一种抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁系统与方法
技术领域
本发明涉及抽水蓄能机组控制研究领域,特别涉及一种抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁系统与方法。
背景技术
抽水蓄能机组抽水调相工况启动主要有两种方式,一种是采用静止变频器拖动启动,一种是采用另一台机组作为拖动机背靠背拖动启动。
图1所示为现有技术中背靠背拖动抽水调相工况启动电气连接示意图,在背靠背拖动抽水调相启动升速前,被拖动机的抽水方向换相刀闸15、启动刀闸11、中性点刀闸19、励磁交流进线开关18、灭磁开关16须在合闸位置,发电方向换相刀闸14、拖动刀闸12和GCB13须在分闸位置,励磁装置17设置在励磁交流进线开关18和灭磁开关16之间;拖动机的GCB4、拖动刀闸7、励磁交流进线开关1、灭磁开关3须在合闸位置,发电方向换相刀闸5、抽水方向换相刀闸6、启动刀闸8、中性点刀闸9须在分闸位置,励磁装置2设置在励磁交流进线开关1和灭磁开关3之间;如果被拖动机和拖动机之间有启动母线联络刀闸10进行隔断,启动母线联络刀闸10也须在合闸位置。在图1中,拖动机逐步升速发出的变频电流通过拖动机GCB4、拖动机拖动刀闸7、启动母线联络刀闸10、被拖动机启动刀闸11和虚线所示的启动母线输送给被拖动机,使被拖动机产生变频的旋转磁场拉动转子逐步升速。
在背靠背两台机组刚刚开始升速时,启动母线上的电流频率很低,近似于直流,而GCB一般只对高频交流电有灭弧分断能力。由于拖动机GCB在升速前已经合闸,如果在机组刚开始升速时背靠背机组发生跳闸事故,若GCB直接分闸,它所承载的低频电流将会将其烧损。为了保证GCB设备安全,在两台机组背靠背拖动启动时,有必要对拖动机GCB采取低频闭锁分闸的措施。
要实现拖动机GCB低频闭锁分闸功能,传统回路设计如图2所示。
在图2中,由测速装置送出“0<转速<90%”触点信号,该触点信号为1时将J1继电器励磁,使得GCB两个分闸回路上的J2、J3常闭触点断开,从而闭锁GCB分闸。
该回路实现方式简单,但存在以下几点不足:
1、该回路采用单稳态继电器,如果继电器线圈损坏或失电,GCB分闸闭锁功能将失效,存在背靠背机组低转速跳闸使GCB烧损的风险;
2、该回路单纯采用机组转速信号去闭锁GCB分闸回路,如果机组零转速信号判断存在误差,有可能出现机组开始转动但测速装置判断转速仍为零的情况,此时GCB分闸回路仍导通,也存在背靠背机组低转速跳闸使GCB烧损的风险;
3、该回路单纯采用机组转速信号去闭锁GCB分闸回路,使得机组在低转速跳闸后要一直等到转速为零后才能恢复GCB分闸功能,影响了其它如启动刀闸、拖动刀闸、换相刀闸等设备的分闸操作;
4、该回路未区分背靠背拖动机模式和其它运行模式,使得机组在任何工况启动时,GCB分闸回路均会出现导通和断开状态,动作频率过高,有可能造成GCB正常分闸回路失效,存在机组并网停机时无法断开GCB进而联跳线路开关影响电网安全运行的风险。
为此,寻找一种既能解决以上几点不足,又能实现背靠背拖动过程中拖动机在低转速状态跳闸时GCB分闸闭锁功能的抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁系统与方法,具有重要研究意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁系统与方法,本发明既能实现背靠背拖动机低转速时GCB分闸闭锁、在机组达到高转速状态或背靠背机组跳闸使两台机组励磁退出后GCB分闸解锁功能,又能在GCB分闸闭锁功能和分闸功能失效时及时采取必要措施保护设备安全。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:一种抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁系统,包括:
GCB分闸闭锁及解锁判断模块,用于判断GCB分闸回路是否需要被闭锁或解锁,并分别向GCB分闸回路异常判断及保护模块和GCB分闸闭锁及解锁执行模块发出GCB分闸回路断开或闭合命令;
GCB分闸回路异常判断及保护模块,用于接收从GCB分闸闭锁及解锁判断模块发送过来的GCB分闸回路断开或闭合命令,接收从GCB分闸闭锁及解锁执行模块发送过来的GCB分闸回路通断状态信号,综合判断GCB分闸闭锁功能和分闸功能是否失效,并采取对应的安全保护措施;
