同期系统在水电站中的应用

水电站同期并网操作时需注意的问题张晓华【摘要】把发电机投入到电力系统并列运行，需要进行一系列的操作，这种操作称为并列操作或同期操作。

一般情况下，水电站机组同期可分为单点同期及多点同期。

本文通过实际应用自动准同期装置中发现的问题进行分析，实现水电站自动同期并网发电。

【期刊名称】《水电站机电技术》【年(卷),期】2016(039)003【总页数】2页(P22-23)【关键词】同期;并网;发电机;系统侧;待并侧【作者】张晓华【作者单位】河北省桃林口水库管理局，河北秦皇岛 066000【正文语种】中文【中图分类】TM762.3同期系统是一个电站发电并网的关键点，所以同期系统的正确性及合闸成功率直接关系到电站的经济效益。

新安装的同期系统在投入运行之前，需要对同期回路设计、接线正确性进行检查，对同期装置动作特性进行调整试验，以保证同期系统调节快速有效，动作准确可靠。

在电力系统中，同步发电机并列运行时，所有发电机转子都是以相同的角速度旋转，转子间的相对位移角也在允许的极限范围内，这时发电机的运行状态称为同步运行。

发电机在投入电力系统运行之前，与系统中的其他发电机是不同步的。

把发电机投入到电力系统并列运行，需要进行一系列的操作，这种操作称为并列操作或同期操作。

在图1中G、S是两个电源系统，设他们的表达式分别为：通过操作断路器QF合闸使两个电源系统并列在一起运行，QF的合闸时刻t应具备下列条件，使两电源系统受到的冲击最小：上述3个条件称之为同期过程的三要素。

在满足同期三要素的时刻t时，操作断路器合闸的过程就是同期过程，满足同期三要素的点称为同期点。

在同期的三要素中，频率和相角差是相互矛盾的。

假如两个电力系统的原有相角差△φ≠0，而当满足频率相等的要素时，△φ恒定，△φ=0永远不可能。

只有频率差△F=|Fg-Fs|≠0时，才会△φ=0。

同期过程实际上就是调整系统，使之满足△φ=0的过程，电压差△U和频率差△F作为同期时的限定条件在一定范围内即可。

摘要水电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，起着生产和输送电能的作用。

电气主接线是发电厂的主要环节，电气主接线拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是水电站电气部分投资大小的决定性因素。

本次设计水电站电气一次及同期系统。

首先根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择220KV电压等级的接线方式，选取灵活的最优接线方式。

其次，进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，并根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择并进行校验，然后进行厂用电设计计算。

