第25卷第2期 电力自动化设备 Vol.25 No.2 68 2005年2月 Electric Power Automation Equipment Feb.2005 大型发电厂同期系统设计方案 沙励 (广东省电力设计研究院，广东广州510600) 摘要：随着电力系统电网结构日益复杂和大容量机组增多，以往发电厂中同期系统的设计理念已无 法适应这一变化。简述了同期系统常见模式，分析了传统同期接线设计中存在的问题及改进。在此 基础上，结合新型同期装置，提出大型发电厂同期系统设计的新方案及需要与其他方面协调的各类 问题。 关键词：同期；功角；选线 中图分类号：TM621.6 文献标识码：B 文章编号：1006-6047(2005)02-0068-05 发电厂的同期系统一直是电气控制系统设计的 12 同期系统接线设计)] 重要内容之一。两系统间进行准同期的条件很严 传统的同期系统控制回路如图1所示。 格，必须满足相位相同、频率相等和电压相等的要 IWT 2WT 3WT 求。目前，在大型发电厂同期系统设计中涉及自动 KSY 准同期装置、厂用电快切装置、测控装置、自动重合 闸装置等，如何完善以往同期系统接线的设计、如 何与电厂自动化水平很高的分散控制系统DCS 在自动准同步回路中 (Distributed Control System)及厂内网络监控系统NCS SA 跳后通 (Network Cortrol System)相配合、如何更合理的对各 与同期相关的自动装置进行分工，都是需要深入研 合闹时通 究的内容。 图1同期系统控制回路图 Fig.1 The control circuit of synchronization system 1同期系统常见模式简述 由图1可见，无论是自动准同期还是手动准同 1.1厂内系统同期点及同期电压的取得方式 期，都必须经过同期闭锁继电器KSY的闭锁接点。 目前，发电厂及变电所普遍采用单相同期的方 SB合闸按钮是在集中同期手动合闸时，由于SA开 式，下面介绍不同情况下单相同期接线同期电压的 关按各安装单位装设，而同期屏单独装设，可能出现 取得方式。 SA与同期表不在一处的情况，这时由同期屏上的集 1.1.1110kV及以上电压的中性点直接接地系统 中同期合闸按钮SB合闸，完成并网后，由运行人员 系统中采用的电压互感器(TV)通常有两种类型 到控制屏将SA开关复位。 的二次绕组，其中主二次绕组相电压为100/V3V, 对厂用电系统断路器的同期，大容量机组普遍采 辅助二次绕组的相电压为100V。此时，同期电压应 用两种方式：一种为接入1WT及2WT的手动同期方 接入辅助二次绕组的一相电压。 式：另一种由目前广泛采用的厂用电快切装置中的并 1.1.2中性点不接地或经高电阻接地系统 联切换功能（对频差、相差的限制）实现同期操作。 系统中采用的TV通常有两种类型，一种有2个 1.3大型发电厂升压站3/2接线同期设计 二次绕组，其中主二次绕组相电压为100/√3V, 大型发电厂的升压站，普遍采用500kV电压 辅助二次绕组的相电压为100/3V;另一种只有1个 等级3/2接线形式。此种接线方式，全部断路器均 二次绕组，其相电压为100/V√3V。此时，同期电 为同期点，同一个断路器合闸，有时是差频同期，有 压应接入主二次绕组的线电压(100V)。 时是同频同期，而每个断路器串供同期使用的TV有 1.1.3主变高、低压侧 4个，如图2所示。对于同一断路器因运行方式及操 因主变多为Y,d11接线，为使两侧同期电压的 作目的不同，它所使用的2个同期TV也不同，这就 相位和数值相同，高压侧接入同期系统的二次电压 为同期操作带来麻烦，为解决这一问题，目前同期电 为辅助二次绕组的相电压UAw(100V),低压侧则接 压的取得方式广泛采用“近区优先”原则确定断路器 TV主二次绕组的线电压U(100V)。 的同期电压来源。实现方法是通过断路器串中的断 路器QF及隔离开关QS的辅助接点进行某种逻辑 收稿日期：2004-09-04 组合后完成同期电压切换。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
发电厂的同期系统一直是电气控制系统设计的 重要内容之一! 两系统间进行准同期的条件很严 格"必须满足相位相同#频率相等和电压相等的要 求! 目前"在大型发电厂同期系统设计中涉及自动 准同期装置#厂用电快切装置#测控装置#自动重合 闸装置等"如何完善以往同期系统接线的设计#如 何 与 电 厂 自 动 化 水 平 很 高 的 分 散 控 制 系 统 !"# $!$%&’$()&*+ ",-&’,. #/%&*0%及厂内网络监控系统 1"# $1*&2,’3 ",’&’,. #/%&*0%相配合#如何更合理的对各 与同期相关的自动装置进行分工"都是需要深入研 究的内容! 4 同期系统常见模式简述 454 厂内系统同期点及同期电压的取得方式 目前"发电厂及变电所普遍采用单相同期的方 式"下面介绍不同情况下单相同期接线同期电压的 取得方式! 45454 446 37 及以上电压的中性点直接接地系统 系统中采用的电压互感器$87%通常有两种类型 的二次绕组"其中主二次绕组相电压为 466 ! ! 9 7" 辅助二次绕组的相电压为 466 7! 此时"同期电压应 接入辅助二次绕组的一相电压! 4:45; 中性点不接地或经高电阻接地系统 系统中采用的 87 通常有两种类型"一种有 ; 个 二次绕组"其中主二次绕组相电压为 41$4 开 关按各安装单位装设"而同期屏单独装设"可能出现 #> 与同期表不在一处的情况"这时由同期屏上的集 中同期合闸按钮 #B 合闸"完成并网后"由运行人员 到控制屏将 #> 开关复位! 对厂用电系统断路器的同期"大容量机组普遍采 用两种方式’一种为接入 4C8 及 ;C8 的手动同期方 式&另一种由目前广泛采用的厂用电快切装置中的并 联切换功能$对频差#相差的限制%实现同期操作! 4:9 大型发电厂升压站 9 ! ; 接线同期设计 大型发电厂的升压站"普遍采用 D RC" * 电 力 自 动 化 设 备 ,-./012/ 345.1 670489024: ,;724=; ?.@=+%%D 第 +D 卷第 ; 期 +%%D 年 ; 月
