中国电力救育 2009年管理论丛与技术研究专刊 电网同期并列的原理浅析 韩高飞 (内蒙古工业大学电力学院，内蒙古呼和浩特010080) 摘要：简要介绍了电网并列概念、原理及在运用中的注意事项，简单介绍NSDS00在我站的应用原理分析，以及在 操作过程中的注意事项。 关键词：准同期，同期，同期点，并列操作 电力系统中，有许多电源点并列在一起运行，每个发电入系统拉人同步过程中，对待并电网和系统影响较小，不致 机的相对角速度都在允许的极限值以内同步运行。由于电力引起不良后果，是允许进行并列操作的，因此，在实际操作 系统中存在各种故障或运行方式的要求，部分电源或部分电中，上述三个理想条件允许有一定偏差，但偏差值要严格控 网与主网解列后需要并入主网运行，这时，两个电网必须满 制在一定的范围内。 足并列条件时，才能经断路器操作与系统并列运行，否则将 二，并列的实际条件分析： 产生极大的冲击电流，会损坏系统中的发电机，引起系统电 现以图1所示电路来讨论非理想条件下并列操作的情 压波动，严重时可导致系统振荡，甚至系统解列。 况。 一、并列、合环、同期的概念 1.并列（差频并网） 并 系统Xs=0) 电网 并列是指发电机（调相机）与电网或电网与电网之间在相 序相同，且电压、频率在允许的条件下经断路器并联运行的 U 图1一A 操作。 Us 2.合环 合环是指在同一电网内将线路、变压器或断路器串构成 的网络闭合运行的操作，此时的电网相序相同，电压、频率 基本相同。 3.同期合环（同频并网） 同期合环是指通过自动化设备或仪表检测同期后自动或 手动进行的合环操作。 图1 下面我们来分析一下并列的条件，并列操作的最理想条 图1一A示出待并电网与系统的一次主接线，假设待并 件是：在并列断路器主触头闭合的瞬间，断路器两侧电压的 电网电压为Us,系统电压为U,系统无穷大，系统综合电抗 大小相等、频率相同、相角差为零，众所周知，电力系统中 Xs=0,并列时产生冲击电流IcH为图示方向。所以它的等值 任一点的电压瞬时值可以表示为u=Um(ωt+中)，即应满足 电路图为图1-B,产生的冲击电流为： 的条件是： Lc(ùs-ù)/jX.=△d/jX 式(1) (1)待并电网电压与系统电压相等，即Us=U1(电压 下面分三种情况来讨论： 幅值相等)。(2)待并电网频率与系统频率相等，即®s= 1.电压差允许值 o或fs=〔（频率相等）。(3)并列断路器主触头闭合瞬 电网并列时，假设待并电网的频率。〔s与系统电压的频 间，待并电网电压与系统电压的相角差为零，即δe=0(相 率E相等，二者的相角差δ=0，自有电压大小不等，即ùs 角差为0)。 不等于ù1，且ùs大于U,根据（式1）可以写出产生冲击电 符合上述三个理想条件，并列断路器主触头闭合瞬间， 流周期分量的有效值为1cH=(ùs一ù)/X,=△ù/X,可见 冲击电流为零。待并电网及主网不会受到任何冲击，并列后冲击电流的大小与电压差值△ù的大小成正比。为保证电网 的电网立即与主网同步运行。但是，在实际操作中，同时满安全，在并列时要求电压差值应不超过5%~10%的额定电压 足以上三个条件几乎是不可能的，事实上也没有这个必要， 值。 只要并列时冲击电流较小，不会危及设备安全，发电机并 2.相角差允许值 *作者简介：韩高飞。男，内蒙古工业大学电力学院，助理工程师。 201 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
电网同期并列的原理浅析 待并电网并列时，设电压大小相等，即Us=U=U,频测频、测相运算，得到Us、U的、以及两个波形的相位 率相同f人，合闸瞬间存在相角差，即δ不等于0，由于存 差△P。3)经NSD5O0-DLM模件CPU判断，当满足以下 在相角差，断路器两端就有一电压差值△心，产生的冲击电 三个条件时：NSD500-DLM发出合闸脉冲，合闸脉冲宽度 流周期分量的有效值为： 为2倍合闸导前时间。这样，在两系统并列运行以后，系统 ie=△U/jX=(2ù/Xa)|sinδ/2l 进入同步运行，不会对系统产生较大的冲击。 