摘要：本文简要介绍了1000kV特高压站同期装置的原理及功能，讨论了特高压站同期合闸与同期装置的相关介绍，以及同期装置的实现方法。对不同条件下的同期装置惊行了推到分析，为日后特高压建设中同期装置的应用与实现提供了理论依据。
关键词：特高压；同期；同期合闸；同期装置
1 引言
在电力系统中，有许多电源点并列在一起运行，每个发电机的相对角速度都在允许的极限值以内同步运行。电负荷的波动或电力系统中存在各种故障或不同运行方式的要求，部分电源或部分电网与主网解列后需要并入主网运行，如果并网条件不满足，将会产生极大的冲击电流，会损坏系统中的发电机，引起系统电压下降，甚至严重会使电力系统发生解列[1]。
2 同期合闸的相关介绍
2.1 概要说明
同期合闸是变电站中经常遇到的操作，对减小冲击，提高系统稳定性具有重要作用。同期的条件有四点：频差、压差、角差、滑差合格。
同期要求为安全、准确、快速。三个条件中安全最重要，同期装置必须有完善的闭锁功能，宁拒动不误动。对准同期来说，在系统角差为0时合闸，对系统的冲击最小；电厂中作为发电机的并网，快速性也很重要，捕捉第一次0角度合闸可以节省大量能源。
2.2 合闸的分类
在变电站中进行断路器合闸，根据其合闸点两侧系统的情况，可以将合闸操作分为检无压合闸、假同期合闸、检同期合闸以及准同期合闸四种方式。
检无压合闸的判据是合闸点两侧任意一侧没有电压，或者两侧都没有电压，如线路送电时进行的合闸或合空开关。假同期合闸一般在装置调试或进行断路器传动试验时进行，它与低压变电站的断路器合闸操作类似，不需要根据电压条件进行判断，可以直接合闸，是一种无条件合闸方式。断路器两侧都有电压时是有压合闸，有压合闸分为检同期合闸和准同期合闸，检同期合闸即合闸点两侧同属一个系统，合闸前只检测压差和角差，不检测频差和滑差，断路器合上后电网在此处增加一个联络点；而准同期合闸是两个无联系的电网并列或发电机组并网，合闸时需检测频差、压差、角差和滑差合格。
2.3 同期合闸方式的选择
检同期合闸和准同期合闸的要求不同。装置虽然可以自适应地判断出是同频还是差频，但对频差很小的系统，这样作意味着牺牲一些时间来判断，会对合闸的时机带来延误。而调度员是了解系统的运行结构的，知道预合闸的断路器是处于同频还是差频同期的位置，在发命令的时候即区分开同频同期、差频同期、遥控合闸命令会更好。
2.4 合闸导前时间的计算
合闸导前时间即指装置出口到断路器合上闸的动作时间。它的准确获得直接关系到同期点角差的准确性。一般的方法是通过开入量的方式，即通过接入断路器的辅助接点，来计算发出合闸令到该信号变位的时间。也可以通过模拟量检测导前时间，即检测电流从无到有的时间。
2.5 合闸时间的计算
根据装置所设置的同期相差，如果两个电网系统的相角差在规定的范围内，则发出合闸命令。合闸时间的确定要考虑在最差的条件下，即相角差刚好超过所规定的范围时，发出合闸命令所需要的最长时间。
3 特高压站同期装置介绍
1000kV特高压站（以特高压南阳站为例）采用CSI—200E数字式综合测量控制装置实现同期功能，具体装置情况如下所述：
3.1 定值解释
同期方式控制字，00FF用16个二进制表示，代表的控制信息如下所示：D15：同期电压是否选A相；D14：同期电压是否选B相；D13：同期电压是否选C相；D12：同期电压是否选AB相；D11：同期电压是否选BC相；D10：同期电压是否选CA相；D9：备用；D8：对侧相电压额定值1：57.7V。0：100V；D7－D5：备用；D4：捕捉同期合闸捕捉时间范围4U（4u为四个时间单位，每个时间单位为20s）；D3：捕捉同期合闸捕捉时间范围2U；D2：捕捉同期合闸捕捉时间范围1U；D1：检同期时是否允许检无压。1：检同期时无压禁止合闸 0：检同期时无压允许合闸；D0：选择捕捉同期时的最小允许合闸角。1：捕捉同期时合闸角小于3度。0：捕捉同期时合闸角趋近0度。
注：捕捉同期合闸时间基础捕捉时间为一个时间单位。
3.2 同期压板
CSI—200E数字式综合测量控制装置考虑了一个半断路器接线时，同期电压采用近区优先原则。共设置10个软压板对应不同的同期选择方式：
图1 特高压站3/2开关接线方式
a）同期功能压板；b）检同期压板；c）检无压方式压板；d）准同期压板；e）固定电压方式。U1 和U4 为同期电压；f）采用近区优先原则。U1 和U2 为同期电压；g）采用近区优先原则。U1 和U3 为同期电压；h）采用近区优先原则。U1 和U4 为同期电压；i）采用近区优先原则。U2 和U3 为同期电压；j）采用近区优先原则。U2 和U4 为同期电压；k）采用近区优先原则。U3 和U4 为同期电压。
