发电厂和变电所自动同期装置的配置与同期接线设计的新方案

叶念国  

〖摘要〗自动同期装置是发电厂和变电所的基础自动化设备，也是实现发电厂和变电所自动化不可或缺的设备。但自动同期装置在电站中的配置受传统设计思想的影响，迄今还存在诸多不合理甚至是错误的做法。这些做法严重影响发电厂和变电所的正常运行，并阻滞电站自动化向更深层次的发展。本文将列举几个应予纠正的同期装置选型和配置的问题，并提出合理的配置原则，及简化同期接线设计的方案。

〖关键词〗合环并网  差频并网  功角  同期点自动选线器

1  传统同期接线设计思想的历史渊源

1． 1传统同期接线设计的特征

（1）       手动同期为主导同期方式，特别是变电所；

（2）       多个元件（发电机、线路等）共用一台自动同期装置；

（3）       用同期检查继电器TJJ防止大相角差同期和检同期；

（4）       对合环并网或单侧无压合闸采取用STK开关退出TJJ闭锁，手动强行合闸方式；

（5）       按DCS设计的大、中型发电厂一台机配置一台同期装置，并且只控制一个断路器；

（6）       新型的数字式断路器控制装置都继续沿用传统粗糙的检同期方法实施线路同期或重合闸操作。

1． 2根源

（1）       习惯势力；

（2）       实施变电所无人值班的力度不大；

（3）       大量自动同期装置不支持新的需求；

同期操作是发电厂和变电所的一项重要操作，误操作的后果是严重的。因此，不论设计者抑或使用者对此都倍加谨慎，这大概也是同期接线设计几十年一贯制和电站同期装置配置长期不合理的原因。过去人们提及同期操作，就认为是两个完全解列的系统的同期，甚至更局限的认定是发电机对系统的同期。这种同期的特点是在并网前两个电源电压存在着频差、压差和相角差，理想的同期是最快地控制频差和压差到给定值，然后保证在相角差为零时实现两电源平滑并网。而实际当前的电力系统中还存在大量合环性质的并网操作，即合环点的断路器两侧仍属同一系统，即两侧仅存在电压差和功角，而没有频差。例如输电线路断路器、母联断路器、分段断路器、厂用电系统断路器等就常常会遇到这样的合环操作，或称同频并网操作。然而大量的自动同期装置只会差频并网，对同频并网束手无策。这就是为什么在发电厂中只在发电机端或发变组高压侧断路器上配置同期装置的原因，因为这两个断路器是纯粹的差频并网，不会出现合环操作的情况。然而在发电厂和变电所中的大量断路器随着运行方式的变化，并网操作性质也会随之变化，即有时是差频并网方式，而有时则可能是同频并网方式。不难想到，如果自动同期装置只为差频并网服务，那么发电厂和变电所的自动化就将大受影响，因为绝大部份断路器只能手动操作，而在手动进行同频并网操作时无法保证并网操作所引起的潮流再分配不会因导致线路保护误动或失步。所以使用能自动识别同期点并网性质的自动同期装置就显得异常迫切，只有这样才有可能把发电厂和变电所的大量双端电源断路器的操作纳入自动化的范畴。

2  中、小型发电厂自动同期装置的配置

中、小型发电厂的特点是机组数量较多，单机容量不大，同期接线设计多为全厂同期点经由同期小母线与自动同期装置连接。这种同期方式虽然因多个同期点共用一台同期装置带来同期接线的复杂，但投资相对较小。可选择如下自动同期装置配置方案：

2.1  多台发电机共用一台同期装置、多条线路共用另一台线路同期装置。

2.2  多台发电机共用一台同期装置及一台冷备用同期装置，多条线路共用另一台线路同期装置。

2.3  全厂发电机和线路共用一台同期装置及一台冷备用同期装置。

2.4  每台发电机配备一台同期装置，将发电机端出口断路器、发变组高压断路器、厂用高压母线工作及备用断路器全部纳入该台同期装置控制。多条线路共用另一台线路同期装置。

3   大型发电厂自动同期装置的配置

大型发电厂的特点是机组容量大，大多数按分布分散式控制系统（DCS）模式设计监控系统，厂用电系统较复杂。可选择如下自动同期装置配置方案：

3.1  每台发电机配备一台同期装置，该同期装置控制与该台发电机有关的如下断路器：发电机机端出口断路器、发变组高压侧断路器（或1½断路器接线的两个串断路器）、厂用电各段高压母线的工作及备用断路器。重要线路配备专用的带重合闸功能线路同期装置，一般线路共用一台线路同期装置。

