配置如下:

序號

保護功能

1

同期捕捉

2

同頻合閘

3

無壓合閘

4

同期超時

5

待並側電壓低下限

6

待並側電壓超上限

7

待並側頻率低下限

8

待並側頻率超上限

9

自動調壓

10

自動調頻



  1.4 测量功能
  YTTQ-20能測量以下電氣參數:




序號

測量參數

測量精度

1

系統側電壓(Usa、Usb、Usc)

0.2%

2

待並側電壓(Uga、Ugb、Ugc)

0.2%

3

系統側頻率(Fs、待並側頻率(Fg

0.02Hz

4

電壓差(△U)

0.5V

5

頻率差(△F)

0.02Hz

6

相位差(△P)

7

頻率差加速度(△F/s)

0.01Hz/s



  1.5 监视功能

  ■開關量監視
  YTTQ-20支持22路外部無源接點信號輸入(詳細接線見附圖),裝置同時包括8路切換板檢測和24V開入量電源等內部檢測開入。

  ■裝置自檢
  YTTQ-20具有完善的自檢能力,當發生自檢出錯後,裝置發告警信號,並指示自檢出錯信息,自檢異常內容包括:
  ● 模拟量通道错误
  ● EEPROM读写出错
  ● 同期定值读写出错
  ● SPI通讯出错
  ● 切换板异常
  ● 以太网接口出错
  ● 开关量电源出错

  1.6控制功能

  ■同期點控制
  同期點的斷路器狀態通過輔助接點接入裝置IN08~IN16獲得,當滿足同期合閘時,裝置發和同期點斷路器操作,同時在同期不滿足同期條件時,裝置可以控制調節電壓和頻率,控制操作包括:
  ● 同期點的断路器合闸操作
  ● 升壓出口输出
  ● 降壓出口输出
  ● 升频出口输出
  ● 降频出口输出
  ● 閉锁同期裝置输出

  ■信號控制
  裝置包括中央信號和遠動信號,中央信號和遠動信號各種獨立,包括:
  ● 装置故障信号
  ● 装置閉锁同期信号
  ● 同期成功信号
  ● 同期自动调节信号

  1.7 事件记录
  YTTQ-20具有SOE事件記錄功能,可在線記錄最新發生的32條事件,並可在裝置顯示屏上顯示查看。記錄的時間分辨率小于1ms,掉電不丟失,便于分析故障原因和設備缺陷診斷。爲了給事件記錄提供高精度的時間戳,YTFB-22內置了由可充電電池供電的內部時鍾,並可接收上一級SCADA系統的通信校時和GPS對時,在裝置本地修改系統時間。

  1.8 人机接口
  ■YTTQ-20采用4.7寸480×272的TFT高亮真彩液晶,圖形和全中文顯示,色彩逼真,直觀大方。合理化的屏幕保護控制邏輯,有效延長液晶顯示屏的使用壽命,並在出現故障、告警、自檢異常時提供醒目的信號。
  ■彩屏上可顯示實時數據、模擬同期表、電壓表頻率表、事件記錄、同期設置、參數設置、裝置測試和系統信息等。
  ■8個高亮度LED指示燈,分別表示運行、告警、執行、加速、減速、升壓、降壓、同期合閘。
  ■6個操作按鍵,用于操作菜單和當地參數設置功能。
  ■1個複歸按鍵,專用于本地複歸故障、告警和同期合閘信號。

  1.9 通讯功能
  ■2個10M/100M自適應以太網和2路RS485接口,一路GPS對時RS485接口。
  ■以太網使用Modbus/TCP規約進行通信。
  ■RS485接口使用Modbus/RTU規約進行通信。

  2  技术性能及指标

  2.1 环境条件

  正常温度: -10℃~55℃
  极限温度: -30℃~70℃
  存储温度: -40℃~85℃
  相对湿度: ≤95%,不凝露
  大气压力: 80~110kPa

  2.2 工作电源
  电压范围: 220V±15%(交流或直流)(额定电压为110V的必须在定货时注明)
  正常功耗: <20W
  最大功耗: <30W
  电源跌落: 200ms
  上电冲击: 4A
  隔离耐压: 3kV

  2.3 控制电源
  额定电压: 220V(交流或直流)(额定电压为110V的必须在定货时注明)
  过载能力: 60%~120%额定电压,连续工作
  隔离耐压: 4kV

  2.4 交流电压回路
  额定电压: 100V(线电压)或100/√3(相电压)
  功率消耗: <0.5VA/每相
  过载能力: 2倍额定电压,连续工作
  隔离耐压: 4kV

