变电站测控装置的同期试验浅论

变电站测控装置的同期试验浅论

作者：杨云翠

来源：《科技视界》 2013年第28期

杨云翠

（云南电网公司 文山供电局，云南 文山 663000）

【摘 要】使用同期功能不正常的设备进行电网的合闸操作，将会对电网造成极大破坏，电网的同期并列操作成为变电站综合自动化系统中的一项重要功能，同期试验是验证同期功能正常的基本试验，也是测控装置定检的一个重要试验之一，自动化人员应结合不同的试验设备和情况了解同期试验的基本原理、操作规程及应注意事项，掌握规范的试验方法，确保安全生产。

【关键词】同期试验；变电站测控装置；安全生产

随着电力企业安全生产和输送意识的不断增强，各种新设备试验和运用引起越来越多的重视，变电站测控装置的同期试验就是其中之一。同期是指在发电厂或变电站中，通过断路器将发电机或线路投入系统运行的操作。随着电力系统规模日益的扩大，系统运行方式变化越来越频繁，同期操作不当会对电网造成很大冲击，造成设备的损坏，严重的还将造成系统振荡甚至引起电网的崩溃，非同期并网的危害甚至超过短路故障。只有捕捉到并网两侧的电压在允许范围内实现断路器的合闸才能确保并网时不会出现过大的冲击电流。

１ 同期试验的基本原理、方法和检定项目

1.1 同期试验的基本原理

在微机还未应用于电力系统时，断路器的同期合闸只能依靠经验丰富的运行人员通过观测表计的显示值来实现，后来，随着自动准同期装置的出现，开始在发电厂和枢纽变电站专门配备一台自动准同期装置以满足合闸时检测同期的需要，但专门配备一台自动准同期装置，一方面增加了成本，另一方面也增加了现场接线的繁琐。现在随着计算机、微处理器技术的快速发展，在需配置的线路或断路器测控单元中增加准同期功能也不是一件难事，这样做不但降低了成本，而且减少了现场接线的复杂性。

根据交流电的表达式u=Um*sin（ωt+φ）可知交流电的三要素是幅值、频率和初相角，电网同期原理就是通过检测开关两侧的电压副值差、频率差和角度差在允许的范围内时实现开关的合闸。目前电厂大部分的同期装置都具备调整发电机的机端电压、频率和相角功能，确保并网时不会出现过大的冲击。而变电站的同期主要是带有同期检定的性质，电网的同期并列操作成为变电站综合自动化系统中的一项重要功能，它对减小冲击，提高系统稳定性具有重要作用。目前文山供电局的6个变电站均为变电站综合自动化系统，并网要求的准同期功能均由每个断路器的测控装置来实现，测控装置内部软件通过判断断路器两端的电压幅值差、角度差和频率差是否在同期条件内，然后决定是否能将断路器合闸并网操作。把测控和同期功能结合起来，利用DSP的高速并行计算能力，采用可靠的同期预测算法，选择最佳的导前时间发出合闸信号，以达到快速、准确的并网效果。同期功能放在测控装置中使得同期试验变得易于操作和验证，同期试验可以同时验证硬件接线、软件逻辑及同期定值的正确性。

1.2 同期试验的常用方法

同期试验是用一种模拟的方法来验证同期功能的完好性，线路断路器合闸前都要经过同期判别，测控装置上进行的合闸有遥控和手动两种模式，所以测控装置上的同期触发也有遥控和手动两种模式，由于遥控触发同期判断的方法配合人员较多，效率低，所以同期试验常采用手动合闸触发的模式。测控手动合闸时，首先要有一个启动条件来触发同期判断的开始，该启动条件统称为同期开入，有了同期开入，同期模块开始根据同期定值来进行检测判断（该步骤由测控装置的软件自动实现，不受人为控制），两侧电压满足同期定值要求，同期继电器闭合，同期脉冲出口至合闸回路上（称为同期开出）。根据目前综自的标准设计，手动合闸回路一般都串接了五防锁、KK把手位置，部分厂家串接了同期功能投入/退出把手，在做手动合闸同期时，要求五防锁（采用短接的方法）、KK把手位置（处于就地）、同期功能投入/退出把手（处于投入）均处于导通状态，是确保同期试验成功的前提。根据以上的原理分析可知，手动合闸的同期功能就是在有“同期开入”时同期模块开始进行同期判断，两侧电压满足同期定值时，同期开出（出口）至合闸回路。