3.2  每台发电机配备一台同期装置，控制的断路器与3.1配置相同。全部线路共用一台线路同期装置。

4   中、小型变电所同期装置的配置

    全所共用一套线路同期装置。

5   大型变电所同期装置的配置

    不同电压等级的线路按电压等级各配备一台线路同期装置，重要联络线配备专用的具有重合闸功能的线路同期装置。

6   简化同期接线设计的必要性

设计同期接线涉及的问题较多，归纳起来有以下三点：

6.1  并列点两侧同期电压的选取

这里需要考虑一次系统中性点接地方式；电压互感器二次电压是相电压还是线电压；两侧二次电压的相位差及与继电保护装置取用电压的兼容性等。目前有些自动准同期装置已具备可适应输入任意二次电压值及转角自动修正相位差（因Y/Δ-11接线主变导致的高低压侧相位差）的功能。从而免去了原来同期接线设计中需要增设的隔离变压器和转角变压器。简化了同期接线设计。

6.2  区分同期点并网性质

在发电厂和变电所中同期点的并网性质分两大类，即差频并网点和合环（同频）并网点，自动同期装置必须能在不同运行方式时能自动识别当前的并网性质。

 

6.3  多个同期点共用一台自动同期装置的接线设计

目前不论是实现DCS的发电厂，还是实现综合自动化的变电所，都需要由上位机指挥同期点的选择和监视同期过程，废除用与同期点等数量的同期开关进行人工选择同期点的接线方式成为必然。

不难想到，简化同期接线设计是实现电站自动化和提高运行可靠性的需要，简化设计的途径应从自动同期装置的性能设计和外电路设计两方面着手。

7  多同期点共用同期装置自动选线器

笔者在长期从事微机自动同期装置的研究及电站自动化系统设计工作中，深感同期接线设计不简化将阻碍电站自动化水平的提高。为此，推出了与SID-2CM、SID-2CT、SID-2H、SID-2HT、SID-2V、SID-2T、SID-2VT等微机自动同期装置配套的SID-2X型多同期点共用同期装置自动选线器（以下简称选线器），选线器可作为自动同期装置的配套设备，其功能如下：

7.1  以微处理器为核心的主模块最多可接收上位机发来的12个同期点的选线命令。上位机的选线命令可通过RS-485现场总线传送，也可用与同期点等量的常开点动（只闭合1-2秒）空接点进行选线控制。

7.2  选线器具有同期点重选闭锁功能，先选有效，如错选则需在复位后再选。

7.3  在同期过程中如发生紧急情况，上位机可通过选线器进行紧急中断同期过程控制，退出同期装置，切断合闸回路。

7.4  同期过程结束后，选线器自动切断同期装置电源，转入待命状态。

7.5  同期装置被接入某同期点后，经自检确认装置正常，立即向上位机或DEH发出同期装置准备就绪信号。

7.6  选线器面板具有当前选中同期点序号的显示器及复位按钮，复位操作也可在远方进行，复位后选线器将切除已选同期点信号，并退出同期装置。

7.7  也可通过与同期点数量相同的按钮进行人工选线控制。

7.8  选线器上电后如自检出错将闭锁全部同期点选控回路。

7.9  选线器可由交流或直流电源供电，建议由直流电源供电，以提高工作可靠性。

选线器、自动同期装置、相应的出口中间继电器及按钮式同期开关等可安装在一面同期屏上，所有同期点的信号线（PT二次电压、调速调压回路、合闸回路、装置电源、开入信号、RS-485现场总线等）均汇集到同期屏的端子排上，再转接到选线器，选线器将选出的同期信号接入同期装置，如下图：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    采用选线器将大大减少同期接线设计工作量，并减少现场同期接线的施工难度。

8  同期选线器与同期装置联接示例

    下图为SID-2X型同期选线器与SID-2CM型同期装置的联接图，图中只画出一个同期点的多路开关插件1KD及一个公共信号插件GD。SID-2CM型同期装置最多可接入8个同期点，因此，还应有2KD~8KD七个多路开关插件，图中未画出。8个多路开关插件每次只可能一个被选中，被选中的同期信号自动与同期装置联通，且同期装置同时上电进入工作状态。图中同期装置的航空插头JK1是装置电源输入插头，JK2是并列点两侧PT二次电压输入插头，JK3是开关量输入和现场总线输入插头，JK4是控制及信号输出插头，JK5是录波输出信号插头。

 

 

 

 

 

SID-2X与SID-2CM的联接图

 

 

 

作者简介：

叶念国  男 （1935—）教授  深圳市智能设备开发有限公司董事长，武汉大学电气工程学院兼职教授，深圳市科技顾问，长期从事电力系统自动化技术领域的科研与教学工作。