  2.5 开关量输入回路
  额定电压: 24VDC(由装置内部电源提供)
  功率消耗: 2mA(IN01~IN32)
  分 辨 率: <1ms
  隔离耐压: 4kV

  2.6 继电器输出回路
  分断电压: 250VAC、220VDC
  分断功率: 1250VA交流或120W直流(电阻性负载)
  500VA交流或75W直流(電感性負載)
  工作电流: 5A,连续工作
  隔离耐压: 4kV
  动作时间: <5ms
  触点材料: 银上镶金
  电气寿命: 2,000,000次
  机械寿命: 20,000,000次

  2.7 測量精度
  电       压:   <0.5V
  频       率: <0.02Hz
  相       位: <1°
  合 闸 相 差:  <2°
  导 前 时 间:  <2ms
  频       率:  <0.02Hz

  2.8 绝缘性能
  绝缘电阻: 各电气回路之间 >500MΩ(500V兆欧表)
     各电气回路与地 >500MΩ(500V兆欧表)
  工频耐压: 各电气回路之间 2.5kV/50Hz,1Min
     各电气回路与地 2.5kV/50Hz,1Min
  冲击电压: 各电气回路之间 ±5.0kV/0.5J,1.2/50us
     各电气回路与地 ±5.0kV/0.5J,1.2/50us
  高频耐压: 各电气回路之间 2.5kV/2s
  各电气回路与地 2.5kV/2s

  2.9 电磁兼容性能
  能承受GB/T14598.14-1998(idt IEC255-22-2)标准规定的严酷等级Ⅲ的静电放电试验。
  能承受GB/T14598. 9-1995(idt IEC255-22-3)标准规定的严酷等级Ⅲ的辐射电磁场干扰试验。
  能承受GB/T14598.13-1998(idt IEC255-22-1)标准规定的严酷等级Ⅲ的1MHz脉冲群干扰试验。
  能承受GB/T14598.10-1996(idt IEC255-22-4)标准规定的严酷等级Ⅲ的快速瞬变干扰试验。
  能承受IEC1000-4-5《电磁兼容性(EMC)》第四部分:试验和测量技术 第五章冲击抗干扰性试验标准规定的严酷等级Ⅲ的浪涌冲击试验。

  2.10 机械性能
  能承受GB7261-87-16標准規定的嚴酷等級Ⅰ的振動試驗。
  能承受GB7261-87-17標准規定的嚴酷等級Ⅰ的沖擊試驗。
  能承受GB7261-87-18標准規定的嚴酷等級Ⅰ的碰撞試驗。

  3  功能及原理

  3.1 主要功能

  (1)控制DSP采用變化率控制技術進行同期過程的控制,管理DSP采用軟件相差閉鎖,從而能夠實現快速同期和穩定准確相統一,促成准同期高效和可靠實現;
  (2)在電壓差、頻率差不滿足要求的情況下,能夠發出長短不同的調節脈沖,使得待並雙方的電壓和頻率快速逼近;
  (3)在電壓差、頻率差滿足要求時能夠不斷檢測相角差,提前一恒定導前時間發出合閘脈沖,在電壓差、頻率差不滿足要求時能夠對合閘回路進行閉鎖;
  (4)能夠自動破壞同頻不同相的現象,加快同期並列過程;
  (5)能夠自動檢測並顯示斷路器的合閘時間,有利于准確設置合閘導前時間;此外,通過這一功能,可鑒別斷路器是否有故障;
  (6)准確測量並顯示待並雙方的電壓和頻率;
  (7)同期並列允許的電壓差、頻率差、相角差及調節控制參數均可由用戶設定並保存;
  (8)具备待并侧的电压和频率异常保護功能,一旦出现待并侧电压和频率超出给定的上下限范围以内时(电压和频率上下限值可根据用户要求进行整定),立即閉锁同期操作,直至电压恢复正常为止;
  (9)具備強大的事件記錄、同期錄波功能,可以保存32次故障信息,32次事件信息,最新1次錄波報告。其中信息記錄包括故障/事件的時間、操作、類型;錄波數據包括了合閘前4個周波,合閘後6個周波的詳細數據;
  (10)具備完善的自檢功能,能實時檢查裝置內部各部件的工作情況,如果發現錯誤,將會顯示相應出錯信息,指示出錯部位,並同時以接點形式輸出報警信號。裝置失電時,也以接點形式輸出失電信號;
  (11)裝置具有遠方複位信號接口,可用于中央控制台或上位機在必要時對控制器實現複位操作。

