同期并网存在的问题及对策

胡航帆

(哈尔滨电业局，黑龙江哈尔滨150001)

0 引言

近年来，基于传统闭锁断路器同期合闸回路的同期装置已广泛应用于我国发电厂、变电站的二次回路设计和微机保护测控及自动装置中。然而由于对同期并网存在认识上的误区，导致现有的变电站不能实现线路的自动同期以及双端有电源的线路自动重合闸，从而使得现有大部分的断路器仍处于目前的手动控制水平，使得真正意义上的无人值班变电站无法实现，阻碍了变电站综合自动化水平的进一步提高，成为“调控一体化模式”推广的重大障碍［1］。因此，本文从同期并网的概念出发，澄清了同期并网概念上的误区，分析了非不同期并网带来的危害，提出了新的形势下同期装置所应满足的要求，及调度控制中心除应承担电网调度传统职责外应加强特殊情况下紧急遥控操作等职责。

1 同期并网概念的由来

在电力系统运行中，经常需要把发电机并到系统中运行，或者通过联络线把两个解列的系统并列起来，或者将越来越多的环形网络开环点合环，然后利用同期装置来检查两个待并列系统电压数值上是否相等，频率差是否小于允许值，相位角是否足够小，使冲击电流尽可能约等于零，进而保证同期合闸不会给发电机及系统造成太大的损害，提高电力系统运行的安全性。

同期并列应具备的理想条件:

a.待并系统电压等于运行系统电压，允许电压偏差不大于5%;

b.待并系统频率等于运行系统频率，允许频率偏差不大于0.1 Hz;

c.待并系统电压相位等于运行系统电压相位。

2 非同期并网的危害

在图1所示的两个独立电源组成的双电源网络中，利用联络线L的断路器2DL进行同期并网。

a.当电压不等的情况，并网瞬间产生的冲击电流，其周期分量的有效值为

图1 差频并网单线示意图

式中:Im为冲击电流的周期分量的有效值;为待并系统电压瞬时值;˙u2为运行系统电压瞬时值;为待并系统次暂态电抗。

当待并系统电压U1大于运行系统电压U2时，im滞后90°，对待并系统发电机起去磁作用，系统并列后发电机立即带无功功率。待并系统电压U1小于运行系统电压U2时，im超前˙u190°，对待并系统发电机起助磁作用，系统并列后发电机吸收无功功率。当压差ΔU很大，则冲击电流im很大，将会使发电机定子绕组发热，使得定子绕组在电动力作用下受损。

b.当相位不一致时，并网瞬间产生的冲击电流，其周期分量的有效值为

当待并系统电压˙u1超前运行系统电压˙u2时，im的主要成分为˙u1同相位的有功分量，待并系统并入系统时，立即带有功功率，对发电机起制动作用，有利于将待并系统电压拉到与系统电压同相位。当待并系统电压˙u1滞后运行系统电˙u2时，im的主要成分为˙u1反相位的有功分量，待并系统并入系统时，立即吸收有功功率，对发电机起加速作用，有利于将待并系统电压拉到与系统电压同相位。如果δ很大，则冲击电流很大，其有功分量在发电机轴上产生冲击力矩，使设备烧毁。特别是δ等于180°时，则冲击电流等于系统首端三相短路电流的两倍，损害最严重。

c.当频率不等的情况，待并系统电压˙u1与运行系统电压˙u2之间具有相对运动，存在频率差，如果频率差较大，则在并列合闸后δ在0～360之间周期性变化，当δ=0和δ=360时，电压差ΔU=0，则Im=0，当 δ=180 时，电压差 ΔU=2U2=2U1，则 Im最大。待并系统在频率差较大的情况下并网，立即带上较多的有功功率，对发电机转子产生较大的力矩，是待并系统发电机产生机械振动，严重时失步，造成并列不成功。如果待并系统频率低于运行系统频率，并列后发电机将会吸收电网有功，其逆功率对汽轮机末级叶片造成损坏。