GCB分闸闭锁及解锁执行模块,用于接收从GCB分闸闭锁及解锁判断模块发送过来的GCB分闸回路断开或闭合命令,执行GCB分闸闭锁及解锁操作,并向GCB分闸回路异常判断及保护模块反馈GCB分闸回路通断状态。
优选的,所述GCB分闸闭锁及解锁判断模块和GCB分闸回路异常判断及保护模块由可编程序控制器(PLC)编程实现,所述GCB分闸闭锁及解锁执行模块由继电器硬布线回路实现。
优选的,GCB分闸闭锁及解锁判断模块判断策略为:当拖动机启动流程发出合上GCB命令,或者同时满足机组转速低于预设值、未得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号、GCB在合闸位置三个条件时,发出GCB分闸回路断开命令;当机组转速不小于预设值,或者机组跳闸流程在执行中且得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号时,发出GCB分闸回路闭合命令。
更进一步的,“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号判断策略为:当本机在背靠背拖动机模式时,若本机灭磁开关或励磁交流进线开关在分闸位置,且收到被拖动机灭磁开关或励磁交流进线开关在分闸位置,得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号。
优选的,GCB分闸回路异常判断及保护模块判断策略为:设置GCB分闸回路断开状态监视标志位,当接收到GCB分闸回路断开命令信号为1时,置位GCB分闸回路断开状态监视标志位为1;当接收到GCB分闸回路闭合命令信号为1时,复位GCB分闸回路断开状态监视标志位为0。在GCB分闸回路断开状态监视标志位为1时,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在断开位置反馈信号,则发出报警并执行机组跳闸操作;在GCB分闸回路断开状态监视标志位为0时,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在导通状态反馈信号,则发出报警并使机组开机条件不满足以闭锁机组启动。
优选的,GCB分闸闭锁及解锁执行模块包括一个GCB分闸回路闭合命令继电器、一个GCB分闸回路断开命令继电器、一个GCB分闸回路通断执行继电器、若干构成回路所必需的二次线缆。
所述GCB分闸回路闭合命令继电器为单稳态继电器,至少包括一对辅助触点,该触点以常开形式串入到GCB分闸回路通断执行继电器复位回路中;
所述GCB分闸回路断开命令继电器为单稳态继电器,至少包括一对辅助触点,该触点以常开形式串入到GCB分闸回路通断执行继电器置位回路中;
所述GCB分闸回路通断执行继电器为双稳态继电器,至少包括三对辅助触点,其中两对触点以常闭形式分别串入到GCB两个分闸回路中,一对触点以常开形式接入到PLC开关量输入模块中。
具体的,所述GCB分闸闭锁及解锁执行模块用于:当GCB分闸回路闭合命令继电器励磁时,其常开触点励磁使GCB分闸回路通断执行继电器复位回路导通,GCB分闸回路通断执行继电器复位线圈励磁,GCB分闸回路中的两对常闭触点保持在闭合状态使GCB分闸回路导通,同时接入PLC开关量输入模块的一对常开触点保持在断开状态,向监控系统发送GCB分闸回路已导通状态信号;当GCB分闸回路断开命令继电器励磁时,其常开触点励磁使GCB分闸回路通断执行继电器置位回路导通,GCB分闸回路通断执行继电器置位线圈励磁,GCB分闸回路中的两对常闭触点断开使GCB分闸回路断开,同时接入PLC开关量输入模块的一对常开触点闭合,向监控系统发送GCB分闸回路已断开状态信号。
一种抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁方法,包括步骤:
在机组任何工况启动流程开始前,先检测GCB分闸回路通断状态,若一定时间内未接收到GCB分闸回路在导通状态反馈信号,则发出GCB分闸回路异常报警并使机组开机条件不满足以闭锁机组启动;
机组开始执行启动流程后,如果机组执行非背靠背拖动机启动流程,禁止执行GCB分闸闭锁及解锁操作;
如果机组执行背靠背拖动机启动流程,则在启动流程执行合上机组GCB操作时,发出GCB分闸回路断开命令,执行GCB分闸闭锁操作,禁止GCB分闸,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在断开状态反馈信号,则发出跳闸信号执行机组跳闸操作;