最后根据同期原理设计水电站同期系统并选配相应的元器件。

关键词: 电气主接线，短路电流；电气设备，厂用电，同期系统ABSTRACTHydropower is an important part of the power system,which directly affects the entire power system security and economic operation, plays a role in the production and distribution of electrical energy. The design of the electrical station once and synchronization system.First, according to the main terminal of economical, reliable and flexible operation 220KV voltage level required to select connection mode, select the optimal flexible wiring.Secondly, the short-circuit current calculation, according to the short circuit point were calculated for each point of impact of current steady state current and short-circuit, and according to the voltage level of the rated voltage and maximum continuous operating current for equipment selection and verified. Then, the auxiliary power design calculations.Finally, according to the same principle of synchronization system design of hydropower station and select the corresponding components.Key words :the electricity mainwiring ,the short-circuit current ,electricity目录前言 (7)第一章电气主接线设计 (8)1.1电气主接线 (8)1.1.1电气主接线设计的原则 (8)1.1.2电气主接线的设计程序 (9)1.1.3主接线形式的选择 (12)1.2主变压器的选择 (13)第二章短路电流的计算及负荷计算 (15)2.1短路电流计算的目的和条件 (15)2.1.1短路电流计算的目的 (15)2.1.2短路电流的计算条件 (16)2.2短路时间的计算 (16)2.3 等效电路阻抗及短路电流的计算 (18)第三章电气主设备的选择与校验 (25)3.1导体和电气设备选择的一般条件 (25)3.1.1一般原则 (25)3.1.2短路状态热稳定和动稳定的校验 (26)3.2设备的选择及校验 (27)3.2.1高压断路器 (27)3.2.2隔离开关 (30)3.2.3电流互感器 (30)3.2.4电压互感器 (31)3.2.5 导线 (32)3.2.6 熔断器 (33)3.2.7 避雷器 (33)3.2.8 支柱绝缘子 (33)3.2.9 穿墙套管 (34)3.2.10 消弧线圈 (34)第四章厂用电设计 (35)4.1 厂用电系统设计原则 (35)4.2 厂用电系统的特点 (35)4.2.1 厂用电电压 (35)4.3 厂用电计算 (36)4.3.1 厂用电负荷计算 (36)4.3.2 厂用电接线图 (37)第五章同期系统设计 (38)5.1.1 同期原理概述 (38)5.1.2 同期系统设计研究状况 (38)5.2 同期原理图 (40)5.3 系统硬件配置图 (41)5.4 同期系统流程 (42)5.4.1 导前时间 (42)5.4.2 准同期条件 (43)5.4.3 均频控制 (43)5.4.4 均压控制 (43)5.5 软件模块设计 (44)5.5.1程序判别方法 (44)5.5.2计算电压 (44)5.5.3计算频率、滑差 (44)5.5.4计算角加速度差 (45)5.5.5计算相位 (45)5.5.6计算相位差 (45)结束语 (47)致谢语 (48)参考文献 (49)前言电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。

文章编号:1007-7596(2008)01-0060-02S I D-2H 准同期装置的原理以及在水电站上的应用探讨白金山(阿城继电器股份有限公司,黑龙江阿城150300)摘　要:以S I D-2H 分体式多对象、发电机、线路复用微机同期控制器(以下均称控制器)为例介绍了水轮发电机组自动准同期的控制方法,它采用频差控制和相角控制的复合控制方案,可使机组与电网的频差和相差信号在同期点附近同期摆动时,提供精确的数学模型确保装置能绝不遗漏地捕捉到第一次出现的并网时机,并精确地在相角差为零度时完成无冲击并网,把并网速度及精度提高到极值。

同时就水电站中控制器的配置及控制器与快切装置、自动重合闸的合理配合提出一些个人观点。

关键词:S I D-2H ;自动准同期;控制器;重合闸;配置原则中图分类号:T M 76 文献标识码:A　[收稿日期]2007-12-15　[作者简介]白金山(1969-),男,黑龙江阿城人,工程师。

在我国电力系统中,水轮发电机组占有越来越重要的地位。

水轮机组启动快,在电力系统故障情况下能做到迅速提供电源,使电力系统能量迅速平衡,从而消除故障,挽救系统。

因此,水轮机组的快速同期控制研究是一个具有重要意义的课题。

水轮机组的同期并列方式有自同期与准同期两种,由于自同期方式不考虑电压与相角的条件,对机组和电网冲击较大,应用受到一定限制。

准同期方式理想条件是待并网机组与电网的电压差、频率差、相角差均为零,自动准同期方式通过自动调节频差、压差、信号满足以上理想要求。

在近几年黑龙江建设及改选的中小型水电站,如海林双桥水电站、黑龙江富地营子水电站、兰西河口等水电站中,S I D-2H 同期装置都有应用,因它有好的精确性、快速性、可靠性及高的性价比势必在黑龙江及全国的中小型电站中推广应用。

1　控制器的主要功能①本装置可供发电机和线路并网共用,总共并列点数达到8路。

②确保捕捉第一次出现的并网时机及在零相角差时完成并网。

收稿日期：2013-08-16；修回日期∶2013-09-13作者简介：卢庆平（1977-），男（瑶族），广西马山人，工程师，工学学士，主要从事水电站生产技术管理及电气工程技术研究、实施工作，E-mail ：lqp146@ 。