第2期 艺 励：大型发电厂同期系统设计方案 69 个线路1 个线路2 1QF 8QF 2TV 3TV 系统 2QF 7QF 母线I 母线Ⅱ L: L: 10s102905 30205 4s 5Q30F6s 30F 4QF 5QF 60F 4TV 变电站 变电站M 图23/2接线形式简图 图3同频并网（合环）示意图 Fig.2 The 3/2 connection Fig.3 Parallel-in under same frequency 2传统接线存在的问题及改进 差为由线路L2,L3,L4构成的等值线路运行功率角6， 如等值线路传输功率为P,电抗为X,则E(发电厂 2.1对KSY闭锁角度的分析 等值发电机的电势)和2间的功角δ为 KSY是同期闭锁继电器，用以在同期电压间的 δ=arcsin(PXs/E,U2) 相角差大于整定值中z时切断合闸回路（见图1）。不 式中X三=X+Xr+XL,X,Xr分别为发电机同期电 难看出，这个同期接线是为处在与系统解列的发电 抗及变压器电抗。 机并网而设计的。这个同期过程的特点是并网前断 当合上1QF时，相当于在原等值线路两端并联 路器两侧存在压差、频差，同期电压间的相角差不断 了线路L,其直接导致的结果是分流了原运行线路 在0°~180°~360°间变化，理想的并网时机是在相角 的一部分负荷，改善了电压质量，提高了系统的稳定 差为O°时完成。KSY的引入是为了避免大相角差时 储备，而其分流的负荷应受以下条件制约： 并网导致发电机受损，其定值Φ2一般在20°~30°。 a.分得的负荷不能因过大而导致继电保护动 无疑，这是避免非同期合闸的一个有效方法。 作再次断开线路； 但人们常误认为这个角度整定值越小越安全，而忽 b.分得的负荷不能因超过该线路的稳定极限， 视了与之相关的其他因素。设KSY的整定闭锁角为 导致线路两侧电源失步而再次断开线路。 6,并列点断路器合闸时间为，同期装置的允许频 当这两个制约条件满足时，若KSY整定角仍为 差整定值为△f,这样同期装置将在同相点(6=0)到 传统的30°，则反而会制约合环操作。 来前的δ角度时发出合闸脉冲。 以下结合图4中的电气主接线分析各运行方式 6=2T△ftk 下各断路器面临的不同操作方式。 可见，当6x6r a.发电机出口断路器201QF,202QF。这两个断 时将人为制造的相角差△δ所引起的冲击，并网瞬间 路器在任何情况下都属差频并网性质，理想的同期 的△8=8-δr(未计及频差变化率)。因此，KSY闭锁 操作是在压差和频差满足要求的前提下于相角差为 角δ，的整定值必须和断路器的合闸时间及允许 0°时实现同期。 频差△f综合考虑，其中t不可改变，若不符合<δr b.500kV3/2接线断路器5011QF,5012QF和 这一条件，只有减少容许频差△f,而这又将导致并 5022QF,5023QF。在201QF,202QF已合上的情况 网过程的拖延。对此，在使用设计严密的微机准同 下，5011QF,5012QF两者中及5022QF,5023QF两者 期装置时可以考虑取消KY的闭锁，这有利于使发 中先行合闸的与201QF,202QF一样为差频并网性 电机的并网过程不至于因允许频差整定值过小产生 质，而后来合闸的则将面临合环操作（同频并网），因 频差符号交替变换而延缓并网过程。事实上很多调 发电机将通过500kV出线进入系统，并通过其他发 速器都是临近同期速度时产生不稳定的振荡，甚至 电厂、变电所与该发电机形成合环。 造成并网难以进行。理应以较大的允许频差整定值 c500kV3/2接线断路器5013QF,5021QF。这 躲开这种工况的出现。当然在进行手动准同期并网 些断路器在正常运行方式下基本为合环操作，只有 时，KSY的闭锁是必要的。 在出线停运后再次充电会面临单侧无压合闸。 2.2对各同期点同期性质的分析 d.110kV出线断路器1101QF。此断路器为合 如前所述，图1是为处在与系统解列的发电机 环操作。 并网而设计的。而随着电网架构的日益紧凑，以及 e6kV断路器61A-CQF,061A~CQF,62A~CQF, 发电厂及变电所主接线的复杂化，传统的同期接线 O62A~CQF。这些断路器合闸时可能会面临单侧无 已无法适应这一变化。 压合闸、差频并网、合环操作三种情况。如果在1号 对图3中接线进行分析，如在1QF处进行并网 发电机开机时，一般通过500kV系统倒送厂用电， 即属同频并网，开环点1QF两侧的电压U,和U2均 500kV侧断路器5011QF(或5012QF)先合上，此时 为同一频率，但在其两侧有电压差和相角差，此相角 按单侧无压合闸方式合上61A~CQF,发电机进入开 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
