直流输电损耗小、线路走廊小、联网灵活、运行稳定可靠,是当今世界上先进国家远距离输电以及异频网间联络的重要输电方式。它与交流输电并存,互为补充,各扬所长。运用直流输电可以提高电力系统的经济指标、技术性能、运行可靠性和调度灵活性。我国超长距离的输电都将采用超高压直流输电或特高压交流输电。由于直流输电具有线路造价低、线损少、能快速准确调节功率、故障恢复快、故障过流小、线路不消耗无功等优点,已成为远距离、大功率输电的重要方法

之一。

目前,国内外采用直流输电方式实现大功率输电的已很多。嵊泗直流输电工程是继舟山工程之后,我国自行设计、制造和施工的第2个直流输电工程项目。工程将在上海南汇芦潮港和嵊泗岛建2 个换流站,2个换流站之间的输电距离为63.2km,其中架空线为3.5km,海底电缆为59.7km。直流送电方式为双极,额定直流电压为±50kV ,额定直流电流为600A ,额定输送功率2 ×30MW。在嵊泗换流站有2 组调相机设备,每台调相机30MVA。B&R 公司的可编程计算机控制器(PCC) 具有模块化结构、实时性好、多任务分时操作等特点,比较适合调相机的控制。下面详细介绍系统流程及原理。

系统包括调相机,起动电机,励磁系统,空气冷却、润滑油系统,循环水泵,交流油泵,直流油泵,顶轴油泵,排水泵等。下面介绍调相机启停流程。调相机系统图如图1 所示。

图1 　调相机系统图

2. 1 　正常程序起动

调相机正常启动采用PCC 程序控制。调相机开机流程如图2 所示。

图2 　调相机开机流程

① 启动润滑油泵、顶轴油泵,使润滑油压达到额定值;启动循环水泵,启动频敏变阻器风机;将交流油泵、直流油泵、循环水泵甲、循环水泵乙的程控开关打到程控位置；

② 在调相机启动准备就绪后,将1DL (调相机断路器) 、MK(灭磁开关) 、2DL(启动电机断路器) 、3DL(励磁变断路器) 、G(频敏电阻) 、1C(短接开关) 、2C(转子同步化励磁开关) 的控制选择开关置于程控位置,程控开关DK置于启动位置；

③ 工作励磁变3DL 合闸,合同步化励磁电源开关ZK,频敏电阻接入( G合闸) ,转子短接开关退出(断开1C) ；

④ 合2DL ,调相机启动电机起动,合整流柜风机；

⑤ 启动电机达到亚同步转速时,转子短接开关短接,频敏电阻退出(合上1C ,断开G) ;

⑥ 经3min 延时,启动电机达到异步额定转速后,转子同步化励磁开关接入,转子短接开关退出(先合2C ,后断1C) ,同步励磁装置投励,以1. 2 倍强励电流励磁,经10s 延时,启动电机达到同步转速,这时同轴的调相机也达到同步转速；

⑦ 调相机稳定运行后,合灭磁开关MK,调节励磁使调相机电压升到额定值,投入同期装置,待同期鉴定后自动或手动合调相机开关1DL ,调相机并网后,将控制开关转换到对应位置；

⑧ 断开启动电机开关2DL ,断开同步化励磁电源开关ZK,转子短接开关短接, (合1C) ,并断开转子同步化励磁开关(跳2C) ,手动停频敏电阻柜风机。拖动电机停机流程如图3 所示。

2. 2 　正常停机

停机准备就绪后,减调相机励磁电流至空载额定励磁电流,控制选择开关置于程控位置,程控开关DK置于启动位置;然后由后台机或现场控制屏发出停机命令;跳开关1DL(调相机断路器) ,跳灭磁开关MK,跳励磁变开关3DL ,待调相机惰走结束(约45min) ,手动跳开油、水泵。调相机停机流程如图4 所示。

