下载文档原格式
串级控制系统的原理及设计中应注意的问题摘要：介绍了串级控制系统的基本原理，性能和设计中应注意的几个问题。
关键词：内环；外环；增益；时间常数；对象；共振现象；积分饱和现象。
1、概述1.1串级控制系统介绍单回路控制系统只用一个调节器,调节器只有一个输入信号,即只有一个闭环,在大多数情况下，这种简单系统能够满足工艺生产的要求。
但是也有一些另外的情况,譬如调节对象的动态特性决定了它很难控制,而工艺对调节质量的要求又很高;或者对调节对象的控制任务要求特殊,则单回路控制系统就无能为力了。
另外,随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对操作条件要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制系统的精度和功能提出许多新的要求,为此,需要在单回路的基础上,采取其他措施,组成复杂控制系统。
串级控制是改善调节过程的一种极为有效的方法,并且在实际中得到了广泛的应用。
我厂的生产过程自动控制系统中，串级控制系统是应用最为广泛的复杂控制系统。
1.2（简单控制系统）图1.1是精馏塔底部示意图,在再沸器中,用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽,然后在塔釜中与下降物料流进行传质传热。
为了保证生产过程顺利进行,需要把提馏段温度t保持恒定。
为此，在蒸汽管路上装一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。
从调节阀动作到温度t发生变化，需要相继通过很多热容积。
实践证明，加热蒸汽压力的波动对温度t的影响很大。
此外，还有来自液相加料方面的各种扰动，包括他的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质传热过程，以及再沸器中的传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度t。
当加热蒸汽压力较大时，如果采用图1.1所示的简单控制系统，调节质量一般都不能满足生产要求。
如果采用一个附加的蒸汽压力控制系统，把蒸汽压力的干扰克服在入塔前，这样也提高了温度调节的品质，但这样就需要增加一只调节阀并增加了蒸汽管路的压力损失，在经济上很不合理。
比较好的方法是采用串级控制，如图1.2所示。
配电网处于电网的最末端，以10kV线路为主。
图1为串补装置应用后的配电线路示意图和等效模型图。
V iX L X CV jj j图1. 应用串补的配电线路示意图和等效模型图图2为根据配网辐射状配电线路，串补应用前后的感性负荷用电情况下的向量图。
V RR L X L ILVR R Rj I L X LI LV RV SVΔ感性负载(P R,Q R>0)I L R LφRj I L X LI LV RI L R L V S-j I L X CφR感性负载(P R,Q R>0)VΔV RR L X L ILV S SR=P R+j Q R图2. 串补应用前后的电路和向量图线路首末端线电压之差ΔV（一般只考虑纵分量）为：L L L LL L L LR=cos sin)∆ϕ+ϕ+=V3I R I XP R jQ XV其中，I L为线路电流，R L为线路电阻，X L为线路感抗，P L为有功功率，Q L为无功功率。
在感性负载情况下，P L和Q L均为正，末端电压低于首端电压。
当加入串补装置后（加入了容抗Xc），它能产生一个与线路电抗电压相反的电压，减小了线路电抗的压降，其值为：C L C=3sin∆V I Xϕ相当于缩短了线路的电气距离，提高了线路的负荷能力。
从而首末端电压差变为：L L L L CL L L L CR=3(cos()sin)()∆+-+-=V I R I X XP R jQ X XVϕϕ串补提供的无功补偿容量为：2C L C=3(sin)⋅Q I Xϕ补偿的电压与线路电流成正比，容量与电流的平方成正比，因此串联电容器具有“自适应”调节的优势，不需要像并补装置一样频繁投切。