! 传统接线存在的问题及改进 !"# 对 $%& 闭锁角度的分析 $%& 是同期闭锁继电器!用以在同期电压间的 相角差大于整定值 !’ 时切断合闸回路"见图 (#$ 不 难看出!这个同期接线是为处在与系统解列的发电 机并网而设计的$ 这个同期过程的特点是并网前断 路器两侧存在压差%频差!同期电压间的相角差不断 在 )!*(+)!*,-)! 间变化!理想的并网时机是在相角 差为 )!时完成$ $%& 的引入是为了避免大相角差时 并网导致发电机受损!其定值 !’ 一般在 !)!*,)! $ 无疑!这是避免非同期合闸的一个有效方法$ 但人们常误认为这个角度整定值越小越安全!而忽 视了与之相关的其他因素$ 设 $%& 的整定闭锁角为 ".!并列点断路器合闸时间为 !$!同期装置的允许频 差整定值为 !"!这样同期装置将在同相点&" / )!#到 来前的 "$ 角度时发出合闸脉冲$ "$ / !π!" !$ 可见!当 "$ 0 " . 时可以顺利并网$ 而当 "$ 1 " . 时将人为制造的相角差 !" 所引起的冲击!并网瞬间 的 !" / "$2 ". &未计及频差变化率#$ 因此!$%& 闭锁 角 " . 的整定值必须和断路器的合闸时间 !$ 及允许 频差 !" 综合考虑!其中 !$ 不可改变!若不符合 "$0 " . 这一条件!只有减少容许频差 ! "!而这又将导致并 网过程的拖延$ 对此!在使用设计严密的微机准同 期装置时可以考虑取消 $%& 的闭锁!这有利于使发 电机的并网过程不至于因允许频差整定值过小产生 频差符号交替变换而延缓并网过程$ 事实上很多调 速器都是临近同期速度时产生不稳定的振荡!甚至 造成并网难以进行$ 理应以较大的允许频差整定值 躲开这种工况的出现$ 当然在进行手动准同期并网 时!$%& 的闭锁是必要的$ !3! 对各同期点同期性质的分析 如前所述!图 ( 是为处在与系统解列的发电机 并网而设计的$ 而随着电网架构的日益紧凑!以及 发电厂及变电所主接线的复杂化!传统的同期接线 已无法适应这一变化$ 对图 , 中接线进行分析!如在 (45 处进行并网 即属同频并网!开环点 (45 两侧的电压 #( 和 #! 均 为同一频率!但在其两侧有电压差和相角差!此相角 差为由线路 6!!6,!67 构成的等值线路运行功率角 "! 如等值线路传输功率为 $!电抗为 %6!则 &(&发电厂 等值发电机的电势#和 #! 间的功角 " 为 " / 89:;" " &(#!# 式中 %> " / %>?%.? %6!%>!%. 分别为发电机同期电 抗及变压器电抗$ 当合上 #45 时!相当于在原等值线路两端并联 了线路 6#!其直接导致的结果是分流了原运行线路 的一部分负荷!改善了电压质量!提高了系统的稳定 储备!而其分流的负荷应受以下条件制约’ !" 分得的负荷不能因过大而导致继电保护动 作再次断开线路( #" 分得的负荷不能因超过该线路的稳定极限! 导致线路两侧电源失步而再次断开线路$ 当这两个制约条件满足时!若 $%& 整定角仍为 传统的 ,@!!则反而会制约合环操作$ 以下结合图 7 中的电气主接线分析各运行方式 下各断路器面临的不同操作方式$ !" 发电机出口断路器 !@(45!!@!45$ 这两个断 路器在任何情况下都属差频并网性质!理想的同期 操作是在压差和频差满足要求的前提下于相角差为 @!时实现同期$ #" A@@ BC , " ! 接线断路器 A@((#$!A@(!45 和 A@!!45!A@!,45$ 在 !@(45!!@!45 已 合 上 的 情 况 下!A@((45!A@(!45 两者中及 A@!!45!A@!,45 两者 中先行合闸的与 !@(45!!@!45 一样为差频并网性 质!而后来合闸的则将面临合环操作"同频并网)!因 发电机将通过 A@@ BC 出线进入系统!并通过其他发 电厂%变电所与该发电机形成合环$ $" A@@ BC , " ! 接线断路器 A@(,45!A@!(45$ 这 些断路器在正常运行方式下基本为合环操作!只有 在出线停运后再次充电会面临单侧无压合闸$ %" ((@ BC 出线断路器 ((@(45$ 此断路器为合 环操作$ &" - BC 断路器 -(D*E45!@-(D*E45!-!D*E45! @-!D*E45$ 这些断路器合闸时可能会面临单侧无 压合闸%差频并网%合环操作三种情况$ 如果在 ( 号 发电机开机时!一般通过 A@@ BC 系统倒送厂用电! A@@ BC 侧断路器 A@((45"或 A@(!45)先合上!此时 按单侧无压合闸方式合上 -(D*E45!发电机进入开 图 , 同频并网"合环)示意图 5I9 ;8KI L9IMJI=:N &( #( 6! (45 !45 ,45 6, 745 A45 -45 变电站 ( 变电站 O 67 #! +45 P45 6( 系统 图 ! , " ! 接线形式简图 5<F"! .QI , " ! :R==I:S<R= (4% (45 !4% ( .C 母线 T ,4% !45 74% 线路 ( !.C A4% ,45 -4% 线路 ! 母线# ,.C 7 .C 第 ! 期 沙 励’ 大型发电厂同期系统设计方案