拔贡水电站改扩建工程同期系统设计相关问题的探讨卢庆平（广西水利电力建设集团有限公司金城江水力发电厂，广西河池５４７０００）摘要∶“无人值守，少人值班”是21世纪以来新建电源项目尤其是水电站建设的要求，目的是降低人工成本、提高电站的自动化水平，而同期系统微机精算化是实现这一目标的重要环节。

拔贡水电站改扩建工程同期系统按照相关的原则和要求进行了设计和招投标，购置的设备基本上是国内外知名的品牌产品，但在实际应用中，目前的同期系统设计存在一些问题，值得进行探讨。

关键词∶同期系统；拔贡水电站改扩建工程中国分类号∶TM645.1文献标识码∶B文章编号∶1001-408X （2013）06-0059-03第32卷第6期2013年12月红水河HongShui RiverVol.32，No.6Dec.20131概述两个交流电源的互联操作即常说的“同期”、“同步”、“并列”、“并网”等，该操作应遵循的规则是在两电源的压差、频差小于允许值且在相角差接近零度时完成并网操作，能实现以上操作的装置我们就称为同期装置或同期系统。

1.1同期并网方式的分别（１）按形式分为自同期和准同期两种方式，而准同期方式又分为自动准同期和手动准同期。

（２）按并网的性质可分为差频并网和同频并网（合环或环网），差频并网常见于发电机、主变出口同期点，同频并网常见于线路出口同期点。

1.2非同期并网的危害（１）水电站的同期并网一般在发电机出口开关实现，但也有以主变带机组及线路带机组并入系统的情况，无论何种方式都是一项重大的操作，它直接涉及到系统运行的稳定及发电机等一次设备的安全，要求必须做到快速准确。

非同期并网不但带来对机组的巨大冲击，还会引起系统的电磁振荡，容易造成设备的损坏。

水电站同期系统的改造作者：黄生体来源：《海峡科学》2007年第05期【摘要】为了提高水电站运行控制及监测的自动化水平，中、小型水电站在由常规控制改造为计算机监控系统控制中面临很多问题，本文结合泉州市龙门滩二级电站的实际，对同期系统改造过程中因考虑的问题进行了阐述。

经投入运行证明，所使用的同期装置和选定的同期方案是成功和稳定的。

【摘要】水电站微机自动准同期改造同期点同期选线并列操作一工程概况泉州市龙门滩引水枢纽工程位于德化县龙门滩镇境内，是个跨流域北水南调、梯级开发、集引水、a发电、灌溉、养殖、旅游为一体，实现水资源优化配置的水利工程。

龙门滩管理处从1999年开始对一、二级电站、水库大坝、梯调中心分步实施计算机监控改造，选用阿尔斯通（天津）水电设备限公司Alspa 320系统，二级电站于2003年3月全部改造完成。

监控系统采用分层分布式结构，系统由三部分组成：梯调中心控制、电厂中控室控制、现地MMI控制。

控制功能由控制单元的机组LCU、开关站LCU及现地执行机构完成。

笔者参与了二级电站的整个改造的设计、安装及调试过程，现结合工作实际，谈谈同期部分的改造。

二级电站主接线图如图一示：二改造前的同期方式龙门滩二级电站在SCADA系统投运之前，机组出口开关的同期采用手动同期和使用ZZQ-5自动准同期装置，其他开关均采用手动准同期。

随着计算机监控系统的改造，更换同期方式已势在必行。

同期点的并列操作是电力系统中一项主要的操作内容。

因为断路器的两端均有电源，若同期点断路器的合闸时机不适当，两端的电参数相差较大，就将会引起断路器爆炸甚至整个电力系统稳定破坏而导致崩溃，发生大面积停电的重大恶性事故。