下图为改善电压效果的比较图：针对负荷重的长线路电压偏低的情况，P、Q均大于零，ΔV为正，电压呈递减；若引入X C且足够大，则Vi小于Vj ，此时i,j线路上产生一个电压跳升。
下图为装置组成的一次示意图。
装置包括：电容器投切操作开关、传感器、保护设备、控制器。
串补装置控制保护原理及整定原则摘要：串联补偿装置是将电容器组串联在交流输电线路中，用于补偿交流输电的线路的电器，按照补偿阻抗的固定不变和可以调节，串补装置可分为固定串补（FSC）和可控串补（TCSC）。
线路加入串补装置可以缩短电气传输的有效距离，补偿线路感性无功，增加线路传输的有功功率，可见串补装置可靠稳定的运行对电力系统传输的重要性。
本文从串补装置保护原理出发，研究其保护装置的整定原则。
关键词：串补装置；有功功率；感性无功；整定；原理1.引言串联补偿装置是串联在线路中的电容器组，分为五种运行状态，正常状态；热备用状态；特殊热备用状态；冷备用状态；检修状态。
串补装置保护依据测量系统提供的模拟量和开关量信息检测运行状况，正确动作相关保护，及时准确地隔离装置或切除故障，保证装置的安全与稳定运行，并配合线路保护来保护系统其他设备[1]。
2.保护配置原则威胁串联补偿电容器组安全运行的首要因素是串补线路故障电流在电容器组两端产生的过电压。
为了防止过电压造成串联电容器组的损坏，在串联电容器组两端并联金属氧化物限压器（MOV），将电容器组两端电压限制在其能够承受的范围之内；MOV限压后，故障电流将引起MOV能量积累，过大的MOV能量累积会造成MOV设备损坏，为了保护MOV设备，需要在MOV所吸收能量达到承受能力之前强制触发火花间隙（GAP），保护MOV设备和电容器组；在触发GAP 的同时，闭合旁路开关，使GAP熄弧并使其绝缘快速恢复。
MOV、GAP和旁路开关是保护电容器组的一次设备，其相互之间协调配合，因此串补装置的二次保护设备的配置和定值的整定应与一次设备之间的保护配合关系相适应。
为提高串补装置保护的可靠性，串补装置的保护采用双重化的设计思想，由完全独立的两套保护系统组成，以确保串补设备的安全可靠。
串补保护的配置原理以保护串补平台设备为基础，并充分考虑了各保护之间保护范围的重叠与覆盖，对于每一类型保护而言，保护配置考虑主保护与直接或间接后备保护相结合。
这个月运行二值有以下四个培训内容：1、砚山串补主要保护；2、作业风险评估办法及应用；3、用电设备概念；4、学习安全生产风险管理体系文件1、500kV砚山串补站是区控中心管辖的串补站，下面就来学习一下砚山串补站的主要保护种类及其原理。
一、电容器保护的种类有以下几种：（1）过负荷保护当电容器电流大于1.1倍额定电流（2700A）时，启动电容器过负荷保护。
根据IEC标准要求，采用反时限原理。
电容器保护启动后，经过一个短延时（10s）发出过负荷报警信息，保护动作后，闭合旁路断路器并进入暂时闭锁状态，经过15分钟延时后重投。
如果在60分钟内重投超过3次，则过负荷保护动作后进入永久闭锁状态。
只有手动解除闭锁串补才能重新投入。
（2）不平衡保护电容器不平衡保护是通过测量电容器不平衡电流来监视电容器的状态。
由于电容器熔丝熔断或电容套管闪络引起的电容器电容值的改变均会导致被监视的各支路电流大小不相同，从而造成不平衡测量CT有差流流过。
保护采用电容器差动电流有效值进行判断。
采用高灵敏度电流互感器来反映不平衡电流，且保护定值连续可调。
电容器不平衡保护采用三段式整定方法：第一段：告警。
当保护检测到电容器不平衡电流与电容器电流的比值超过519μA\A时，经过2000ms延时，保护只发出告警信号。
第二段：低值旁路，永久闭锁。
当保护检测到电容器不平衡电流与电容器电流的比值超过741μA\A，则经过30分钟延时，发合旁路断路器命令，并永久闭锁。
第三段：高值旁路，永久闭锁。
当保护检测到电容器不平衡电流超过2.4A时，经100毫秒延时发合旁路断路器命令，并永久闭锁。
高值旁路定值的选择会避免电容元件雪崩损坏。
告警与低定值旁路体现了不平衡电流与电容器电流之间的比值关系，而高定值旁路只与不平衡电流有关。
当电容器电流小于270A时，告警和低值旁路功能被自动闭锁。