⑩ 电力自动化设备 第25卷 机过程，发电机冲转完成后通过201QF并入系统（按 因此，合环操作用一个固定角度定值的同期检 《火力发电厂厂用电设计技术规定》中对高压厂用备 查继电器KSY闭锁合闸回路的做法已无法适应合 用或启动/备用电源描述：“当发电机出口装有断路 环操作的要求。正确的做法应通过潮流计算，得出 器或负荷开关时，4台及以下机组可设置1台高压 合环操作后新投入线路分得的负荷电流，进而确定 厂用启动/备用变压器，其容量可为1台高压厂用工 合环操作是否会失败（调度部门通过遥信和遥测设 作变压器的60%~100%”)。 备可获得不同运行方式下的系统结构及潮流分布， 在这种特殊情况下，机组的正常启停厂用由高 加上已知系统中发电机、变压器、线路等设备的电 压系统通过主变压器供给，其可靠性极高，厂用备用 气参数，因此可以计算出各开环点断路器合环操作 电源已不需要承担启动电源的功能，只是作为检修 后将分流的负荷和与之对应的δ值)。根据计算结 厂高变的备用，更主要的作用是保证在事故情况下 果，将其下达给各开环点断路器的自动装置（或KSY) 厂用工作电源失电时机组能安全停机)。 作为定值，这样既保证了合环操作的安全，又不至于 若发电机出口不装设断路器，则开机过程为：断 因定值过小而失去合环机会。为了简便，可取不同 开61A~CQF,将061A-CQF按单侧无压方式合闸， 运行方式下不同的6x中的最小值。 发电机进入开机过程。发电机冲转完成后通过 5011QF或5012QF并入系统。接着将61A~CQF按 3大型发电厂同期系统设计方案 合环操作方式使厂用母线1WA,IWB,1WC由发电 机供电，继而断开备用分支断路器061A~CQF。 3.1新型同期装置应具备的功能及设计上的完善 分析图4，该主接线的同期点从201QF~1101QF 图4中按传统同期定义的断路器只有201QF和 共21个，这21个同期点中能套用图1同期接线的 202QF两个，过去按常规设计它们将配备自动准同 断路器只有201QF和202QF2个。其特征是这2 期装置，而剩下的十几个断路器由于可能面临同频 个断路器合闸前其两侧是完全解列的2个电源：其 同期既合环操作的问题而只能用手动同期进行操 余19个断路器在同期时有可能其两侧为完全解列 作，就算现在把ST,1SSYH,SSYH,SSY等开关量纳 的2个电源，但有时则可能是存在着电气联系的同 入DCS控制，而最基本的操作还是要由运行人员关 一个系统。在后一种情况下断路器两侧的同期电压 注，自动化水平还是很低，根本无法与自动化程度越 因没有频差，因而不存在相对运动。但这并不说明 来越高的DCS,NCS相协调。为此，大型发电厂的同 它们之间没有相角差，恰恰相反，它们之间将会出现 期系统设计应该建立在更高的自动化水平上，这对 一个固定的相角差，其值与联接断路器两侧的正在 同期装置也提出了更高的要求，设计上也应进行相 运行联络线的电气参数（电抗）及输送的有功功率有 应变革并注意与其他设备分工配合。 关，该相角即是该联络线的功角δ。 a.应选用具备自动识别各同期点的并网性质 出线1 出线2 4TVA 500kVⅡ母线 110kV出线 5013QF 50230F 3TVA( 5012QF 5022QF 1101QF 5011QF 50210F 500kVI母线 2TVA TVA 1号主变 以2号主变 1A高 12TVA IB高 启动/备 2B高 2A高 变 厂变 用变 厂变 厂变 2010F 202QF 61AQF 61BOF 61CQF 1ITVA 62CQF 62B0 62AQF 2WC 2WB 2WA 061AQF 061BQF () 061CQF 062CQF 062BQF 062AQF 1号发电机 2号发电机 图4某大型发电厂电气主接线 Fig.4 The main connection diagram of a large-scale power plant C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
机过程!发电机冲转完成后通过 !"#$% 并入系统"按 #火力发电厂厂用电设计技术规定$中对高压厂用备 用或启动 ! 备用电源描述%&当发电机出口装有断路 器或负荷开关时!& 台及以下机组可设置 ’ 台高压 厂用启动 ! 备用变压器!其容量可为 ’ 台高压厂用工 作变压器的 (" ) *’"" )’() 在这种特殊情况下!机组的正常启停厂用由高 压系统通过主变压器供给!其可靠性极高!厂用备用 电源已不需要承担启动电源的功能!只是作为检修 厂高变的备用!更主要的作用是保证在事故情况下 厂用工作电源失电时机组能安全停机*!+ ) 若发电机出口不装设断路器!则开机过程为%断 开 (’+*,$%!将 "(’+*,$% 按单侧无压方式合闸! 发 电 机 进 入 开 机 过 程 ) 发 电 机 冲 转 完 成 后 通 过 -"’’$% 或 -"’!$% 并入系统) 接着将 (’+*,$% 按 合环操作方式使厂用母线 ’.+!’./!’., 由发电 机供电!继而断开备用分支断路器 0(’+*,$%) 分析图 &!该主接线的同期点从 !"’$%*’’"’$% 共 !’ 个!这 !’ 个同期点中能套用图 ’ 同期接线的 断路器只有 !"’$% 和 !"!$% ! 个) 其特征是这 ! 个断路器合闸前其两侧是完全解列的 ! 个电源,其 余 ’1 个断路器在同期时有可能其两侧为完全解列 的 ! 个电源!但有时则可能是存在着电气联系的同 一个系统) 在后一种情况下断路器两侧的同期电压 因没有频差!因而不存在相对运动) 但这并不说明 它们之间没有相角差!恰恰相反!它们之间将会出现 一个固定的相角差!其值与联接断路器两侧的正在 运行联络线的电气参数"电抗(及输送的有功功率有 关!该相角即是该联络线的功角 !) 因此!合环操作用一个固定角度定值的同期检 查继电器 234 闭锁合闸回路的做法已无法适应合 环操作的要求) 正确的做法应通过潮流计算!得出 合环操作后新投入线路分得的负荷电流!进而确定 合环操作是否会失败"调度部门通过遥信和遥测设 备可获得不同运行方式下的系统结构及潮流分布! 加上已知系统中发电机-变压器-线路等设备的电 气参数!因此可以计算出各开环点断路器合环操作 后将分流的负荷和与之对应的 ! 值() 根据计算结 果!将其下达给各开环点断路器的自动装置"或 234( 作为定值!