电站以前采用的同期方式基本上也能将同期点断路器的合闸时间控制在一定的范围之内。

但在以下方面存在一定缺陷：1.没有自动选择时机的功能，合闸时机很难把握，所以对操作人员的要求较高，经常出现操作人员多次合闸不成功的事件。

2.合闸时机随意性大。

小型水电站扩容增效技改中同期点和同期方式选择余建军【摘要】本文针对目前每个小型水电站扩容增效技改中微机监控设计和改造中必须解决的同期点选择和同期方式确定问题结合相关理论、规范，在总结常规监控方式下同类问题的解决办法基础上结合工程实际提出了切实可行解决问题的方法和依据。

%For the choice of synchronous point and the determining of ways of synchronizing in the computer monitoring design and transformation in technical transformation of each hydropower station expanding capacity and increasing efficiency, this paper puts forward the practical ways and basis to solve the problem, taking conjunction with relevant theory, specification and engineering practice, based on the solution to similar problems in the conventional monitoring.【期刊名称】《中国水能及电气化》【年(卷),期】2011(000)010【总页数】4页(P47-49,46)【关键词】小型水电站扩容增效技改中同期系统点;同期方式的选择【作者】余建军【作者单位】四川水利职业技术学院双合教学科研电厂,都江堰611830【正文语种】中文【中图分类】TV742随着小型水电站扩容增效技改工作的推进以及计算机在小型水电站的运用逐步推广，许多原来常规监控的水电站将进行计算机监控改造。

同期系统是水电站一个重要的二次系统。

探究关于PLC的水电站同期选线控制的设计及应用[摘要]伴随着不断复杂的电力系统电网结构，出现了越来越多的大容量机组，常规同期系统模式设计已经无法满足目前同期系统的要求，本文先简述了同期接线系统常见模式，并分析了同期合闸关键技术及作用，最后阐述了plc在同期系统中的应用原理及作用。

[关键词]plc；同期系统；选线控制中图分类号：tg333.7 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）11-0167-02目前计算机技术得到了快速发展，已经广泛涉及各行各业，也在水电厂的自动控制系统中得到了应用。

采用可编程控制器plc能够实现数据采集、运算，计时、逻辑控制及通信等多项功能，操作可靠、灵活性能高，速度快且具有可扩展性，在水电厂微机监控系统中发挥了重要作用。

此项系统作为一项水电厂综合自动化系统重要组成部分，能够检测、控制各项设备，实现自动起机、停机及调相运行等方面的自动控制、调节。

一、同期系统常见模式及简述1、系统同期点和获取同期电压的方式水电站、发电厂目前普遍采用的是单相同期方式，各种单相同期接线获取同期电压的方式也各不相同。

（1）电压≥110kv的中性点直接接地系统通常情况下系统电压互感器（tv）二次绕组类型有主二次绕组和辅助二次绕组两种【1】，它们的相电压分别为100/v和100v，这时候应接入辅助二次绕组一相电压的同期电压。

（2）主变高、低电压主变通常采用的是y，d11接线，应选择辅助二次绕组100v的相电压uan为高压侧的二次电压接入，选择tv主二次绕组100v的线电压uac，这样能确保联测同期电压数值、相位无差别。

（3）经高电阻接地、中性点不接地系统系统采用的电压互感器（tv）有两种类型：①拥有2个二次绕组，主二次绕组和辅助二次绕组，它们的相电压分别为100/v和100/3v；②只拥有1个二次绕组，相电压是100/v，这时候应该接入100v的主二次绕组线电压为同期电压。

2、同期系统接线设计（图1）所示为传统应用的同期系统接线控制回路。

电力系统自动化同步发电机同期系统与并列操作电力系统自动化同步发电机同期系统是现代电力系统中一个非常重要的组成部分，其主要作用是确保发电机在并网运行时，能够与系统其他发电机和负荷保持同步，避免出现失步现象。

