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6x<6,时可以顺利并网。而当6x>6r 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 5<F3, G898HHIH%<= J=>I9 ;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