这样既保证了合环操作的安全!又不至于 因定值过小而失去合环机会) 为了简便!可取不同 运行方式下不同的 !567 中的最小值) 8 大型发电厂同期系统设计方案 89’ 新型同期装置应具备的功能及设计上的完善 图 & 中按传统同期定义的断路器只有 !:’$% 和 !:!$% 两个!过去按常规设计它们将配备自动准同 期装置!而剩下的十几个断路器由于可能面临同频 同期既合环操作的问题而只能用手动同期进行操 作!就算现在把 3;!’334,3 相协调) 为此!大型发电厂的同 期系统设计应该建立在更高的自动化水平上!这对 同期装置也提出了更高的要求!设计上也应进行相 应变革并注意与其他设备分工配合) !" 应选用具备自动识别各同期点的并网性质 图 & 某大型发电厂电气主接线 %?@9& ;AB 56?C DECCBDF?EC G?6@H65 EI 6 J6H@B"KD6JB LEMBH LJ6CF #号主变 ##0NO 出线 -"" NO PP 母线 出线 ’ # $%& ’()*$% ’()+$% ’())$% 8 ;O+ 出线 ! ’(!*$% ’(!+$% ’(!)$% ! ;O+ ’ $%& -"" NO P母线 启动 , 备 用变 !号主变 ’!$%& ’’$%& !()$% ’+ 高 厂变 ’/ 高 厂变 (’+$% (’/$% (’,$% ’.+ ’.- ’.. ((’+$% ((’-$% ((’.$% ’号发电机 !/ 高 厂变 (!,$% ((!.$% !+ 高 厂变 (!/$% ((!-$% ((!+$% !(!$% !号发电机 !., !./ (!+$% !.+ ’’"’$% 电 力 自 动 化 设 备 第 *- 卷
第2期 沙励：大型发电厂同期系统设计方案 (差频或同频同期)并自动进行相应同期操作功能的 置和测控装置低得多，因此可以考虑把断路器同期 同期装置。这样便可以把所有需要进行差频或同频 操作的功能要求独立出来，即按分布式控制方式设 并网的断路器都纳入自动准同期装置的控制范畴。 计的测控装置仍可作为NCS的重要部件，只是应去 设计上取消同频并网合闸回路中的KSY和手 除其顺带的检同期功能，各断路器的同期操作考虑 动同期开关，用同期装置实现各同期点切换的完全 由功能完善的自动同期装置完成。目前已在一些发 自动化。 电厂和变电所使用了能自动识别同频并网和差频并 b.同期装置应能自动切换各同频操作同期点 网的线路同期装置（如SD-2CT,SID-2HT型装置）， 的不同的允许功角（δ值）并具备对上位控制机的通 装置设计为多条线路共用，通过自动同期选线器（如 信接口。各级调度部门担负起向各厂、站下达合环 SD-2X型装置)在上位机的控制下自动进行同期点 点同期装置允许合环功角定值的任务。在进行合环 的切换，每个同期点具有独立的整定参数组（包括允 操作时，若实测8>6mx或△U>△Umax,同期装置一方 许功角的定值等)。 面应闭锁合闸回路，另一方面应将信息通过远动终 e.同期装置与快切装置的分工。目前，在一些电 端单元RTU(Remote Terminal Unit))上传到调度中心， 厂的设计过程中，由于快切装置具有带允许频差和 以便在调度的指挥下，创造6<6或△U<△U的条 相差范围内的正常并联操作功能（先合后断），因此 件以进行合环操作。 设计人员把厂用电源断路器的正常同期操作也交由 c.3/2接线时各同期点同期电压的自动切换)。 快切装置完成。笔者认为，对发电厂存在的大量的 笔者认为，“近区电压优先”原则中通过串中的断路 同频同期（合环）并网点而言，快切装置的职责是解 决事故情况下备用电源的操作问题，即快速、安全地 器QF及隔离开关QS的辅助接点进行某种逻辑组 实现备用电源的投切，最大限度地减少对厂用电动 合后完成同期电压切换的思路完全可以由目前新出 机的冲击和危害，快切装置与同期装置不同，是24 现的自动化程度很高的同期电压切换器完成，如 小时全天候工作的，因此没有必要让快切装置去实 SID-2SE型数字式3/2接线断路器同期电压切换 现厂用电系统的正常倒闸操作，应把保护的功能和 器，可根据输入的断路器串中各断路器和隔离开关 正常操作的功能区分开。在设计中合理的分工应该 辅助接点的状态，自动选出相应的2个TV二次电 是：同期装置负责正常情况下同期点断路器的合闸 压送给自动或手动同期装置。切换器还能送出4个 操作，快切装置负责事故情况下的厂用电系统断路 TV二次断线信号，及根据当前同期对象发给自动同 器的分、合操作。 期装置选择整定参数的开关量信号，按图2接线配 3.2大型发电厂同期系统设计方案 合切换器使用时的输入/输出回路如图5所示。 仍以图4的电气主接线为例，图中的21个断路 可见，原“近区优先”的功能由装置被模块化实 器都有差频并网和合环操作的问题，结合新型同期 现后，再配合能自动识别同期点性质的新型同期装 装置，介绍此主接线同期系统设计方案（以深圳智能 置使用，则可以大大提高同期操作的自动化水平，结合 公司产品为例)。 DCS,NCS,断路器的同期操作就完全无需人工介入。 a.每台发电机配置1台发电机线路复用同期 d.同期装置与线路测控装置的分工。随着升压 装置（如SD-2CM型）及1台同期选线器（如SD- 站NCS系统的广泛应用，线路微机型测控装置受到 2X型)，实现对以下11个断路器的控制：发电机出 了设计人员及运行人员的青睐，线路的同期操作设 口断路器201QF(202QF):500kV3/2接线串中的2 计中有两种模式：采用测控装置自带的检同期功能， 个断路器5011QF和5012QF(5022QF和5023QF): 各断路器同期操作由各测控装置完成：采用能自动 6.3kV厂用工作/备用分支共6个断路器：110kV启 识别同频、差频并网的线路同期装置完成，装置设 备变高压侧1个断路器1101QF。 