摘 要 以嵊泗直流輸電工程為例介紹了高壓直流輸電中采用可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)相機(jī)自動(dòng)控制的方法。首先簡述了直流輸電的優(yōu)點(diǎn)和工程概況；然后具體講述系統(tǒng)控制流程并給出相應(yīng)的流程圖；最后結(jié)合B&R 公司2005 系列產(chǎn)品介紹控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成、各模塊的配置,體現(xiàn)了系統(tǒng)在技術(shù)上具有一定的先進(jìn)性、開放性、通用性及可擴(kuò)展性。
關(guān)鍵詞 控制 調(diào)相機(jī) 直流輸電 可編程計(jì)算機(jī)控制器
1 概述
直流輸電損耗小、線路走廊小、聯(lián)網(wǎng)靈活、運(yùn)行穩(wěn)定可靠,是當(dāng)今世界上先進(jìn)國家遠(yuǎn)距離輸電以及異頻網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)的重要輸電方式。它與交流輸電并存,互為補(bǔ)充,各揚(yáng)所長。運(yùn)用直流輸電可以提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)性能、運(yùn)行可靠性和調(diào)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(jià)低、線損少、能快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)功率、故障恢復(fù)快、故障過流小、線路不消耗無功等優(yōu)點(diǎn),已成為遠(yuǎn)距離、大功率輸電的重要方法
之一。
目前,國內(nèi)外采用直流輸電方式實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)、制造和施工的第2個(gè)直流輸電工程項(xiàng)目。工程將在上海南匯蘆潮港和嵊泗島建2 個(gè)換流站,2個(gè)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(diào)相機(jī)設(shè)備,每臺(tái)調(diào)相機(jī)30MVA。B&R 公司的可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC) 具有模塊化結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)性好、多任務(wù)分時(shí)操作等特點(diǎn),比較適合調(diào)相機(jī)的控制。下面詳細(xì)介紹系統(tǒng)流程及原理。
2 系統(tǒng)控制流程
系統(tǒng)包括調(diào)相機(jī),起動(dòng)電機(jī),勵(lì)磁系統(tǒng),空氣冷卻、潤滑油系統(tǒng),循環(huán)水泵,交流油泵,直流油泵,頂軸油泵,排水泵等。下面介紹調(diào)相機(jī)啟停流程。調(diào)相機(jī)系統(tǒng)圖如圖1 所示。
圖1 調(diào)相機(jī)系統(tǒng)圖
2. 1 正常程序起動(dòng)
調(diào)相機(jī)正常啟動(dòng)采用PCC 程序控制。調(diào)相機(jī)開機(jī)流程如圖2 所示。
圖2 調(diào)相機(jī)開機(jī)流程
?、?啟動(dòng)潤滑油泵、頂軸油泵,使?jié)櫥蛪哼_(dá)到額定值;啟動(dòng)循環(huán)水泵,啟動(dòng)頻敏變阻器風(fēng)機(jī);將交流油泵、直流油泵、循環(huán)水泵甲、循環(huán)水泵乙的程控開關(guān)打到程控位置；
② 在調(diào)相機(jī)啟動(dòng)準(zhǔn)備就緒后,將1DL (調(diào)相機(jī)斷路器) 、MK(滅磁開關(guān)) 、2DL(啟動(dòng)電機(jī)斷路器) 、3DL(勵(lì)磁變斷路器) 、G(頻敏電阻) 、1C(短接開關(guān)) 、2C(轉(zhuǎn)子同步化勵(lì)磁開關(guān)) 的控制選擇開關(guān)置于程控位置,程控開關(guān)DK置于啟動(dòng)位置；
?、?工作勵(lì)磁變3DL 合閘,合同步化勵(lì)磁電源開關(guān)ZK,頻敏電阻接入( G合閘) ,轉(zhuǎn)子短接開關(guān)退出(斷開1C) ；
?、?合2DL ,調(diào)相機(jī)啟動(dòng)電機(jī)起動(dòng),合整流柜風(fēng)機(jī)；
?、?啟動(dòng)電機(jī)達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子短接開關(guān)短接,頻敏電阻退出(合上1C ,斷開G) ;
?、?經(jīng)3min 延時(shí),啟動(dòng)電機(jī)達(dá)到異步額定轉(zhuǎn)速后,轉(zhuǎn)子同步化勵(lì)磁開關(guān)接入,轉(zhuǎn)子短接開關(guān)退出(先合2C ,后斷1C) ,同步勵(lì)磁裝置投勵(lì),以1. 2 倍強(qiáng)勵(lì)電流勵(lì)磁,經(jīng)10s 延時(shí),啟動(dòng)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速,這時(shí)同軸的調(diào)相機(jī)也達(dá)到同步轉(zhuǎn)速；