图3 　调相机停机流程

图4 　拖动电机停机流程

2. 3 　调相机手动启、停为就地操作

操作步骤同程控。

2. 4 　调相机的快速再起动

直流输电系统故障使调相机与系统解列,当系统恢复正常后若需快速再启动调相机,这时调相机还在惰走,启动频敏电阻柜风机,接入频敏电阻后,合2DL开关,启动电机进入异步运行,随后重复正常启动的⑤, ⑥, ⑦, ⑧程序,使调相机再次并网。

由于调相机系统的特点及在直流输电系统中的重要性,在系统设计时,经过反复的研究讨论和比较,决定采用B&R 公司PCC 实现调相机系统的监控。

3. 1 　系统特点

① 高可靠性　系统特定的环境和条件要求自动化监控系统有较高的可靠性。但从根本上讲,系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行,首先要求系统各单元的质量得到保证。B&R 公司PCC 产品从各项指标上完全可以达到系统的要求。

② 开放性和兼容性　支持多种标准现场总线或网络协议,可以很方便地实现与其它产品的兼容性问题。除支持CANbus ,ETHERNET,PROFIbus 等标准网络或现场总线外,还提供一个桢驱动器(frame driver) 工具,方便地解决串口通信问题。

③ 多任务分时操作系统　可以将整个任务分成数个具有不同优先权的任务等级(task class) 。其中,优先权高的任务等级,有着较短的巡回扫描周期,而且每个任务等级可包括多个具体任务,在这些任务中间可再细分其优先权的高低。这样一个操作系统中可以将比较重要的任务定义得任务等级高一些,如中断任务等;而一些较一般的任务,可以定义得任务等级低一些,如结果处理任务等。这样整个控制系统便得到了优化,具有较好的实时性。

④ 编程语言高级化　梯形图和指令表这两种编程方式是比较常见和习惯的。梯形图靠近电气线路,比较直观;指令表是由汇编语言演绎而来,比较靠近计算机硬件结构。在高级语言技术已经发展成熟的今天,一个复杂的控制思想仅用梯形图和指令表来表述实在是一件憾事,因为高级语言(如C 语言,PASCAL ,FORTRAN 等) 毕竟可以很方便地描述一个复杂的思想。

⑤ 较大的应用程序存储空间　较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间。同时,足够的程序存储空间是系统具备较强数据块处理能力的先决条件,也说明了其硬件系统的先进性。B&R 公司PCC 的内存容量为100KB～16MB。

⑥ 可扩展性　系统的扩展一般分为当地扩展、远程扩展和组网。在判断一个系统的扩展能力时,一般有两个判据:第一,在一个CPU 下可以扩展的I/ O 点数;第二,能支持多少种网络协议(如PROFIBUS ,ETH-ERNET,CAN ,MODBUS. . . ) 。PCC 在硬件及软件上具备模块化结构,还有多任务分时操作系统的支持,从而使系统具有很好的扩展性。

3. 2 　系统原理图(见图5)

3. 3 　系统组成

可编程计算机控制器( PCC) 具有模块化结构,下面简要介绍B&R 2005 系列各模块的配置:

① BP151 :12 槽底板。

图5 　系统原理图

② IF260 :可编程模块处理器CPU ,850KB RRAM,512KB FLASH PROM,1个接口卡插入槽。

③ IF671 :接口模块,插入接口槽使用,它具有1 ×RS - 232 ,1 ×RS - 485/ 422 ,1 ×CAN ,实现与后台或其它设备的通信。

④ PS477 :电源24V ,d. c. ,50W,带扩展从站。

⑤ DI475 :16 个数字量输入模块,24V ,d. c. ,10ms开关延时。

⑥ DO650 :16 个数字量输出模块,24V ,d. c. ,2A。

⑦ AI775 :8 个电流输入4～20mA ,分辨率12bit 。

温度量采集采用三线制温度变送器, 输出4 ～20mA 信号,再采集到AI775 模拟量模块。电气量采集选用交流采集模块,用RS - 485 通信口实现与PCC 的通信。

采用B&R 2005 PCC 实现调相机的控制在技术上具有一定的先进性、开放性、通用性、可扩展性。系统经过现场运行,完全能够满足设计的要求,保证系统安全可靠的运行。