电容器不平衡保护动作后，手动解除闭锁，串补才能重新投入。
二、MOV保护的种类有以下几种：（1）MOV不平衡保护MOV不平衡保护主要用于对MOV的故障进行检测，当MOV存在故障时，两组MOV电流就会不平衡，MOV不平衡保护就是MOV故障保护。
500kV固定串补装置控制及保护系统技术果家礼、魏忠民【摘要】将电力电容器串联于交流输电路线中，能够有效降低输电线路的电抗值，缩短输电线路的电气距离，增加系统输送能力，提高系统静态稳定性，降低网损及系统工程造价。
而串补装置控制及保护系统是串补装置乃至电网的安全稳定运行的有力保障。
【关键词】：串联补偿；控制保护；闭锁1 引言所谓串补，即交流输电系统串联电容补偿，就是将电力电容器串联于交流输电路线中，从而有效降低输电线路的电抗值，补偿交流输电线路的电气距离，从而达到增加系统输送能力，提高系统静态稳定性，降低网损及系统工程造价的目的。
目前世界上运行的串补装置分为固定串补（FSC）和可控串补（TCSC）两种。
可控串补能够实现对补偿阻抗的快速连续调节，抑制低频振荡、降低次同步震荡（SSR），进一步提高系统暂态稳定水平，但技术复杂、投资较高；固定串补投资较低，运行可靠。
2009年3月26日，云南境内首座串补站500kV砚山串补站正式投入系统带电运行，本文就500kV固定串补装置控制及保护系统技术特点进行简要分析。
2 500kV砚山、建水串补装置简介：500kV砚山、建水串补站均采用中国电力科学研究院中电普瑞科技有限公司研发的成套串补装置。
500kV砚山串补站：在500kV砚山至崇左线路上加装两组容量为435Mvar 串补装置。
500kV建水串补站：在500kV墨江至红河双回线路上分别加装一组容量为590Mvar串补装置。
串补装置主要由串联电容器组，非线性电阻（MOV），放电间隙（GAP），阻尼装置，平台测量箱，旁路断路器（MDR）及控制保护系统组成。
除旁路断路器，隔离开关，控制保护系统外，其它设备均分别安装在三个绝缘平台上，其电气主接线如下图：（电气主接线图）其中控制保护系统与平台测量箱同步工作，共同实现对串补平台上各元件的监测及保护，同时，控制保护系统还与线路远跳及光纤接口装置配合工作，实现线路保护与串补保护的相互联动。
串补装置控制保护原理及整定原则发表时间：2018-03-12T11:05:56.267Z 来源：《电力设备》2017年第29期作者：罗沐穆欢乐张烈于超[导读] 摘要：串联补偿装置是将电容器组串联在交流输电线路中，用于补偿交流输电的线路的电器，按照补偿阻抗的固定不变和可以调节，串补装置可分为固定串补（FSC）和可控串补（TCSC）。
（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司内蒙古通辽 028000）摘要：串联补偿装置是将电容器组串联在交流输电线路中，用于补偿交流输电的线路的电器，按照补偿阻抗的固定不变和可以调节，串补装置可分为固定串补（FSC）和可控串补（TCSC）。
线路加入串补装置可以缩短电气传输的有效距离，补偿线路感性无功，增加线路传输的有功功率，可见串补装置可靠稳定的运行对电力系统传输的重要性。
本文从串补装置保护原理出发，研究其保护装置的整定原则。
关键词：串补装置；有功功率；感性无功；整定；原理1.引言串联补偿装置是串联在线路中的电容器组，分为五种运行状态，正常状态；热备用状态；特殊热备用状态；冷备用状态；检修状态。
串补装置保护依据测量系统提供的模拟量和开关量信息检测运行状况，正确动作相关保护，及时准确地隔离装置或切除故障，保证装置的安全与稳定运行，并配合线路保护来保护系统其他设备[1]。
2.保护配置原则威胁串联补偿电容器组安全运行的首要因素是串补线路故障电流在电容器组两端产生的过电压。
为了防止过电压造成串联电容器组的损坏，在串联电容器组两端并联金属氧化物限压器（MOV），将电容器组两端电压限制在其能够承受的范围之内；MOV限压后，故障电流将引起MOV能量积累，过大的MOV能量累积会造成MOV设备损坏，为了保护MOV设备，需要在MOV所吸收能量达到承受能力之前强制触发火花间隙（GAP），保护MOV设备和电容器组；在触发GAP的同时，闭合旁路开关，使GAP熄弧并使其绝缘快速恢复。