计及非周期分量的影响，冲击电流的最大瞬时值为： Us-U〈δU(允许合闸电压差，500kV电压等级的 ic=(/2×l.8×2U/X)1sinδ/2| 线路并网时，根据华北电网调度管理规程电压差小于等于 由此可见，并列时相角差δ越大，产生的冲击电流也越5%)，并且Us、U)60%额定值，，-（δ「（允许合闸频 大，当δ=180°时，冲击电流出现最大值，如果在此时误合 率差，根据华北电网调度管理规程频率差不超过0,2Hz) 闸，可能会烧毁系统中的发电机或造成系统解列，为了并列 或划1/八f,-》〉6w(允许合闸滑差周期)：△中(6中（允 时不产生过大的电流，应在δ角接近于零时合闸，通常并列 许合闸相位差)，△中已考虑了合闸导前时间。 操作时允许的合闸相角差不超过10°。 Ua Vs 3.频率差允许值 A/D nU,船值 待并电网并列时，设电压大小相等（即心s=ù），二 者频率不同，即人≠，待并电网Us和系统电压U各自以角 做大 速度ws和w,旋转，以U作参考量并令其不动，做出向量 图所示，ùs绕ù以一定得角速度（0s一0)旋转，当ws 测 测 >o,时，Us绕U逆时针旋转，当as<w时，ùs绕心顺时 针旋转，在ùs旋转过程中，两电压之间的相角差δ由0° 图2 180°-360°变化，电压差值△心的大小也相应由小一大一 (2)无压合闸操作。1)计算Us、U电压幅值及f、 小的变化，产生的冲击电流大小也在从小一大一小变化， f。2)若Us.U两电压至少有一电压小于30%额定值，则合 由于[s≠〔，并列时会使电网振荡，根据运行经验，并列时 闸输出，否则无压合闸失败。 频率差值不宜超过0.2%~0.5%的额定频率，即应不超过 (3)合环合闸操作。1)计算Us、U电压幅值及[、 0.1-0.5Hz。 f1.2)若Us、U,两电压均大于60%额定值，〔、f频率相 综上所述，待并电网电压与系统电压差值不应超过同，两相角差小于允许合闸相位差，则合环合闸输出，否则 5%~10%额定电压，频率差不宜超过0.2%~0.5%额定频 合环合闸失败。 率，在并列瞬间相角差不应大于10°的情况下可以合闸，但 (4)自动准同期合闸操作。1)计算Us、U电压幅值 由于一般断路器合闸机构为机械机构，从合闸命令的出发到 及、〔.。2)Us、U两电压至少有一电压小于30%额定值， 断路器主触头闭合，要经历一定的时间，这就需要在相角差 则执行无压合闸操作。3)若Us、U1两电压均大于60%额定 小于10°的范围内提前发出合闸命令，在合闸瞬间相角差小 值，并且频率不同，则执行同期合闸操作。4)若Us、U,两 于I0°，并列后两个系统立即进入同步运行，不会产生任何 电压均大于60%额定值，并且频率相同，则执行合环合闸操 扰动现象。这样就对电网的冲击较小，保证了电网的安全运 作。 行。 如均不满足以上条件，则自动准同期合闸失败。 三、NSD500系列超高压测控装置在我站的应用 四、应用情况及其效果 我站采用国电南瑞科技股份有限公司生产的NSDS00系 NSD500系列超高压测控装置由于其具有一定的智能 列超高压测控装置，它是以变电站内一条线路或一台主变为 性，能够根据采集到的电参数，通过计算，一旦准同期条件 监控对象的智能设备，它既采集本间隔的实时信号，又可与 满足，则能自动在适当的时间发出合闸脉冲，使同期点断路 本间隔内的其他智能设备通讯，对断路器具有同期功能。下 器能在最佳时机合闸。其应用效果主要体现在以下几个方 面我们简单介绍NSD500系列超高压测控装置在变电站内同 面： 期功能的应用。 1.操作方便简单 1.同期功能及合闸过程 操作人员在推出“手动同期”功能压板后、在监控系统 NSD500-DLM模件具有自动准同期合闸功能，以A相 只需按正常的合闸操作。以后部分由微机装置自动完成采 电压与同期电压作同期判断，同期电压可以是相电压，也可样、计算、分析以及执行。 以是线电压，但两电压相位必须一致。 2.能自动选择适当的时机发出合闸脉冲 (1)同期合闸操作。 不像手动准同期装置那样，操作人员合操作把手的瞬间 图2是同期合闸原理框图，同期操作过程如下： 必须和同期检定继电器的角度配合得非常好才能合闸成功。 1)相电压U,与同期电压U经过变压器隔离及放大后， 以前半个小时的并列操作现在不到几秒钟就能更好的完成， 输入AD转换器，经计算得到Us、U的幅值。2)Us、U大大降低了操作人员的技术要求和劳动强度，也大大降低了 经波形整形后得到方波，输入NSD5O0-DLM模件CPU,经 能源的损耗和设备的损伤。 (下转第205页) 202 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