同期功能应用时，是综合判断两侧的压差、角差、频差及频差加速度等多个条件满足同期定值要求后系统自动发出合闸命令，同期试验时，由于试验仪器无法同时变化两组电压的幅值、角度和频率等多个电气量，所以同期模拟试验是采用单一功能检测法进行试验，如压差定值为11.5V，以系统侧（母线侧）电压57.74V/0°/50HZ为基准，待并侧（线路侧）初始电压为46V/0°/50HZ，此时两侧压差为11.74.V，角差为0，频差为0，压差高于定值0.24V，通过试验仪器不断的增加待并侧电压，减少电压幅值差，在待并侧电压接近或高于46.2V时，断路器经同期合闸成功，此时合闸成功的电压差便是压差临界值，同样，角差同期试验时，则是保证压差、频差满足定值要求，频差同期试验时，则是保证压差、角差及频差加速度满足定值要求。一般试验仪器无法在较短的时间内实现频率的来回变化及输出，所以频差加速度不作为同期试验的验证内容。

1.3 同期试验的检定项目

同期试验通常具有以下项目：

（1）检无压试验

检无压是验证合闸时其中一侧无压或两侧均无压时能否正确出口，检无压试验要求检无压功能一定要投入，系统默认的检无压定值一般为30%Ue，检无压功能投入，只要系统侧和待并侧任何一侧或两侧的电压低于30%Ue时，系统都会按照检无压的方式来进行同期合闸，所以试验时，系统侧或待并侧或两侧分别加低于30%Ue时，同期功能均要能正确开出。

（2）低压闭锁试验

低压闭锁是对同期功能闭锁的验证，在系统侧、待并侧电压高于检无压定值但小于低压闭锁定值时，同期功能应闭锁不应有输出，低压闭锁未给出设定定值时，系统默认的均为70%Ue，如系统侧和待并侧的电压分别为38V和40V，虽然此时压差为2V（定值为11.5V）已满足压差条件，但由于38V和40V已低于70%Ue（40.42V），此时低压闭锁功能生效，同期功能被闭锁所以无同期开出。同期功能闭锁条件不只有低压，还可能有PT断线闭锁等，同期闭锁条件的设置是对电网的一种保护。

（3）同期试验

同期试验是对定值中的压差、角差、频差等定值的检查，定值±5%范围之内是同期开出的允许裕度，为确保基本功能的正确性，压差、角差、频差试验分开来做，为模拟不同电网运行条件下同期均能正确判断，试验时最好调换待并侧和系统侧的角色定位，如压差试验时，先定母线侧为额定值，变待并侧（线路侧）的电压，功能正常后，再进行定待

并侧（线路侧）、变母线侧电压的试验。

无论是哪家的综自系统，建议测控装置同期功能验证都经过以上三大同三小六步骤试验，其中三大是指检无压、低压闭锁、检同期试验，同三小是指同期验证时的压差、角差、频差试验的验证，六步骤是指压差、角差、频差每步中均要开展系统侧、待并侧的相互轮换试验。

2 同期试验设备及功能的对比

以文山局资产所属变电站为例，6个220kV变电站和1个500kV变电站中，500kV砚山变为南瑞科技NS2000的综自,测控型号为NSD500；220kV听湖变和普厅变为南瑞继保RCS9700的综自，测控为RCS9705系列，220kV文山变、马关变、鲁都黑变为国电南自PS6000的综自，其中文山变测控为PSR650系列，马关变、鲁都黑变测控为PSR660系列，220kV开化变为长园深瑞PRS700的综自，测控型号为PRS-741，现针对南瑞科技、南瑞继保、国电南自和长园深瑞四个厂家在同期方面的差异进行如下五方面比较。

2.1 同期模式的对比

南瑞科技、南瑞继保及长园深瑞厂家的同期，在定值中均只有检无压和检同期两种模式，只有国电南自的同期存在检无压、检同期和准同期三种模式，国电南自的检同期模式表示装置只检测两侧电压的压差和角差，准同期模式表示不仅检测两侧电压的压差、角差还检测频差及频差加速度。所以国电南自的准同期等同于南瑞科技、南瑞继保及长园深瑞的检同期。