  3.2 基本原理



图1 基本原理



  3.2.1 同期分类
  按照系統的不同,同期分爲差頻和同頻。按照對象的不同,同期分爲發電機和線路。
  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、频率相近时在相差为0 度时完成并网操作。 
  同頻並網:主要是針對電網環並,考慮相角差和壓差,以免造成保護動作或系統震蕩。 
  無壓合閘:断路器两侧至少有一侧满足无压条件的合闸。 
  发电机同期:其特点是电压及频率可调。本装置采用调节控制模型精确计算调节量。发电机同期可以实现差频并网和無壓合閘。 
  线路同期:其特点是电压及频率不可调。线路同期可以实现同期捕捉、电网环并和無壓合閘。 

  3.2.2 同期捕捉
  在差頻並網時,特別是發電機對系統並網時,發電機組的轉速在調速器的作用下不斷在變化,因此發電機對系統的頻差不是常數,而是包含有一階、二階或更高階的導數。因爲電網或發電機都是很大的慣性系統,二階及以上導數可以忽略。其數學模型如下:



  其中δdq为导前角,wsi为两侧滑差,tdq为合闸导前时间。 根据以下公式不断计算导前角。并检测实时相角差δ,捕捉到δ=δdq 时,发出合闸信号。
  不难看出获得精确的合闸导前时间tdq(含中间继电器)是非常重要的,因此微机自动准同期裝置要具有实测tdq的功能。采用最小二乘法原理,根据等时距的相角差量测序列{δi},利用残差递推的方法预报同期點。这种法可以避免受到太多采样误差的影响。 

  3.2.3 同頻合閘
  同頻合閘只可能出现于线路对象。例如未解列两系统间联络线并网即同頻合閘。此时,并列点两侧频率相同,但两侧会出现一个相角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相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相角立即消失,系统潮流将重新分布。因此,同频并网的允许相角整定值取决于系统潮流重新分布后不致引起继电保护误动,或导致并列点两侧系统失步。

  3.2.4 無壓合閘
  有时待并断路器的一侧或两侧没有电压,这种情况下微机同期准同期裝置也能完成该断路器的合闸操作。当然,这种情况微机准同期裝置无需判断压差、频差、相差条件。 

  4 操作说明

  4.1 面板说明

  裝置前面板分布如圖2,各指示燈均在旁注有文字標識,並配以480*272的TFT彩色顯示界面。


图2 装置前面板分布圖



  4.1.1 装置状态指示

  裝置指示燈包括:運行燈、告警燈、執行燈、加速燈、減速燈、升壓燈、降壓燈和同期合閘燈;當裝置通電後,運行燈每1秒閃爍一次;當有告警信息和自檢出錯信息時告警燈亮,無告警和自檢出錯時,按複位鍵告警燈熄滅;裝置工作在同期捕捉狀態時,執行燈400毫秒閃爍一次;當裝置執行升頻命令時,加速燈亮;當裝置執行降頻命令時,減速燈亮;當裝置執行升壓命令時,升壓燈亮;當裝置執行降壓命令時,降壓燈亮;當裝置完成一次同期合閘時,同期合閘燈亮,裝置需要複歸才能熄滅同期合閘燈。

  4.2背板布置及端子說明

  图3为YTTQ-20微机自动准同期裝置的背面端子图;由左往右依次为电源插件,交流输入插件,通信接口插件,CPU主板插件,信号出口插件,开关量输入插件,8个对象切换出口插件。




图3 背板布置图


  4.2.1 电源插件
  YTTQ-20機箱最左邊是電源模塊插件,電源插件的端子定義見下表。電源輸入可爲交流或直流,在接線端子上方有電源開關。屏蔽地接大地。


  表 电源插件接线端子定義

端子號

端子定義

備注

1

屏蔽地

接地

2

 

 

3

220V

電源輸入+

4

220V

電源輸入-

5

 

 

6

裝置失電+

失電信號

7

裝置失電-

失電信號

8

 

 

9

 

 

10

 

 

11

 

 

12

 



  4.2.2 交流输入插件
  YTTQ-20机箱最左边第二个插件是交流输入插件,交流输入插件的端子定義见下表。系統電壓輸入接同期點操作插件板的系統電壓輸出;待并侧电压输入接同期點操作插件板的待并侧电压输出;电压可以接单相和三相,也可以接线电压和相电压;如果接单相相电压或线电压,系统电压接1、4端子,发电机电压接6、9端子。