并列操作是指多台发电机同时在同一系统中运行，这个过程需要同步发电机同期系统的支持和协调，以确保各台发电机能够稳定、安全地运行。

同步发电机同期系统的主要作用是使发电机与电网的电压、频率和相位相同，并保证其输出的电能满足系统需求并能进行平稳地功率交换。

同期系统包括同期器、速度控制和电压调节等组件。

其中，同期器主要用于检测发电机转速，控制发电机励磁，保证发电机与电网频率相同；速度控制主要用于控制机组转速，保证发电机与电网同步；电压调节用于控制电网电压，使发电机输出电能符合系统需求。

并列操作时，同步发电机同期系统需要协调各台发电机的运行状态，保证它们的频率和相位相同。

在发电机并列运行时，通常采用一台发电机作为主发电机，其余发电机则作为从属发电机，通过控制主发电机的输出功率和电压来控制整个系统的运行。

同期系统需要对发电机进行速度和电压调节，以保证发电机输出的电能符合系统需求。

此外，同步发电机同期系统还需要监控各台发电机的运行状态，当出现故障时及时处理，以确保系统稳定、安全地运行。

在电力系统中，同步发电机同期系统是一个非常重要的组成部分，其作用不仅可以保证发电机的正常运行，还可以提高电力系统的安全可靠性。

在并列操作中，同步发电机同期系统的协调和控制能力特别重要，它们直接关系到整个系统的运行和稳定性。

因此，对同步发电机同期系统的研究和应用具有重要的意义，这需要我们在关注它的同时，不断深入探索和利用它的优势，为电力系统的发展和健康运行做出贡献。

同期系统同期操作（或同期并列）是将同期发电机投入到电力系统参加同期并列运行的操作，同期操作是借助于同期电压和同期装置实现的。

在发电厂中，通常把反映同期装置和同期电压连接关系的回路称为同期系统。

本文主要介绍同期电压的引入、自动准同期装置的工作原理及外部电路。

一、同期并列的条件两个独立的电源并列运行在一起，必须具备下列条件：（1）电压（大小）基本相等（二次电压±5V）。

（2）频率基本相同。

（±0.15HZ）（3）电压的相位角差不超过允许值（20°）。

否则，可能产生巨大的冲击电流；引起电力系统电压严重下降；可能使电力系统发生振荡以至于瓦解。

而巨大的冲击电流将产生强大的电动力，可能对电气设备造成严重的损坏，系统振荡并失去稳定，造成严重后果。

二工作原理（以深圳智能SID-2CM为例）1.电力系统并网的两种情况并网的确切定义：断路器两侧都存在电源的合闸操作称之为并网，并网有以下两种情况：差频并网：发电机与系统并网和已解列两系统间联络线并网都属差频并网。

按准同期条件并网时需实现并列点两侧的电压相近、频率相近在相角差为0度时完成并网操作。

同频并网：未解列两系统间联络线并网属同频并网（或合环）。

这是因并列点两侧频率相同，但两侧会出现一个功角δ，δ的值与联接并列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。

这种情况的并网条件应是当并列点断路器两侧的压差及功角在给定范围内时即可实施并网操作。

并网瞬间并列点断路器两侧的功角立即消失，系统潮流将重新分布。

因此，同频并网的允许功角整定值取决于系统潮流重新分布后不致引起新投入线路的继电保护动作，或导致并列点两侧系统失步。

2 差频并网合闸角的数学模型准同期的三个条件是压差、频差在允许值范围内时应在相角差ϕ为零时完成并网。

压差和频差的存在将导致并网瞬间并列点两侧会出现一定无功功率和有功功率的交换，不论是发电机对系统，或系统对系统并网对这种功率交换都有相当承受力。

浅谈微机自动同期装置在电厂的应用摘要：发电机组与系统并列是一项非常重要和经常进行的操作，为避免因发电机非同期并列造成的电气设备严重损害和系统震荡、瓦解等恶性系统事故，在发电厂广泛采用了同期装置，本文主要介绍某热电厂微机自动同期装置原理、功能及应用。