机组开始升速,在背靠背拖动机升速至不低于预设值时,发出GCB分闸回路闭合命令,执行GCB分闸解锁操作,允许GCB分闸,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在导通状态反馈信号,则发出GCB分闸回路异常报警;
在背靠背拖动机降速至低于预设值时,若未得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号,且GCB仍在合闸位置,则重新发出GCB分闸回路断开命令,执行GCB分闸闭锁操作,禁止GCB分闸;
如果背靠背拖动机在转速低于预设值时发生跳闸事故,在得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号后,发出GCB分闸回路闭合命令,执行GCB分闸解锁操作,允许GCB分闸。
优选的,所述“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号判断策略为:当本机为背靠背拖动机模式,同时本机灭磁开关在分闸位置或励磁交流进线开关在分闸位置,并收到被拖动机灭磁开关在分闸位置或励磁交流进线开关在分闸位置时,得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号。
本发明与现有技术相比,不单纯采用机组转速信号去闭锁和解锁GCB分闸回路,而是采用了机组转速、背靠背拖动流程命令、GCB和励磁相关开关位置信号等综合判断后再执行闭锁和解锁GCB分闸回路,具有如下优点和有益效果:
1、本发明无需等待机组零转速信号消失,而是提前在背靠背拖动流程合GCB命令发出时即闭锁GCB分闸回路,避免了因机组零转速信号判断存在误差使得GCB分闸回路闭锁失效,导致机组GCB在低转速跳闸时烧损的风险。
2、本发明在背靠背机组低转速跳闸后,只要背靠背两台机组的励磁装置均已退出即可断开拖动机GCB,而无需等到机组转速降为零后再断开GCB,既提高了GCB分闸的安全性,又加快了跳闸流程的设备操作执行速度。
3、本发明中GCB分闸回路通断执行继电器采用了双稳态继电器,有效降低了因继电器线圈损坏或失电使GCB分闸闭锁功能失效,导致机组GCB在低转速跳闸时烧损的风险。
4、本发明增加了对GCB分闸回路状态监视和异常保护功能,能有效降低GCB分闸闭锁功能和分闸功能失效所带来的设备和电网安全风险。
5、本发明只在背靠背拖动机模式时才对GCB分闸回路执行通断操作,在其它工况启动及运行过程中均保持GCB分闸功能正常,避免了GCB分闸回路频繁通断的情况发生。
附图说明
图1是现有技术中背靠背拖动抽水调相工况启动电气连接示意图。
图2是现有技术中抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁回路示意图。
图3是本实施例中抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁系统示意图。
图4是本实施例中机组背靠背拖动流程部分设备操作顺序示意图。
图5是本实施例中GCB分闸闭锁及解锁判断模块GCB分闸闭锁判断策略示意图。
图6是本实施例中GCB分闸闭锁及解锁判断模块GCB分闸解锁判断策略示意图。
图7是本实施例中“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号判断策略示意图。
图8是本实施例中GCB分闸回路异常判断及保护模块判断策略示意图。
图9是本实施例中GCB分闸闭锁及解锁执行模块示意图。
图10是本实施例中抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁方法示意图。
图11是本实施例中背靠背拖动机正常启动过程GCB分闸闭锁及解锁时序图。
图12是本实施例中背靠背拖动机升速至转速低于90%额定转速发生跳闸事故时GCB分闸闭锁及解锁时序图。
图13是本实施例中背靠背拖动机升速至转速不低于90%额定转速发生跳闸事故时GCB分闸闭锁及解锁时序图。
图14是本实施例中机组执行非背靠背拖动机启动流程时GCB分闸回路状态时序图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明所述机组是指抽水蓄能发电机组,包括发电电动机、水泵水轮机、监控系统、相关电气开关刀闸等设备。抽水蓄能机组抽水调相启动除了采用静止变频器(SFC)拖动启动外,还可采用另一台机组作为拖动机背靠背拖动启动。