?、?調(diào)相機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后,合滅磁開關(guān)MK,調(diào)節(jié)勵(lì)磁使調(diào)相機(jī)電壓升到額定值,投入同期裝置,待同期鑒定后自動(dòng)或手動(dòng)合調(diào)相機(jī)開關(guān)1DL ,調(diào)相機(jī)并網(wǎng)后,將控制開關(guān)轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)位置；
?、?斷開啟動(dòng)電機(jī)開關(guān)2DL ,斷開同步化勵(lì)磁電源開關(guān)ZK,轉(zhuǎn)子短接開關(guān)短接, (合1C) ,并斷開轉(zhuǎn)子同步化勵(lì)磁開關(guān)(跳2C) ,手動(dòng)停頻敏電阻柜風(fēng)機(jī)。拖動(dòng)電機(jī)停機(jī)流程如圖3 所示。
2. 2 正常停機(jī)
停機(jī)準(zhǔn)備就緒后,減調(diào)相機(jī)勵(lì)磁電流至空載額定勵(lì)磁電流,控制選擇開關(guān)置于程控位置,程控開關(guān)DK置于啟動(dòng)位置;然后由后臺(tái)機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)控制屏發(fā)出停機(jī)命令;跳開關(guān)1DL(調(diào)相機(jī)斷路器) ,跳滅磁開關(guān)MK,跳勵(lì)磁變開關(guān)3DL ,待調(diào)相機(jī)惰走結(jié)束(約45min) ,手動(dòng)跳開油、水泵。調(diào)相機(jī)停機(jī)流程如圖4 所示。
圖3 調(diào)相機(jī)停機(jī)流程
圖4 拖動(dòng)電機(jī)停機(jī)流程
2. 3 調(diào)相機(jī)手動(dòng)啟、停為就地操作
操作步驟同程控。
2. 4 調(diào)相機(jī)的快速再起動(dòng)
直流輸電系統(tǒng)故障使調(diào)相機(jī)與系統(tǒng)解列,當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常后若需快速再啟動(dòng)調(diào)相機(jī),這時(shí)調(diào)相機(jī)還在惰走,啟動(dòng)頻敏電阻柜風(fēng)機(jī),接入頻敏電阻后,合2DL開關(guān),啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行,隨后重復(fù)正常啟動(dòng)的⑤, ⑥, ⑦, ⑧程序,使調(diào)相機(jī)再次并網(wǎng)。
3 控制原理及特點(diǎn)
由于調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)及在直流輸電系統(tǒng)中的重要性,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),經(jīng)過反復(fù)的研究討論和比較,決定采用B&R 公司PCC 實(shí)現(xiàn)調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控。
3. 1 系統(tǒng)特點(diǎn)
?、?高可靠性 系統(tǒng)特定的環(huán)境和條件要求自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)有較高的可靠性。但從根本上講,系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量得到保證。B&R 公司PCC 產(chǎn)品從各項(xiàng)指標(biāo)上完全可以達(dá)到系統(tǒng)的要求。
?、?開放性和兼容性 支持多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,可以很方便地實(shí)現(xiàn)與其它產(chǎn)品的兼容性問題。除支持CANbus ,ETHERNET,PROFIbus 等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場(chǎng)總線外,還提供一個(gè)楨驅(qū)動(dòng)器(frame driver) 工具,方便地解決串口通信問題。
?、?多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng) 可以將整個(gè)任務(wù)分成數(shù)個(gè)具有不同優(yōu)先權(quán)的任務(wù)等級(jí)(task class) 。其中,優(yōu)先權(quán)高的任務(wù)等級(jí),有著較短的巡回掃描周期,而且每個(gè)任務(wù)等級(jí)可包括多個(gè)具體任務(wù),在這些任務(wù)中間可再細(xì)分其優(yōu)先權(quán)的高低。這樣一個(gè)操作系統(tǒng)中可以將比較重要的任務(wù)定義得任務(wù)等級(jí)高一些,如中斷任務(wù)等;而一些較一般的任務(wù),可以定義得任務(wù)等級(jí)低一些,如結(jié)果處理任務(wù)等。這樣整個(gè)控制系統(tǒng)便得到了優(yōu)化,具有較好的實(shí)時(shí)性。