MOV、GAP和旁路开关是保护电容器组的一次设备，其相互之间协调配合，因此串补装置的二次保护设备的配置和定值的整定应与一次设备之间的保护配合关系相适应。
为提高串补装置保护的可靠性，串补装置的保护采用双重化的设计思想，由完全独立的两套保护系统组成，以确保串补设备的安全可靠。
串补保护的配置原理以保护串补平台设备为基础，并充分考虑了各保护之间保护范围的重叠与覆盖，对于每一类型保护而言，保护配置考虑主保护与直接或间接后备保护相结合。
3.保护配置原理3.1 MOV保护在串补装置中，MOV的作用是当输电线路出现故障或异常时，限制串联电容器两端的过电压。
由于MOV吸收能量的限制，需要在MOV装置达到其所能承受的能量之前，或是当能量累积速率过大时，触发GAP并闭合旁路开关，阻止MOV吸收更多的能量，保护MOV装置免受损坏。
3.1.1 MOV过流保护MOV电流保护是根据流过线路TA的电流峰值来决定是否触发火花间隙和闭合旁路断路器。
保护整定原则是:应躲开区外故障时最大线路电流该值设定为区外故障时在MOV中通过最大流的1.1～1.2倍电流;对于区内故障，MOV高电流旁路保护动作时间应尽量短，以减少能量积累。
区外最大故障电流计算公式:IEpeak=K1*ILCpeak(1+20%)式中IEpeak——最大区外故障电流峰值;ILCpeak——线路额定电流峰值;K1——过电压保护水平，取2、3。
3.2 MOV高能量保护由于短路电流受运行方式、故障类型等因素的影响，在区内故障时可能不足以使MOV过电流保护动作，这种情况下，如果MOV的能量累积接近其承受能力可以由MOV高能量保护动作，在能量累积达到MOV承受能力之前触发GAP并闭合旁路开关。
MOV高能量保护的整定原则为MOV躲开区外故障时MOV装置实际吸收的最大能量，即在区外故障时，MOV高能量保护不动作。
MOV 能量积累MOV积累的能量计算公式:Et=∫ΔPtdt=∫(Pin(t)-Pout(t))dt（0<t<T）当 MOV 积累的能量超过29.22MJ时，串补保护暂时将旁路断路器三相旁路;当MOV能量降到16.7MJ时，保护自动将旁路断路器分开，串联电容器自动重投。
3.3 MOV高温保护MOV在限压后要承受故障电流，吸收能量，这会引起MOV装置的温度升高。
过高的温度同样会造成MOV装置的损坏，而MOV装置的温度除与吸收能量有关外，环境温度也是影响因素之一。
对于区内永久性故障，如果带串补线路重合，或是发展性故障，当流过MOV电流不足以启动MOV过电流保护，且吸收能量不足以启动高能量保护时，MOV装置的温度可能会升至高，造成MOV装置损坏。
MOV高温保护是为了防止MOV温度值升至超过其承受能力而设置的，整定原则是在MOV温度达到承受能力之前触发GAP，阻止其进一步吸收能量而引起温度继续升高。
以锡廊线为例，由MOV温度特性可知满足上述条件的 MOV高温旁路定值为：127℃。
MOV高温旁路允许重投定值为：76℃.3.4 MOV不平衡保护运行中的MOV装置正常情况下仅有很小的泄漏电流，该电流不易被精确测量。
如果部分MOV阀片特性变化或是损坏，依靠检测该电流进行判断较为困难。
有效的方法是将MOV装置分为两组，当MOV中有电流流过时，通过检测流过两组MOV电流的分布判断MOV的工作状况。
当两组MOV电流存在较大差异时，判断为MOV装置有损坏，保护动作触发间隙并闭合旁路断路器，并阻止串补装置重新投入。
MOV不平衡保护的整定原则是躲开由于两组MOV特性引起的MOV不平衡电流和CT测量误差的影响。
以锡廊线为例，满足上述条件的MOV 不平衡保护定值定为：30％。
4.串联电容器组保护在串补装置中，串联电容器组是主要设备，影响电容器组安全的主要因素是串补线路故障时，故障电流在电容器组两端产生的过电压。
对于故障电流产生的过电压，由MOV装置将电容器组两端电压限制在可以承受的范围，保护电容器组免受损坏；除此之外串联电容器组的保护还有电容器过载保护和电容器不平衡保护。
4.1.串联电容器组过负荷保护线路过载时，较大的负荷电流同样会引起电容器组电压超其额定电压。