在图1中,拖动机逐步升速发出的变频电流通过拖动机GCB、拖动机拖动刀闸、启动母线联络刀闸、被拖动机启动刀闸和虚线所示的启动母线输送给被拖动机,使被拖动机产生变频的旋转磁场拉动转子逐步升速。
由于拖动机GCB在机组升速前已经合闸,如果在机组刚开始升速时背靠背机组发生跳闸事故,此时若GCB直接分闸,它所承载的低频电流会将其烧损。为了保证GCB设备安全,在两台机组背靠背拖动启动时,有必要对拖动机GCB采取低频闭锁分闸的措施。
本实施例一种抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁系统,如图3所示,包括:
GCB分闸闭锁及解锁判断模块、GCB分闸回路异常判断及保护模块、GCB分闸闭锁及解锁执行模块。所述GCB分闸闭锁及解锁判断模块和GCB分闸回路异常判断及保护模块由可编程序控制器(PLC)编程实现,所述GCB分闸闭锁及解锁执行模块由继电器硬布线回路实现。
图4是机组背靠背拖动流程部分设备操作顺序示意图。在机组开始转动升速之前,流程先合上机组GCB,再打开主进水阀,然后投入励磁、退机械制动,之后才打开导叶升速,由于打开主进水阀需要数十秒钟时间,意味着GCB合上后要间隔几十秒钟后机组才开始升速,若在拖动机流程发出合GCB命令时即执行GCB分闸闭锁操作,既避免了由于机组零转速信号判断存在误差导致GCB分闸回路闭锁失效的风险,又能在机组开始升速之前提前判断GCB分闸回路闭锁是否成功,若分闸闭锁失效则在机组升速之前及时跳闸停机,以确保GCB安全。
本实施例中,GCB分闸闭锁及解锁判断模块用于判断GCB分闸回路是否需要被闭锁或解锁,并分别向GCB分闸回路异常判断及保护模块和GCB分闸闭锁及解锁执行模块发出GCB分闸回路断开或闭合命令。
如图5所示,本实施例中GCB分闸闭锁及解锁判断模块中GCB分闸闭锁判断策略为:当满足下列任意一个条件时,发出GCB分闸回路断开命令:
(1)拖动机启动流程发出合上GCB命令;
(2)机组转速低于90%额定转速,同时未得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号,且GCB在合闸位置。
如图6所示,本实施例中GCB分闸闭锁及解锁判断模块中GCB分闸解锁判断策略为:当满足下列任意一个条件时,发出GCB分闸回路闭合命令:
(1)机组转速不小于90%额定转速;
(2)机组跳闸流程在执行中,且得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号。
如图7所示,所述“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号判断策略为:
当本机在背靠背拖动机模式时,若本机灭磁开关或励磁交流进线开关在分闸位置,且收到被拖动机灭磁开关或励磁交流进线开关在分闸位置,则得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号。
本实施例中,GCB分闸回路异常判断及保护模块用于接收从GCB分闸闭锁及解锁判断模块发送过来的GCB分闸回路断开或闭合命令,接收从GCB分闸闭锁及解锁执行模块发送过来的GCB分闸回路通断状态信号,综合判断GCB分闸闭锁功能和分闸功能是否失效,并采取相应的安全保护措施。
如图8所示,GCB分闸回路异常判断及保护模块判断策略为:设置GCB分闸回路断开状态监视标志位,当接收到GCB分闸回路断开命令信号为1时,置位GCB分闸回路断开状态监视标志位为1;当接收到GCB分闸回路闭合命令信号为1时,复位GCB分闸回路断开状态监视标志位为0。在GCB分闸回路断开状态监视标志位为1时,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在断开位置反馈信号,则发出报警并执行机组跳闸操作;在GCB分闸回路断开状态监视标志位为0时,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在导通状态反馈信号,则发出报警并使机组开机条件不满足以闭锁机组启动。
本实施例中,GCB分闸闭锁及解锁执行模块用于接收从GCB分闸闭锁及解锁判断模块发送过来的GCB分闸回路断开或闭合命令,执行GCB分闸闭锁及解锁操作,并向GCB分闸回路异常判断及保护模块反馈GCB分闸回路通断状态。