?、?編程語言高級(jí)化 梯形圖和指令表這兩種編程方式是比較常見和習(xí)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(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)。在高級(jí)語言技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟的今天,一個(gè)復(fù)雜的控制思想僅用梯形圖和指令表來表述實(shí)在是一件憾事,因?yàn)楦呒?jí)語言(如C 語言,PASCAL ,FORTRAN 等) 畢竟可以很方便地描述一個(gè)復(fù)雜的思想。
?、?較大的應(yīng)用程序存儲(chǔ)空間 較高的系統(tǒng)分析計(jì)算能力當(dāng)然要求有足夠的程序存儲(chǔ)空間。同時(shí),足夠的程序存儲(chǔ)空間是系統(tǒng)具備較強(qiáng)數(shù)據(jù)塊處理能力的先決條件,也說明了其硬件系統(tǒng)的先進(jìn)性。B&R 公司PCC 的內(nèi)存容量為100KB～16MB。
?、?可擴(kuò)展性 系統(tǒng)的擴(kuò)展一般分為當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展、遠(yuǎn)程擴(kuò)展和組網(wǎng)。在判斷一個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展能力時(shí),一般有兩個(gè)判據(jù):第一,在一個(gè)CPU 下可以擴(kuò)展的I/ O 點(diǎn)數(shù);第二,能支持多少種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如PROFIBUS ,ETH-ERNET,CAN ,MODBUS. . . ) 。PCC 在硬件及軟件上具備模塊化結(jié)構(gòu),還有多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng)的支持,從而使系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。
3. 2 系統(tǒng)原理圖(見圖5)
3. 3 系統(tǒng)組成
可編程計(jì)算機(jī)控制器( PCC) 具有模塊化結(jié)構(gòu),下面簡要介紹B&R 2005 系列各模塊的配置:
?、?nbsp;BP151 :12 槽底板。
圖5 系統(tǒng)原理圖
?、?IF260 :可編程模塊處理器CPU ,850KB RRAM,512KB FLASH PROM,1個(gè)接口卡插入槽。
?、?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(shí)現(xiàn)與后臺(tái)或其它設(shè)備的通信。
④ PS477 :電源24V ,d. c. ,50W,帶擴(kuò)展從站。
⑤ DI475 :16 個(gè)數(shù)字量輸入模塊,24V ,d. c. ,10ms開關(guān)延時(shí)。
?、?DO650 :16 個(gè)數(shù)字量輸出模塊,24V ,d. c. ,2A。
?、?AI775 :8 個(gè)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(hào),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(shí)現(xiàn)與PCC 的通信。
4 結(jié)論
采用B&R 2005 PCC 實(shí)現(xiàn)調(diào)相機(jī)的控制在技術(shù)上具有一定的先進(jìn)性、開放性、通用性、可擴(kuò)展性。系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行,完全能夠滿足設(shè)計(jì)的要求,保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
1 曾南超. 葛上直流輸電工程的控制和保護(hù)概述. 電網(wǎng)技術(shù),1989(4)
2 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(上海) 有限公司. 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化可編程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)培訓(xùn)手冊(cè). 1999
作者：李慶軍（男,1966 年生,高級(jí)工程師;主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化方面的研究工作。） 金曉陽 陶學(xué)軍 劉軍偉 陳 光
(許昌繼電器研究所,河南許昌 461000)