摘要：对220kV变电站同步系统导前相角同期合闸功能原理进行分析，结合变电站运行维护中同期合闸失败故障原因，提出对变电站同期功能验证的有效措施，确保电网安全稳定运行。
关键词：导前相角；同期合闸；同期故障
Pre phase angle synchronization brake function principle and common fault analysis of 220kV substation
CHEN Yun-zhong
（Yuxi Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Yuxi 653100，China）
Abstract：The 220kV substation synchronization system Pre phase angle synchronization brake function analysis，combined with the operation and maintenance of substation synchronous brake function in failure reasons，put forward effective measures to verify the substation synchronization function，to ensure the safe and stable operation of power grid.
Key words：Pre phase angle；synchronization brake；synchronization fault
引言
220kV变电站在电网运行中为枢纽变电站，220kV变电站同步系统失败将对电网和设备产生较大冲击，影响电网安全稳定运行。测控装置作为变电站综合自动化系统的重要组成部分，实现变电站同步系统功能，减小同步系统时对电网和设备的冲击具有重要作用。
本文以220kV变电站长园深瑞ISA-341G测控装置同期功能为基础，通过分析采用恒定导前相角方式实现同期装置功能的原理，保证在给定的导前相角下发出合闸脉冲，结合变电站运行维护中同期合闸失败故障原因，提出对变电站同期功能可用且有效的有效措施，确保电网安全稳定运行。
1电磁继电器构成的恒定导前相角同期合闸功能原理
常见的电磁继电器构成的恒定导前相角同期合闸功能，分为一段式和二段式两种，一段式常用于断路器合闸时间thz.dl较短（0.5S以下），允许滑差频率ws小的情况，即合闸时间thz.dl小于90°。当合闸时间较长时则采用二段式，即合闸时间thz.dl小于175°。结合目前变电站运行维护中断路器合闸时间基本上为0.2S一般不超过0.5S，将详述一段式电磁继电器构成的捕捉同步装置原理。捕捉同步的频差测量时用时间继电器的时间整定值实现，时间继电器时间定值越小，允许滑差频率越小，捕捉同步动作原理图见图1。
同步功能由频差测量、合闸提前角选择、电压差闭锁等组成，一段式捕捉同步第一段是在﹣30°点发出合闸脉冲。捕捉同步时断路器合闸瞬间的最大允许相角差为±30°至±60°，允许滑差值大时采用较小值，允许滑差值小时采用较大值，电磁继电器构成的捕捉同步装置原理接线见图2。
频差测量回路由同步检查继电器TJJ1和TJJ2及时间继电器组成，同步检查继电器TJJ1接在0°区复归，同步检查继电器TJJ2接在180°区复归，时间继电器的励磁区为弧AB和弧CD。以系统电压u1为参考，即u1固定于0°点，待并系统侧电压u2沿着圆周以两系统电压角速度之差w1﹣w2旋转；当待并侧系统电压u2到达A点进入AB区时同步检查继电器TJJ1和TJJ2触点同时接通，时间继电器励磁。当待并侧系统电压u2到达B点进入BC区时同步检查继电器TJJ1触点接通，TJJ2复归，时间继电器失磁复归；当待并侧系统电压u2到达C点进入CD区时同步检查继电器TJJ1和TJJ2触点又同时接通，TJJ2复归，时间继电器重新励磁；当待并侧系统电压u2到达D点进入DA区时同步检查继电器TJJ1复而闭合，时间继电器又失磁而复归。因此，两系统的频差可以用待并侧系统电压u2从A到B所需的时间来测量。
合闸提前角选择回路即合闸启动回路，时间继电器整触点动作时间整定值表示滑差已小于滑差整定值，时间继电器触点动作闭合中间继电器，中间继电器的一触点闭合使时间继电器自保持，一触点闭合准备好合闸启动的条件。当待并侧系统电压u2到达D点进入DA区时同步检查继电器TJJ1复而闭合时，立即使合闸继电器接通而发出同步合闸的脉冲，断路器经固有合闸时间合闸后主触头接通，接通瞬间角差小于整定值。