如图9所示,GCB分闸闭锁及解锁执行模块包括一个GCB分闸回路闭合命令继电器、一个GCB分闸回路断开命令继电器、一个GCB分闸回路通断执行继电器、若干构成回路所必需的二次线缆。其中,GCB分闸回路闭合命令继电器为单稳态继电器,至少包括一对辅助触点,该触点以常开形式串入到GCB分闸回路通断执行继电器复位回路中;GCB分闸回路断开命令继电器为单稳态继电器,至少包括一对辅助触点,该触点以常开形式串入到GCB分闸回路通断执行继电器置位回路中;GCB分闸回路通断执行继电器为双稳态继电器,至少包括三对辅助触点,其中两对触点以常闭形式分别串入到GCB两个分闸回路中,一对触点以常开形式接入到PLC开关量输入模块中。
如图9所示,GCB分闸闭锁及解锁执行模块工作原理为:当GCB分闸回路闭合命令继电器励磁时,其常开触点励磁使GCB分闸回路通断执行继电器复位回路导通,GCB分闸回路通断执行继电器复位线圈励磁,GCB分闸回路中的两对常闭触点保持在闭合状态使GCB分闸回路导通,同时接入PLC开关量输入模块的一对常开触点保持在断开状态,向监控系统发送GCB分闸回路已导通状态信号;当GCB分闸回路断开命令继电器励磁时,其常开触点励磁使GCB分闸回路通断执行继电器置位回路导通,GCB分闸回路通断执行继电器置位线圈励磁,GCB分闸回路中的两对常闭触点断开使GCB分闸回路断开,同时接入PLC开关量输入模块的一对常开触点闭合,向监控系统发送GCB分闸回路已断开状态信号。
本实施例一种抽水蓄能机组GCB分闸闭锁及解锁方法,如图10所示,包括步骤:
在机组任何工况启动流程开始前,先检测GCB分闸回路通断状态,若一定时间内未接收到GCB分闸回路在导通状态反馈信号,则发出GCB分闸回路异常报警并使机组开机条件不满足以闭锁机组启动;
机组开始执行启动流程后,如果机组执行非背靠背拖动机启动流程,禁止执行GCB分闸闭锁及解锁操作;
如果机组执行背靠背拖动机启动流程,则在启动流程执行合上机组GCB操作时,发出GCB分闸回路断开命令,执行GCB分闸闭锁操作,禁止GCB分闸,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在断开状态反馈信号,则发出跳闸信号执行机组跳闸操作;
机组开始升速,在背靠背拖动机升速至不低于90%额定转速时,发出GCB分闸回路闭合命令,执行GCB分闸解锁操作,允许GCB分闸,若在一定时间内未接收到GCB分闸回路在导通状态反馈信号,则发出GCB分闸回路异常报警;
在背靠背拖动机降速至低于90%额定转速时,若未得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号,且GCB仍在合闸位置,则重新发出GCB分闸回路断开命令,执行GCB分闸闭锁操作,禁止GCB分闸;
如果背靠背拖动机在转速低于90%额定转速时发生跳闸事故,在得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号后,发出GCB分闸回路闭合命令,执行GCB分闸解锁操作,允许GCB分闸。
下面结合相关信号动作时序图说明GCB分闸闭锁及解锁功能。
图11是背靠背拖动机正常启动过程GCB分闸闭锁及解锁时序图。在背靠背拖动流程执行GCB合闸操作时,发出GCB分闸回路断开命令,使GCB分闸回路处于断开状态;在机组转速不小于90%额定转速时,发出GCB分闸回路闭合命令,使GCB分闸回路处于导通状态,之后在被拖动机同期并网后,拖动机GCB正常分闸停机。
图12是背靠背拖动机升速至转速低于90%额定转速发生跳闸事故时GCB分闸闭锁及解锁时序图。在背靠背流程执行GCB合闸操作时,发出GCB分闸回路断开命令,使GCB分闸回路处于断开状态;若机组在转速低于90%额定转速时发生跳闸事故,跳闸信号首先同时跳开背靠背两台机组励磁装置交流进线开关和灭磁开关,在得到“背靠背两台机组励磁装置均已退出”信号后,再发出GCB分闸回路闭合命令,使GCB分闸回路处于导通状态,之后跳闸信号才能触发GCB分闸。
图13是背靠背拖动机升速至转速不低于90%额定转速发生跳闸事故时GCB分闸闭锁及解锁时序图。在背靠背流程执行GCB合闸操作时,发出GCB分闸回路断开命令,使GCB分闸回路处于断开状态;在机组转速不低于90%额定转速时,发出GCB分闸回路闭合命令,使GCB分闸回路处于导通状态,若此时机组发生跳闸事故,跳闸信号同时跳开背靠背拖动机GCB、背靠背两台机组励磁装置交流进线开关和灭磁开关。
图14是机组执行非背靠背拖动机启动流程时GCB分闸回路状态时序图。从图中可以看出,无论机组转速多少或者GCB是否合闸,GCB分闸回路一直处于导通状态(图中一直保持为低电平信号)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。