计为多条线路共用。对于这两种设计模式，笔者认 b.500kV网控6个断路器配置1台线路同期装 为，因同期装置的使用概率比全天候工作的保护装 置（如SID-2CT型）及1台同期选线器（如SID-2X型）。 待并侧 系统侧 同期定值选择 TV二次电压 TV二次电压 TV断线开出 线路1线路2 U.UU.U. U ITV 2TV3TV4TV (发电机1)（发电机2） SD-2SE型3/2主接线断路器同期电压切换器 U.UU.U.U.UU:U.U.t U.U.U.t U.U. 1QF 20F 3QF 10S 20S3QS 4QS 50S 60S 7QS 80S ITV 2TV 3TV 4TV 断路器及隔离开关状态信号开入 TV三相二次电压输入 图5SD-2SE型装置输入/输出回路图 Fig.5 The input/output circuits of SID-2SE equipment 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
!差频或同频同期"并自动进行相应同期操作功能的 同期装置# 这样便可以把所有需要进行差频或同频 并网的断路器都纳入自动准同期装置的控制范畴# 设计上取消同频并网合闸回路中的 !"# 和手 动同期开关$用同期装置实现各同期点切换的完全 自动化# !" 同期装置应能自动切换各同频操作同期点 的不同的允许功角! ! 值"并具备对上位控制机的通 信接口# 各级调度部门担负起向各厂%站下达合环 点同期装置允许合环功角定值的任务# 在进行合环 操作时$若实测 ! $ !%&’ 或 !! $!!%& ’$同期装置一方 面应闭锁合闸回路$另一方面应将信息通过远动终 端单元 ()*!(+%,-+ )+.%/0&1 *0/-"上传到调度中心$ 以便在调度的指挥下$创造 ! 2 !%&’ 或!!2!!%&’ 的条 件以进行合环操作# #" 3 ! 4 接线时各同期点同期电压的自动切换&3’ # 笔者认为$(近区电压优先)原则中通过串中的断路 器 56 及隔离开关 5" 的辅助接点进行某种逻辑组 合后完成同期电压切换的思路完全可以由目前新出 现的自动化程度很高的同期电压切换器完成$如 "789 4": 型数字式 3 ! 4 接线断路器同期电压切换 器$可根据输入的断路器串中各断路器和隔离开关 辅助接点的状态$自动选出相应的 4 个 "# 二次电 压送给自动或手动同期装置# 切换器还能送出 ; 个 "#二次断线信号$及根据当前同期对象发给自动同 期装置选择整定参数的开关量信号$按图 4 接线配 合切换器使用时的输入 ! 输出回路如图 ="$断路器的同期操作就完全无需人工介入# $" 同期装置与线路测控装置的分工# 随着升压 站 >=" 系统的广泛应用$线路微机型测控装置受到 了设计人员及运行人员的青睐$线路的同期操作设 计中有两种模式*采用测控装置自带的检同期功能$ 各断路器同期操作由各测控装置完成+采用能自动 识别同频%差频并网的线路同期装置完成$装置设 计为多条线路共用# 对于这两种设计模式$笔者认 为$因同期装置的使用概率比全天候工作的保护装 置和测控装置低得多$因此可以考虑把断路器同期 操作的功能要求独立出来$即按分布式控制方式设 计的测控装置仍可作为 >=" 的重要部件$只是应去 除其顺带的检同期功能$各断路器的同期操作考虑 由功能完善的自动同期装置完成# 目前已在一些发 电厂和变电所使用了能自动识别同频并网和差频并 网的线路同期装置!如 "7894=)$"7894?) 型装置"$ 装置设计为多条线路共用$通过自动同期选线器!如 "7894@ 型装置"在上位机的控制下自动进行同期点 的切换$每个同期点具有独立的整定参数组!包括允 许功角的定值等"# %" 同期装置与快切装置的分工# 目前$在一些电 厂的设计过程中$由于快切装置具有带允许频差和 相差范围内的正常并联操作功能!先合后断"$因此 设计人员把厂用电源断路器的正常同期操作也交由 快切装置完成# 笔者认为$对发电厂存在的大量的 同频同期!合环"并网点而言$快切装置的职责是解 决事故情况下备用电源的操作问题$即快速%安全地 实现备用电源的投切$最大限度地减少对厂用电动 机的冲击和危害$快切装置与同期装置不同$是 4; 小时全天候工作的$因此没有必要让快切装置去实 现厂用电系统的正常倒闸操作$应把保护的功能和 正常操作的功能区分开# 在设计中合理的分工应该 是*同期装置负责正常情况下同期点断路器的合闸 操作$快切装置负责事故情况下的厂用电系统断路 器的分%合操作# 3A4 大型发电厂同期系统设计方案 仍以图 ; 的电气主接线为例$图中的 4B 个断路 器都有差频并网和合环操作的问题$结合新型同期 装置$介绍此主接线同期系统设计方案!以深圳智能 公司产品为例"# &" 每台发电机配置 B 台发电机线路复用同期 装置!如 "789 4=C 型"及 B 台同期选线器!如 "789 4@ 型"$实现对以下 BB 个断路器的控制*发电机出 口断路器 4DB56!4D456"+<DD EF 3 ! 4 接线串中的 4 个断路器 <DBB56 和 <DB456!<D4456 和 <D4356"+ GH3 EF 厂用工作 ! 备用分支共 G 个断路器+BBD EF 启 备变高压侧 B 个断路器 BBDB56# !" <DD EF 网控 G 个断路器配置 B 台线路同期装 置!如 "7894=) 型"及 B 台同期选线器!如 "7894@ 型"# 图 < "7894": 型装置输入 ! 