3 合环操作的同期分析

随着电网投资的不断加大，电网结构的更加复杂化，电网连接的紧密程度进一步加深，双回线路，环网架构的日益增多，发电机的投切、联络线路及双回线路的投入经常表现为合环的形式，我们称之为同频并网即并网前开环点两端的频率相同。

下面分析环网形式下同频并网的特点。

并网(合环)前开环点断路器两侧是同一个系统。在图2中的1DL处进行并网即属同频并网，开环点1DL的左侧电压˙u1和右侧电压˙u2均为同一频率，但在其两侧有电压差和相角差，此相角差为线路L2、L3构成的等值线路的运行功率角δ，如等值线路的传输功率为P，电抗为XL，则˙e1(发电厂等值发电机的电势)和˙u2间的功角δ可由下式表述:

式中:Xd∑=Xd+XT+XL，Xd、XT分别为发电机同步电抗及变压器电抗;E1为发电厂等值发电机电势的有效值;U2为运行系统电压的有效值。功角δ与线路传输功率P是正弦函数关系，因此其取值随着P的增加应在0°～90°范围。

图2 合环并网单线示意图

如果此时仍按传统方式，把定值为30°的同期继电器常闭接点接入合闸回路，那么因线路功角δ很容易达到闭锁角定值30°，将无法实现合环操作，这样一来新线路将会因同期继电器断开了合闸回路而无法投运，虽然此时可以通过压板SSM1闭锁同期继电器的接点，然后手动强行合闸。但运行人员此时的操作带有盲目性，并不知道功角δ到底是多少度。如果在δ很大时，强行合闸就可能诱发过负荷或失步而再次使线路跳闸，对系统造成不必要的扰动，甚至酿成事故。

为了避免强行手动合闸对系统造成的损害，我们可以通过潮流计算得到各个合环点在不同运行方式下的允许合环功角，可以采用不同运行方式下较小的计算值，这比采用一个固定的30°要合理一些，并且不会失去大量的合环机会。

4 同期并网采取的对策

通过上述分析可知，传统的检同期概念对于两种不同形式的并网已经不合时宜了，因此在断路器的操作回路中不能再简单的利用同期继电器来闭锁合环操作了。考虑到现有变电站的硬件装置和系统管理模式，采取更新同期装置和继电保护及测控装置和加快调控一体化技术支持系统，完善调控一体管理制度等措施，使电网调度运行控制适应电网快速发展的要求［2］。

a.积极研究主网调控一体化工作，拓展调度工作职责，整合电网调度、设备运行集控功能，实现变电运行工作由有人、多人值班模式和集控模式层面向调控层面的升级和转化。

调度运行工作应充分利用先进的技术手段，充分发挥现有潮流计算和稳态计算的作用，拓宽潮流计算的使用范围，计算出不同运行方式下合环点的允许合环的功角，并把该功角应用到同期合闸回路的设计当中。

b.在完善同期合闸回路二次接线和自动装置设计的基础上，制造厂家应加大产品研制力度，生产出具备适应不同形式同期并网方式的继电保护和自动装置［3－5］。

线路的自动同期除了能够适应不同形式的同期方式，实时测量合环点功角值，在不同系统运行方式下修改闭锁角定值的功能外，还必须具备向调度部门上传各种信息，及时地做出是否合环的决定，以及在不满足合环条件时，调度管理人员能及时调整潮流，以便为合环创造条件。

［1］潘书燕，程利军，刘维锋，等.同期功能应用于关于线路保护测控单元［J］.电力自动化设备，2005，25(12):73 －76.

［2］李继晟，郑蔚，叶艳军.一种新型的综合测控装置中同期功能的设计实现［J］.继电器，2005，33(5):56 －58，62.

［3］彭晓涛，王少荣，程时杰.高性能微机自动准同期装置［J］.电力系统自动化，2002，26(9):75 －77.

［4］周斌，鲁国刚.具有检同期合闸功能的变电站测控装置［J］.电力自动化设备，2004，24(1):91 －93.

［5］郭建，周斌.新型微机自动准同期装置设计［J］.电力自动化设备，2005，25(8):77 －81.