关键词：自动准同期；并列；系统引言同期操作是电力系统中一项重要的操作内容。

在发电机与系统并网、小系统通过联络线并入大系统、母线并列运行等操作中，并网的双侧都是有源系统，如果并网的瞬间非同期，那么将产生较大的冲击电流，严重威胁设备和电网安全运行。

随着电网网络的安全稳定性要求越高，不论是对发电机断路器的合闸操作，还是在变电站中对系统的断路器合闸操作，都要求同期装置具有很强的可靠性和快速性，而微机自动同期装置可实现以上的功能要求。

1.同期装置原理由电力系统中任一点的电压瞬时值表达式u=Umsin（t+φ）可以得出同期条件：（1）fg＝fs（即频率相等）（2）Ug＝Us（即电压幅值相等）（3）△φ＝0（即相角差为0）而实际上，交流电的变化一般是每秒50次（50Hz），靠人眼是根本无法准确判别和定位的。

因而，引入同期装置。

但即便引入同期装置，也根本做不到绝对同期。

在并网时只能尽量减少差值，使合闸时达到理想条件，减小冲击。

自动准同期装置允许频率差值为±0.2Hz，判断符合频率相同的条件，允许压差值设置为系统电压值±5%以内均认为符合电压相同的条件。

为了使并列操作满足条件，尽量使合闸时达到理想条件。

自动准同期装置必须设置三个控制单元：（1）频差控制单元；（2）电压差控制单元；（3）合闸信号控制单元。

2. 同期装置功能。

同步表集同步表和同期闭锁继电器于一体，用于手动同期相位角指示，及手动同期和自动同期同期闭锁功能。

装置具有自动识别并列点并网性质的功能，即自动识别当前是差频并网还是同频并网。

选线器不仅适用于原来按同期小母线集中同期方式设计的厂、站，也同样适用于新设计具有DCS的发电厂。

水电站同期系统传统试验方法及简化试验方法摘要:电力系统对水电站同期并网有严格的要求,在调度令下达后要求在几分钟之内要并上网且带上负荷。

同时实现快速并网对满足系统负荷供需平衡及减少机组空转能耗有重要意义。

同期系统的正常运行对水电站运行有重要的作用,水电站的初次投运、同期系统故障、电气检修后都要对同期系统进行调试,本文对同期系统的原理和正常调试及简单调试方法进行探讨。

关键词:同期系统传统试验简化试验1 同期装置的基本原理同期装置是水电站的二次设备中极为重要的一个部分,它的工作正确与否直接决定了发电机能否安全快速的并入系统,所以在机组启动或检修后对同期装置的试验显得极为重要。

同期的方式有两种,一般分为差频并网和同频并网。

所谓差频并网:按准同期条件并网时需实现并列点两侧的电压相近、频率相近在相角差为0度时完成并网操作。

发电机与系统并网和已解列两系统间联络线并网都属差频并网。

而线路侧断路器并网一般是同频并网,所谓同频并网:未解列两系统间联络线并网属同频并网(或合环)。

这是因并列点两侧频率相同,但两侧会出现一个功角δ,δ的值与联接并列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。

这种情况的并网条件应是当并列点断路器两侧的压差及功角在给定范围内时即可实施并网操作。

并网瞬间并列点断路器两侧的功角立即消失,系统潮流将重新分布。

因此,同频并网的允许功角整定值取决于系统潮流重新分布后不致引起新投入线路的继电保护误动,或导致并列点两侧系统失步。

准同期的三个条件是压差、频差在允许值范围内时应在相角差为零时完成并网。

压差和频差的存在将导致并网瞬间并列点两侧会出现一定无功功率和有功功率的交换,不论是发电机对系统,或系统对系统并网对这种功率交换都有相当承受力。

因此,并网过程中为了实现快速并网,不必对压差和频差的整定值限制太严,以免影响并网速度。

但发电机并网时角差的存在将会导致机组的损伤,甚至会诱发后果更为严重的次同步谐振(扭振)。