输出回路图 6/IH< )J+ /0KL- ! ,L-KL- M/.ML/-N ,O "78P4": +QL/$%+0- "7894": 型 3 ! 4 主接线断路器同期电压切换器 !& !R !M !0 待并侧 )F 二次电压 !& % !R % 系统侧 )F 二次电压 !M % !0 % )F 断线开出 B)F 4)F3)F ;)F 线路 B !发电机 B" 线路 4 !发电机 4" 同期定值选择 B56 456 356 B5" 45"35" ;5" <5" G5" T5" S5" B)F 4)F 3)F ;)F )F 三相二次电压输入 断路器及隔离开关状态信号开入 !& !R !M !0 !& !R !M !0 !& !R !M !0 !& !R !M !0 第 4 期 沙 励* 大型发电厂同期系统设计方案
2 电力自动化设备 第25卷 c.由于发变组高压侧设有隔离开关，在该隔离 调节器(AVR)等准备好后通过选线器向同期装置 开关合上时，500kV2个断路器由发电机的SD- 发出“启动同期工作”命令一→同期装置进入同期检 2CM型同期装置实施同期操作。在该隔离开关断开 测、控制流程→发出合闸命令完成并网→操作结 时，则2个500kV断路器应由网控的SD-2CT型线 束后，同期装置将同期操作结束信号返送到选线器， 路同期装置控制，设计中应根据这一需要，按该隔离开 选线器随即切断同期装置电源，自身进入扫查新的 关的状态通过继电器进行2台同期装置的自动切换。 选线命令状态。 d.每台机的6kV厂用电源的事故切换由厂用 可见，整个过程由DCS与同期装置间的“握手 电切换装置实现（每段配置1套，2台机共6套厂用 信号”完成，自动化程度很高。 电切换装置)。 e.每台机各设同期屏1面（含SD-2CM同期装 4结语 置及SID-2X选线器各1台)。配备相应供急需时的 综上考虑的设计方案及对同期装置的要求如下： 手动同期部件，如手准/自准切换开关，手动调速、调 a.同期装置按单元机组分别装设，把与机组相 压、合闸按钮、带自动转角并可控同期闭锁角功能的 关的各断路器（包括发电机出口断路器、高压侧断路 SID-2SL数字式同期表等。500kV网控室配置1面 器、6kV工作及备用断路器)的同期操作纳入同一 内含SID-2CT线路同期装置及SD-2X选线器各1 套同期装置考虑： 台的同期屏，也配备有相应供急需时的手动同期部件。 b.线路各断路器的同期操作纳入公用的一套 f.发电机同期点的选线由DCS上位机发出， 同期装置完成： 500kV线路同期点的选线由NCS上位机发出。主 ℃.同期装置应能自动识别并网点性质并满足 变压器高压侧连接的500kV断路器串中的2个断 差频、同频同期操作的要求： 路器的选线控制取决于主变高压侧隔离开关的分合 d.同期装置与DCS,NCS之间实现真正无人工 状态。在选线器故障时还可通过选线器的面板进行 介入的自动化操作。 手动选线。 电力系统不断扩大，单机容量不断增大，如何 g,3/2接线中每串的3个断路器配置1个 使同期接线设计更趋合理化，保证系统安全运行仍 “SD-2SE型3/2主接线断路器串同期电压自动切换 需进一步研究。希望本文提出的设计方案能对设 器”。使每个断路器在同期操作时都能自动获得与 计人员有所帮助。 当时主接线运行方式相应的同期电压，并能正确选择 当时同期操作对象（发变组或线路）的同期参数定值。 参考文献： 可见，按这种方案进行配置后，同期装置及快切 [1]西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：中 装置各尽其长，更重要的是保证了自动操作的安全 国电力出版社，2003. 可靠。在这种模式下，断路器同期操作的流程为（以 「21卓乐友，李树平，白忠敏，等.600MW机组电气设计交流 发电机并网点为例)：先通过上位机RS-485总线或 资料汇编[M].北京：电气设计技术编委会，2000. DCS(或NCS)开关量控制选线器进行选线操作→选 [3]卓乐友，叶念国，翁乐阳，等.微机型自动准同步装置的设 计和应用[M].北京：中国电力出版社，2002. 线器在接到选线指令后立即将相应的同期信号及被 (责任编辑：李玲) 控对象（调速、调压及合闸回路）与同期装置联通，同 时选线器给同期装置上电→同期装置自检→若自 作者简介： 检通过则通过选线器向DCS送去“同期装置准备就 沙励(1975-)，男，广东阳江人，工程师，主要从事火 绪”信号→同期装置等待DCS的“启动同期工作”命 力发电厂及变电所电气一次及二次方面的设计工作(E-mail: 令→DCS在数字式电液调节器(DEH)和自动电压 shali@gedi.com.cn)。 Design of synchronization system for large power plant SHA Li (Guangdong Electric Power Design Institute,Guangzhou 510600,China) Abstract:As power net turns more complex and large capacity unit increases,the design concept of power plant synchronization system should adapt to the change.The normal modes of synchro- nization system are described,the problems existed in traditional wiring