长时间的运行会引起电容器热量积累并威胁电容器的绝缘。
电容器组的过载承受能力根据国家标准和IEC标准：5.火花间隙（GAP）保护串补装置中GAP的作用是快速旁路串补电容器组，保护电容器组和MOV装置。
GAP的拒触发和延迟触发可能会造成MOV超过其承受能力或电容器过电压。
GAP自触发将导致串补装置非正常退出，降低串补运行可靠性，如不采取闭合旁路开关的措施，GAP自身将面临承载长时间的放电电流而烧毁的危险。
GAP保护有以下几种类型：GAP拒触发保护；GAP延迟触发保护。
这两种保护根据触发命令发出后GAP是否触发及触发的延迟时间进行判断。
保护动作后闭合旁路开关并不再重投串补。
GAP 自触发保护在没有发出触发命令的情况下检测到GAP有电流流过，则认为是GAP自触发。
GAP自触发保护动作后闭合旁路开关，经延时后可根据设置决定是否重投串补。
6.平台闪络保护安装于绝缘平台的串补设备，正常运行时相对于绝缘平台有一定的工作电压，电压的高低取决于串补度以及线路电流的大小。
平台闪络保护监测平台设备低压母线与绝缘平台之间的电流。
正常运行时该电流接近于零，当设备对平台的绝缘破坏时，将有电流通过平台构成回路。
一种严重的情况是平台串补设备高压端绝缘破坏，线路电流和电容器组放电电流将流过平台，此时平台闪络保护动作闭合旁路断路器，退出串补装置。
其整定原则为平台闪络发生时，能正确测量到的电流值。
7.断路器失灵保护当保护串补发出旁路开关分闸或合闸指令后，如果旁路开关（单相或多相）未在期望的时间内执行命令，并且未引起相关电气量的变化，则认为旁路断路器失灵。
如果旁路断路器合闸失灵，串补保护将启动线路跳闸。
如果旁路断路器分闸失灵，将重新闭合旁路断路器。
其整定原则为出现旁路开关失灵时能快速保护动作，但又不应导致保护误判，以锡廊线为例，旁路断路器辅助节点信号正确的返回需约200ms因此满足上述条件的旁路断路器合闸失败延时时间：200ms；旁路断路器分闸失败延时时间：200ms。
对旁路断路器的手动操作将不启动旁路断路器失灵保护。
8.串补保护其它注意事项（1）“永久闭锁”信号发出，表示保护动作使旁路断路器永久合闸，电容器组不允许重投。
待检查处理，“永久闭锁”信号复归后，才能操作重投电容器。
（2）串补电容器投入对线路保护的故障测距影响较大，会导致测距不准确。
（3）串补电容器投入对线路的故障行波测距测距无影响。
9.结论串联补偿装置的各保护密切配合，保证了串补装置的可靠运行，有效补偿交流输电线路的电气距离(线路电抗)，增加了线路传输的有功功率。
运行中还应加强对串补保护装置的监视，保证其可靠平稳运行。
参考文献[1]国网山西省电力公司.特高压交流变电运维检修[M].中国水利水电出版社[2]静止同步串联补偿器附加阻尼控制器设计方法[J]. 赵永熹,王华昕,刘隽. 电力系统保护与控制. 2012(07)[3]平行双回线中串补电容对零序电抗型距离保护的影响[J]. 刘家军,闫泊,姚李孝,梁振锋. 电工技术学报. 2011(07)[4]混合串联补偿装置抑制次同步谐振的研究[J]. 高本锋,肖湘宁,赵成勇,郭春林,赵洋. 电工技术学报. 2010(11)作者简介：罗沐(1992.10)，男（汉族），辽宁省朝阳市，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，职称：助理工程师；研究方向：特高压运行、维护。
穆欢乐（1985.05），男（汉族），内蒙古赤峰市，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，职称：助理工程师；研究方向：特高压管理、研究。
张烈（1981.07），男（汉族），内蒙古通辽市，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，职称：工程师；研究方向：特高压管理、研究。
于超（1993.09），男（汉族），黑龙江大庆市，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，职称：助理工程师；方向：特高压运行、维护。