电站DCS系统仿真介绍及方案比较 完成。 采用实物模拟，对控制设备采用虚拟实物模拟的方法)开 (4)虚拟DCS参数数据库生成一虚拟DCS的参数包括 发的DCS仿真系统，可以得到最高的仿真程度，但造价太 I/O变量、控制器参数、网络变量、人机交互变量等，数据高，开发、调试复杂需DCS制造商全力配合提供DCS底层 类型包括模拟量、开关量、积算量、字符量等，要求能做资料，开发过程中协调DCS设计制造商与DCS仿真开发商 到增、剔、改、定义中文描述等。 的工作量较多，开发所需的人力、物力较大，时间也较 (5)虚拟算法模块库一虚拟DCS的DPU控制算法模块长。 应完全根据真实DCS定义的模块来开发，每一种DCS的常 如果对DCS仿真仅要求其反映真实DCS系统控制的功 用模块类型都有一百左右，包括/O模块、模拟控制模块、能，而对响应时间、真实度等方面要求不是很高的情况， 逻辑控制模典、顺序控制模块和特殊计算模块等。要求采推荐采用全数学模拟(Simulation)的方法。采用全数学模 用面向对象的实时控制系统模块编程技术，创建虚拟DCS拟DCS系统，利用仿真开发商成熟的DCS开发平台，能够 算法类，体现封装性、继承性和多态性的高级软件技术特迅速完成DCS系统的仿真开发，所需的人力少、费用低。 点，建立仿真算法模块库。 对于在建电厂，采用该方法不仅能够尽快开发出可再现电 (6)人机界面组件库一要开发各种针对特定DCS人机厂工况演变及DCS功能的模拟机，以满足首批运行的培训 界面的动态组件，包括数据显示、状态显示、按钮、曲线需求，同时还可以对DCS功能设计文件进行验证。 图、棒图和软手操器等。组件库的调用程序也要求自动生 四、结论 成，或在较少的人工干预下实现生成。特别要注意生成与 对于电站仿真中DCS部分方案的选择要根据具体应用 真实DCS相同功能的内嵌逻辑程序或脚本程序，保证人机要求和现实情况加以选择，如何加快虚拟模拟方案的开发 界面仿真的逼真度。 时间、减少开发难度，如何优化全数学模拟方案使之达到 (T)过程模型接口一虚拟DCS特别要保留全部的DCS更高的DCS系统仿真度将成为今后仿真开发研究的重要课 输人输出测点位号，与过程对象数学模型的连接也能模拟 题。 现场的安装测点和调试工程，符合设计院和工程公司工程 师的工作习惯。 参考文献： (8)实时调度功能一虚拟DCS同样也是实时程序， [I]张平，徐城，何季，等，虚拟DPU技术在火电机组仿真机中的 在运行时需要执行实时调度。要求在编译转换时保留真实应用.电力科学与工程，2005，(2)：57 DCS同样的时间片，与仿真支撑软件的实时调度相结合， [2孙永滨.田灣核电站全范围仿真机综述[J].2001,(6). 保障人机界面数据刷新的通真度。 [3怜杉.论度拟分散控制系统技术0.中国电力，2003，(2)：53- 4.DCS仿真的方案比较 55. 采用实物模拟(Stimulation),虚拟实物模拟 [4]郑宗汉，一个DCS系统软件体系的设计[J],微计算机 (Emulation)或实物模拟+虚拟实物模拟（即人机界面 息，2001.(1)：65 (上接第202页) 3.能针对不同的同期点断路器而不同对待 全，大大加强了电力系统安全运行的可靠性。 通过整定各个同期点断路器的合闸导前时间Tq(约等 于断路器的机械和电气传动时间和断路器固有合闸时间之 参考文献： 和)，使各个不同的断路器均能在最佳时机合闸成功。 [1]李火元，电力系统继电保护与自动装置M).北京：中国电力出 4.由于计算机的快速性和可靠性， 版社，2002. 使得断路器合闸时两侧的电参数基本接近一致，减小 [2]黄国方，周斌，白钟.NSD500系列超高压剥控装置技术说明 了因两侧电压、频率和相位存在较大差异而引起的合闸瞬间书。 的冲击，有力地保障了电力设备特别是发电机和断路器的安 205 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net