design of synchronization system are analyzed and the corresponding improvements are presented.Combined with new synch- ronization equipment,a new design of synchronization system for large power plant is brought forward and the cooperation with other systems are pointed out. Key words:synchronization;power angle;line selection 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
!"#$%& ’( #)&*+,’&$-./$’& #)#/"0 (’, 1.,%" 2’3", 21.&/ !"# $% !&’()*+,)* -./012%0 3,4/2 5/6%*) 7)61%1’1/"&’()*89,’ :;9%)(# 45#/,67/$ ?6 @,4/2 )/1 1’2)6 A,2/ 0,A@./B ()+ .(2*/ 0(@(0%1C ’)%1 %)02/(6/6"19/ +/6%*) 0,)0/@1 ,D @,4/2 @.()1 6C)092,)%8(1%,) 6C61/A 69,’.+ (+(@1 1, 19/ 09()*/E F9/ ),2A(. A,+/6 ,D 6C)092,! )%8(1%,) 6C61/A (2/ +/602%G/+"19/ @2,G./A6 /B%61/+ %) 12(+%1%,)(. 4%2%)* +/6%*) ,D 6C)092,)%8(1%,) 6C61/A (2/ ()(.C8/+ ()+ 19/ 0,22/6@,)+%)* %A@2,H/A/)16 (2/ @2/6/)1/+E >,AG%)/+ 4%19 )/4 6C)09! 2,)%8(1%,) /I’%@A/)1"( )/4 +/6%*) ,D 6C)092,)%8(1%,) 6C61/A D,2 .(2*/ @,4/2 @.()1 %6 G2,’*91 D,24(2+ ()+ 19/ 0,,@/2(1%,) 4%19 ,19/2 6C61/A6 (2/ @,%)1/+ ,’1E 8") 3’,9#$ 6C)092,)%8(1%,)% @,4/2 ()*./% .%)/ 6/./01%,) 7: 由于发变组高压侧设有隔离开关"在该隔离 开关合上时":! 上位机发出& 主 变压器高压侧连接的 :<< JK 断路器串中的 L 个断 路器的选线控制取决于主变高压侧隔离开关的分合 状态& 在选线器故障时还可通过选线器的面板进行 手动选线& %: S " L 接 线 中 每 串 的 S 个 断 路 器 配 置 ; 个 +!7P ML!- 型 S " L 主接线断路器串同期电压自动切换 器,& 使每个断路器在同期操作时都能自动获得与 当时主接线运行方式相应的同期电压"并能正确选择 当时同期操作对象)发变组或线路#的同期参数定值& 可见"按这种方案进行配置后"同期装置及快切 装置各尽其长"更重要的是保证了自动操作的安全 可靠& 在这种模式下"断路器同期操作的流程为)以 发电机并网点为例#$先通过上位机 T!M UV: 总线或 PN!)或 RN!#开关量控制选线器进行选线操作 选 线器在接到选线指令后立即将相应的同期信号及被 控对象)调速*调压及合闸回路#与同期装置联通"同 时选线器给同期装置上电 同期装置自检 若自 检通过则通过选线器向 PN! 送去+同期装置准备就 绪,信号 同期装置等待 PN! 的+启动同期工作,命 令 PN! 在数字式电液调节器)P-"#和自动电压 调节器)#KT#等准备好后通过选线器向同期装置 发出+启动同期工作,命令 同期装置进入同期检 测*控制流程 发出合闸命令完成并网 操作结 束后"同期装置将同期操作结束信号返送到选线器" 选线器随即切断同期装置电源"自身进入扫查新的 选线命令状态& 可见"整个过程由 PN! 与同期装置间的+握手 信号,完成"自动化程度很高& U 结语 综上考虑的设计方案及对同期装置的要求如下$ 6: 同期装置按单元机组分别装设"把与机组相 关的各断路器)包括发电机出口断路器*高压侧断路 器*= JK 工作及备用断路器#的同期操作纳入同一 套同期装置考虑% ;: 线路各断路器的同期操作纳入公用的一套 同期装置完成% 7: 同期装置应能自动识别并网点性质并满足 差频*同频同期操作的要求% 9: 同期装置与 PN!"RN! 之间实现真正无人工 介入的自动化操作& 电力系统不断扩大"单机容量不断增大"如何 使同期接线设计更趋合理化"保证系统安全运行仍 需进一步研究& 希望本文提出的设计方案能对设 计人员有所帮助& 参考文献! -;. 西北电力设计院E 电力工程电气设计手册-O.# 北京$中 国电力出版社"L<<SE -L. 卓乐友"李树平"白忠敏"等E =<< OW 机组电气设计交流 资料汇编-O.E 北京$电气设计技术编委会"L<<<E -S. 卓乐友"叶念国"翁乐阳"等E 微机型自动准同步装置的设 计和应用-O.# 北京$中国电力出版社"L<<LE !责任编辑!李 玲( 作者简介! 沙 励!;XY: M "#男 #广东阳江人#工程师#主要从事火 力发电厂及变电所电气一次及二次方面的设计工作!<!06$1$ 69(.%Z*/+%E0,AE0)"% 电 力 自 动 化 设 备 第 $: 卷