2.2 同期定值的对比

南瑞科技、南瑞继保及长园深瑞的同期模式通过定值选项中的“投入/退出”来达到模式的选择，此方法非常直观，而国电南自的同期选择是通过同期控制字的形式，该控制字由4位16进制构成，每位16进制又可拆分成4个2进制位，每个二进制的0和1分别表示不同的功能和状态，通过若干个2进制的不同组合最后确定了断路器的同期模式，国电南自的模式虽然不直观，但通过一个同期控制字就能实现对多个同期参数的设置。

2.3 手合同期开入的对比

手合同期开入即手动合闸时触发同期判断的条件，其中南瑞继保的同期开入采用合闸按钮与控制把手的同期手合位置串联而成，即控制把手切换至同期手合位置时，若此时手动按下合闸按钮，则启动同期判别；长园深瑞的同期开入也是由KK把手的手合位置与同期投退把手的同期投入位置来共同决定同期判别的开始；国电南自的的同期开入由KK把手的就地位置、合闸操作及同期切换把手的同期位置串联而成；南瑞科技的同期开入由KK把手的合闸操作与远方就地切换把手的就地位置串联而成。从以上分析可看出南瑞继保、南瑞科技、长园深瑞和国电南自的同期开入都用一个遥信（DI点）来表示，南瑞科技无同期切换把手，所以仅就地合闸便作为同期判别的启动条件，其他三家均采用就地合闸与同期切换把手的同期投入来作为同期判断的启动条件。

2.4 遥控带同期的对比

南瑞科技和南瑞继保后台遥控时均可选择合闸方式，南瑞科技有“试验合（不经同期合闸）、无压合、同期合”三种方式供选择，南瑞继保有“一般遥控（不经同期合闸）、检同期、检无压” 三种方式供选择，南瑞继保选择“一般遥控”时，会在测控上根据电网

情况进行判断，采用后台遥控选择模式的，后台优先级最高，假如存在装置上同期功能已投入，线路也确实有压，若后台选择了不经同期合，则测控装置不经任何判断的直接发出合闸脉冲，此种情况相当于非同期合闸，所以后台的合闸方式选择一定要慎用。长园深瑞和国电南自后台遥控时未提供方式选择，其中长园深瑞的遥控和国电南自测控版本号为2.04（鲁都黑变）都必须经过同期判断再出口，不受同期投退把手的影响；而国电南自PSR650系列（文山变）和版本号为2.01的PSR660（马关变）系列的遥控回路是与同期投退把手的同期投入位置相串联，所以遥控是否带同期要由同期投退把手来进行选择。文山局监控中心的监控软件未提供遥控合闸前的方式选择，所以监控中心遥控同期功能全部依赖以测控装置的判断，从以上分析可看出，随着设计理念的优化，遥控带同期功能已成为合闸前的必判环节，对该种形式，必须将同期功能的检无压功能投入，否则在线路无压时遥控合闸将无法成功。

2.5 试验结果验证对比

以下分析以合闸出口接线已解开为前提。同期成功的标志是同期脉冲是否开出至合闸回路上。可采用万用表(数字式)测量遥控公共端与合闸出口上是否有同期脉冲，若操作电源已具备，即遥控公共端已带电，在同期成功时可采用万用表的电压档来测量公共端与合闸出口上是否有一个瞬间电压；若操作电源不具备，即遥控公共端不带电，可采用万用表的导通档来测量公共端与合闸出口上是否瞬间导通产生蜂鸣声。由于数字万用表的反应时间较长，若测控同期出口脉冲较短，无论电压档还是导通档万用表均无法捕捉到同期出口脉冲，此种情况可采用灯泡法来进行验证，即将公共端、合闸出口、电池、灯泡相串联，当同期脉冲开出时，灯泡回路会短时导通发光，此种方法较直观。注意，采用灯泡法和万用表导通档测量都要保证操作回路不带电，如果发生其他试验人员在不知情时合上操作电源空开使操作回路带电，此时损坏灯泡和万用表事小，危及试验人员人身安全事大，所以试验前，应做好与各组检修人员的沟通协调工作。