  表 交流输入接线端子定義

端子號

端子定義

備注

1

Us+

系統電壓輸入

2

 

 

3

 

 

4

Us-

 

5

 

 

6

Ug+

發電機電壓輸入

7

 

 

8

 

 

9

Ug-

 

10

 

 

11

 

 

12

 


  4.2.3 通信接口插件
  YTTQ-20机箱最左边第三个插件是通信接口插件,通信接口插件的端子定義见下表。通信接口实现装置人机交互,通讯传输,数据处理,记录追忆等功能;包括2个常规RS485口,一个對時RS485口,2路10M/100M自适应以太网口。


  表 通信插件接线端子定義

端子號

端子定義

備注

1

485A+

485A接口

2

485A-

3

485A_GND

4

485B+

485B接口

5

485B-

6

485B_GND

7

對時485+

對時485接口

8

對時485-

9

對時485_GND

10

 

 

11

 

 

12

 


  4.2.4 CPU主板插件

  YTTQ-20機箱最左邊第四個插件是CPU主板插件,CPU主板插件無對外引出端子。CPU主板實現裝置低通濾波,數據采集,頻率和相位計算,同期邏輯處理,同期合閘及調節出口控制等功能。


  4.2.5 信号出口插件

  YTTQ-20机箱最左边第五个插件是信号出口插件,信号出口插件的端子定義见下表。信号出口实现装置中央信號、遠動信號和閉锁其他同期裝置信号等功能。


  表 信号出口插件接线端子定義

端子號

端子定義

備注

1

裝置閉鎖中央信號

中央信號

2

装置告警中央信號

3

自动调节中央信號

4

同期输出中央信號

5

备用中央信號

6

中央信號公共端

7

 

 

8

裝置閉鎖遠動信號

遠動信號

9

装置告警遠動信號

10

自动调节遠動信號

11

同期输出遠動信號

12

备用遠動信號

13

遠動信號公共端

14

 

 

15

閉鎖輸出1+

閉锁其他同期裝置工作1

16

閉鎖輸出1-

17

 

 

18

閉鎖輸出2+

閉锁其他同期裝置工作2

19

閉鎖輸出2-

20

 

 

21

 

 

22

 


  4.2.6 开关量输入插件

  YTTQ-20机箱最左边第六个插件是开关量输入插件,开关量输入插件的端子定義见下表。开关量输入实现同期點選擇,同期點断路器状态,信號複歸,装置检修投入,閉锁同期工作等状态量监测。


  表 开关量输入插件接线端子定義

端子號

端子定義

備注

1

同期點1選擇

閉合表示同期點投入

2

同期點2選擇

閉合表示同期點投入

3

同期點3選擇

閉合表示同期點投入

4

同期點4選擇

閉合表示同期點投入

5

同期點5選擇

閉合表示同期點投入

6

同期點6選擇

閉合表示同期點投入

7

同期點7選擇

閉合表示同期點投入

8

同期點8選擇

閉合表示同期點投入

9

同期點1開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

10

同期點2開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

11

同期點3開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

12

同期點4開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

13

同期點5開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

14

同期點6開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

15

同期點7開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

16

同期點8開關狀態

閉合表示同期點断路器合闸

17

信號複歸

合表示有複歸信號,複歸信號和繼電器

18

同期閉锁

 

19

同期就地啓動信號

 

20

就地/遥控選擇

 

21

備用信號輸入1

 

22

開關量公共端

  4.2.7 同期點操作插件
  YTTQ-20机箱最左边第七至十四个插件是同期點操作插件,同期點操作插件的端子定義见下表。同期點操作插件实现系统侧和待并侧输入切换输出,调频出口,调压出口,同期點断路器合閘出口等功能。
  表 同期點操作插件接线端子定義

端子號

端子定義

備注

1

Us+

系統電壓輸入

2

Us-

3

Us+

系統電壓輸出

4

Us-

5

 

 

6

Ug+

對象側電壓輸入

7

Ug-

8

Ug+

對象側電壓輸出

9

Ug-

10

 

 

11

升壓出口+

升壓出口

12

升壓出口-

13

降壓出口+

降壓出口

14

降壓出口-

15

增速出口+

增速出口

16

增速出口-

17

減速出口+

減速出口

18

減速出口-

19

合閘出口+

合閘出口

20

合閘出口-

21

備用出口+

備用出口

22

備用出口-


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