电压差闭锁回路由电压继电器1YJ、2YJ组成，当两系统的任意电压低于各自的额定电压的0.7至0.8时，电压继电器1YJ、2YJ触点同时断开，将捕捉同步装置闭锁。
2测控装置导前相角同期合闸功能原理
220kV变电站长园深瑞ISA-341G测控装置的同期功能用于需同期的手合及遥合，可实现一条线路的同期合闸输出，线路侧电压U L可接任意相电压和线电压，可根据线路侧电压互感器所接二次绕组电压在界面设定线路电压相别及类型，同期方式可选用检无压和检同期两种检测方式。当检无压和检同期都退出时，同期功能退出；当检无压和检同期同时投入，则先判检无压，是否有一侧低于电压额定值30%，检无压不成功则进行检同期判别，同期合闸原理见图3。
检同期合闸具有频差闭锁，压差闭锁，角差闭锁、频差加速度闭锁功能，同期合闸应在整组复归时间内完成，超过整组复归时间后合闸仍未成功，则取消操作，直到接收到新的合闸命令，其中角差需要考虑导前合闸角的影响，恒定导前相角同期合闸功能导前角可通过公式（1）计算得到：
式中：Δf为频差，Taq为断路器合闸回路动作时间，dΔf/dt为频差加速度。在母线和线路的相角差
满足
时合闸，目前变电站中频差一般设置为0.2Hz或0.5Hz，断路器合闸回路动作时间一般为0.2S，频差加速度一般设置为1Hz/S或者直接退出，即可通过公式（1）计算得出，若Δf=0.5Hz，Taq=0.2S，dΔf/dt=0，恒定导前相角为0.628°；若Δf=0.2Hz，Taq=0.2S，dΔf/dt=0，恒定导前相角为0.251°；若Δf=0.5Hz，Taq=0.2S，dΔf/dt=1Hz/S，恒定导前相角为0.754°；若Δf=0.2Hz，Taq=0.2S，dΔf/dt=1Hz/S，恒定导前相角为0.377°。
3变电站断路器同期合闸失败故障原因
220kV变电站测控装置同期功能合闸成功与否关系变电站及电网安全稳定运行，非同期合闸容易造成对电网和设备冲击，造成其它保护装置动作，甚至造成电网解列等运行事故。常见变电站断路器同期合闸失败故障原因有：（1）同期参数及同期控制字整定不正确，如频差加速度定值设置不合理导致恒定导前相角计算不正确造成同期合闸不成功；（2）待并系统侧电压u2电压类型不正确，不同厂家对相别要求不同导致，同期合闸不成功或非同期合闸；（3）同期合闸二次回路不正常，如同期合闸开入不正常或合闸回路连接电压未正常开入导致同期合闸不成功；（4）测控装置不能正常收到同期合闸命令，导致同期合闸不成功。
4变电站同期功能验证的有效措施
220kV变电站与电网运行联系紧密，变电站同步系统的配置与设计随着电网规模的扩大与作为枢纽变电站的重要性，同期功能越显得重要，针对变电站同期功能合闸可能造成同期合闸失败与非同期合闸的原因采取以下措施：（1）针对每一台具备同期功能的断路器与保护定值正式下发定值单，由运行维护人员与保护装置一起进行定值核对与维护；（2）结合变电站验收与检修，对接入待并侧系统电压二次绕组核对电压类型与大小，建立台账以备核查；（3）对同期合闸二次回路进行检修维护，避免二次回路接线不可靠，确保二次回路正常；（4）针对测控装置不能正确接收同期遥控合闸命令，要根据调度命令进行操作，避免强送，及时排查原因。
5结论
本文通过分析采用恒定导前相角方式实现同期装置功能的原理，对采用恒定导前相角方式来保证断路器主触头接通瞬间的相角差不大于某一定值，保证在给定的导前相角下发出合闸脉冲，避免非同期合闸对电网及变电站形成冲击造成解列及设备损伤。
参考文献：
[1]电力工程电气设计手册：电气二次部分 /能源部西北电力设计院编.-北京：中国电力出版社，1991.8（2013.7重印）
作者简介：陈运忠（1988），男，学士，工程师，玉溪供电局变电修试所，主要从事变电站自动化系统维护工作，whucty@163.com。
论文作者:陈运忠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：同期论文; 相角论文; 变电站论文; 电压论文; 继电器论文; 功能论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第19期论文;