由于大部分测控装置均有多个软遥信来表示测控装置的各种状态和告警，所以还可通过装置或后台上“同期成功”或“同期失败”等事项信息来判断同期是否成功，此种验证方法比万用表测量法和灯泡法都直观，但并不是四家厂家都可采用事项信息来判断，其中南自的同期事项可在测控面板和后台直观显示，南瑞科技的可在后台显示，长园深瑞只有在同期失败时方可在测控面板上显示，南瑞继保则无法在面板和后台进行显示。

3 同期试验应注意的事项

3.1 避免直接带断路器验证同期功能

同期功能只在人为操作断路器合闸时才得以应用，而每个开关总是在运行很长时间后才迎来停电检修，在如此长的时间内如何保证测控装置同期功能的可用性？从目前的现状来看，一方面通过运行人员的合环操作应用来反馈，另一方面通过装置定检来进行验证，而测控装置属于二次设备，定检周期一般与一次设备的预试同步开展。在检定同期功能时，因为要模拟电网各种运行情况下同期功能都要满足要求，所以会有多组试验，由于断路器的使用寿命和分合闸次数有限，外加预试定检试验时，一般会有多组人员同时开展，为了减少与一次人员的工作协调量，实验中一般不会带着断路器直接进行同期功能的验证，只有在试验结果不确定的情况下才会带着断路器进行，所以开始试验前要把测控装置的合闸出口回路脱开，以避免同期成功造成断路器合闸。测控装置上所带有的同期功能主要针对遥控合闸及测控就地合闸时对同期功能的要求，所以同期开出是和测控装置上的控制回路息息相关的，不管哪一家的综自设计，均可通过拆除合闸出口线的方法来切除同期开出。

3.2 测控装置自动判断同期模式的安全小隐患

同期时，首先是同期模式的选择，即检同期还是检无压，要能使装置自动实现模式选

择，要求定值中的检同期和检无压功能都必须投入。测控装置自动选择模式虽然减轻了操作人员的操作量，但也存在一个小概率的操作隐患，如线路已带电，但由于线路PT空开跳闸或电压接线端子松动，造成测控采集到的线路电压为零，若此时让测控自动选择同期模式，就会按照检无压的方式同期出口到实际应该检同期的线路上，就会造成非同期合环，这样会对电网造成较大冲击，对于母线电压空开跳闸或回路接线松动的情况，由于测控装置具有PT断线判别功能，所以可避免以上隐患，对于线路侧PT空开跳闸的情况可采用带有辅助触点的空开来进行监测，但对于测控上的电压接线端子松动，目前还没有有效方法来监测，只有把好投运前或检修后的验收关来确保。

3.3 其他注意事项

（1）实验前，首先要保证硬件上的同期功能已经投入，不同厂家设计同期功能投入的方法均有所不同，目前较常见的是通过连接片或同期转换把手来实现同期和非同期的切换，其次要检查装置的定值并查阅测控装置的技术说明书，以确保同期软压板投入并注意一些非常规的参数设置以确保实验方法的正确性。

（2）断路器在定值的±5%内可以合闸也可以不合闸，不同厂家的设备在装置精度上存在差别，其次是装置运行的年限较长，设备老化带来的精度误差也要加于考虑，所以每次同期试验最重要的是要确定出断路器准同期合闸的临界值，通过逐次试验结果的比对，可及时发现同期功能存在的问题，为及时发现设备的隐患提供参考依据。

4 结语

由于电网非同期并网的危害等同于缺相，而且同期合闸操作是又是变电站经常进行的一项重大操作，所以线路或断路器同期功能的可用性是调度、厂站运行人员都关心的问题，

随着电网规模的逐步扩大，高电压等级的线路也越来越多，保证投入运行的断路器能同期并网，就是为了保证整个电网的安全、经济、可靠运行，所以同期试验是保证整个电网的安全、经济、可靠运行的基本试验。

【参考文献】

［１］乔晓林，齐东升，苏建国.模拟同期试验方法[J].热电技术，2009（01）:19-22.

［２］李国美.浅析电网同期并列[C]//2010年云南电力技术论坛论文集.

［３］陈在强.浅谈变电站测控装置同期功能的调试应用[J]．城市建设理论研究，2011（23）．

［责任编辑：王静］