a）压板是同期功能压板，只有投入它，装置才具有同期功能。
b）、c）、d）压板为同期方式压板，根据运行方式投入其中一个。
e）到k）压板为同期节点方式压板，当抽取电压只有一路，投入固定方式压板；否则，根据近区优先的原则投入相应压板。
3.3 检同期方式
投入b压板时，同期方式为检同期方式。
合闸条件为：
1）两侧的电压均大于0.9Un；
2）两侧的压差和角度差均小于定值。
如同期控制字D1位置”0”，则检同期时无压可以合闸，条件为：一侧/两侧无压（<0.3Un）。
3.4 检无压方式
投入c压板时，同期方式采用检无压方式。
合闸条件为：一侧/两侧无压（<0.3Un）。
3.5 准同期方式
投入d压板时，同期方式为准同期方式，并默认无压不可合闸。
合闸条件为：
1）两侧电压均大于0.7Un；
2）两侧电压差小于定值；
3）频率差小于定值；
4）滑差小于定值。
在以上条件均满足的情况下，装置将自动捕捉0º合闸角度，并在0º合闸角度时发合闸令，其中合闸角度的计算公式为：
公式1
式中
--两侧电压角度差；
--两侧电压频率差；
--频差变化率；
--提前时间
e）、f）、g）、h）、i）、j）、k）七个压板为同期电压选择压板，它们只能投其中一个，其余自动退出。若为固定电压方式，则装置保持压板状态。若采用近区优先原则，装置上电后和发出合闸令后，退出所有采用近区优先原则的压板。
4 特高压站同期功能的实现
4.1 控制字
1000kV特高压站设置同期装置的控制字为：810B，即1000000100001011。之前的解释可以看出在并网操作时对同期装置的要求为：
1）捕捉同期时合闸角要小于3°；
2）检同期操作时无压禁止合闸；
3）合闸投入时间是2U（1U=20s），由于合闸基础时间是1U，所以装置的合闸时间是3U，即60s；
4）同期操作时对侧相电压（线路电压）额定值选择为57.7V；
5）同期电压信号取自A相。
同期压差：特高压站设置同期压差为：0.05Un（Un=57.7V），即2.88V，表示在同期合闸时二次侧两侧压差不能大于2.88V。
同期频差：特高压站设置同期频差为0.2Hz，表示在同期合闸时两侧频率差不能大于0.2Hz。
同期相差：特高压站设置同期相差为3°，表示在同期合闸时两侧相角差不大于3°。
提前时间：特高压站设置提前时间为120ms，表示捕捉同期的导
前时间，一般指开关接收到合闸脉冲到开关合上的时间为120ms；
同期滑差：特高压站设置同期滑差为0.2Hz/s，表示在同期合闸时两侧电压频差变化率不能大于0.2Hz/s。
4.2 合闸时间的确定
1000kV特高压特高压站设置同期相差为3°，所以在确定合闸时间时应考虑在华中网、华北网相角差刚好超过3°时，所需要的最长
时间。假设华中网的系统频率为f1，华北网的系统频率为f2，且f2大于f1，则相关的计算方法如下所示：
公式2
公式3
假设将同期看做两系统相互捕捉的过程，一旦两系统相角差小于3°，则发出合闸命令，否则继续捕捉公式1）中
可以看做捕捉的最长距离，
表示两系统相互捕捉的速度差，因此其计算结果就为同期所需要的时间，其计算结果为毫秒级的；公式2）中
表示捕捉时所需距离与总距离的比值
表示两系统同期所要的最长时间，其计算结果为秒级的。可以看出，同期时两系统的频差越大，所需要的合闸时间越短。
根据特高压站同期装置的精度以及现场实际的需要，确定同期频差为0.02Hz，带入上述公式后，可以算出大约在50s附近，因此确定合闸时间为60s。
5 结论
本文简单介绍了1000kV特高压站同期装置的原理以及实现功能，通过以上研究，对三种不同同期合闸方式进行了简要介绍。对同期装置控制字的设定与合闸时间方式的研究，确定了1000kV特高压站合闸时间为60s。
参考文献：
郭继组.线析准同期装置工作原理.电子机械工程[J]，2014年第2期：131-132
作者简介：
罗沐（1992.10－），男，汉族，辽宁省朝阳市，国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，助理工程师，主要从事特高压变电站设备运行维护工作。
曹东政（1990.11-），男，汉族，辽宁省朝阳市，国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，助理工程师，主要从事变电设备检修工作。
论文作者:罗沐[1],曹东政[2]
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
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