电网同期的理论与实践

研究与分析ＹＡＮ　ＪＩＵ　ＹＵ　ＦＥＮ　Ｘ　

电网同期的理论与实践　

刘佩芬　，焦　莉　，赵海鸣　，刘英英　，李依凡　，彭书涛　

（１．陕西电力培训中心，陕西西安７１００５４；２．陕西省电力公司，陕西西安７１００４８；　

３．延安供电局，陕西延安７１６０００；４．陕西电力科学研究院，陕西西安７１００５４）　

０　引言　

电网同期通常有２种情况：１）差频并网：２个独　

立运行着的电网之间通过一条线路同期并联；２）同　频并网：同一电网中２个变电站之间再投入一条线路　的同期并联。差频并网和同频并网操作是电网同期　并列的２种不同情况，同频并网是电网同期不同于发　电机同期的显著特点。差频并网和同频并网操作的　

自动化问题，应当有不同的解决方案。然而，在电网　

的同期装置中，仍然存在不区分差频并网和同频并　网一律实施所谓“检同期”的情况，给电网运行带来　不良影响。本文对此进行分析，给出了差频并网和同　频并网不同的合闸逻辑，对装置定值及计算提出了　

建议　

１　电网同期理论　

１．１　差频并网　差频并网的特点是待并列断路器两侧不仅存在　着电压差．而且还存在着频率差和变化着的相角差。　

差频并网要通过准同期方式完成。准同期并列的实　际允许条件是：电压幅值差△ｆ／≤（５％～１０％）　；频率　

差￣ｆ－＜ｏ．１－０．２５　Ｈｚ：合闸瞬间，相角差６≤１０。ｌ】１。　准同期并列时，由于频率差　勺存在，使得相角　

差６随时间变化，在压差、频差合格时，捕捉６＝１０。的　合闸时机．成为准同期并列装置的技术核心。准同期　并列的合闸逻辑见图１１２１。无论是手动、还是自动准　

同期。其合闸逻辑均应符合图ｌ。　图１　准同期并列的合闸逻辑框图　图１中，压差、频差、频差变化率均为合闸闭锁条　件：“合闸瞬间相角差６＝０”的条件在合闸逻辑计算中　

实现。具体计算软件原理如图２所示。　

电压差控制　

图２准同期并列合闸控制软件原理框图　

收稿日期：２００９—１０—０５　作者简介：刘佩芬（１９５６一），女，陕两成阳人，教授，从事电力系统自动化方面的教学和科研工作。

　ＹＡＮ　ＪｌＵ　ＹＵ　ＦＥＮ　Ｘ｛研究与分析　

理想合闸导前角（按恒定导前时间￡　计算）的计　算见式（１）。　

６　，＝　ｄｑ＋｛×　ｊ　（１）　

式中：　为当前采集到的滑差。　当　－６　ｌ≤　时，发出合闸脉冲。６　为当前测量到　

的相角差。必须强调指出，准同期并列合闸的目标　

一定是捕捉相角差　≤０。的时机。合闸产生的“合闸　

误差角”不应超过“合闸允许相角差”。在微机同期　装置中一般控制在３。以内。　１。２　同频并网　

同频并网是指有电气联系的电网中通过并列点　再增加一条通路的操作，如线路断路器、双母线系统　的母联断路器、３／２接线的各串中的某个断路器的同　

期操作等。其特点是待并列断路器两侧电压的频率　相等，频差为零，压差存在，相角差是一个固定值。　

同频并网解决电网的合环（环并）问题。相角差数值　大小取决于并网前两电源间联系电抗的值和传输的　有功功率值．它实际上是两电源问的功角１３１，可表示　为：　

８＝ｓｉｎ－１　（２）　

式中：尸为输送的有功功率；Ｅ为发电机的等值电势；　Ｕ为系统的母线电压；　∑为联系阻抗，　∑＝　＋　包括发电机、变压器、线路电抗。由此可见，由于　

同频，使得同频并网ｔｌ＿ｊ差频并网完全不同。相角差　为两电源问的功角，并且对于给定的运行方式其值　固定。差频并网时，由于频差的存在可以捕捉相角　

差为零的机会，实现零冲击合闸（理想情况），而由于　同频并网中６的存在，合闸瞬间冲击电流不可避免。　因此，同频并网时，符合条件即可合闸，不用捕捉合　闸时机。合闸逻辑如图３所示。比较图１与图３，可以看　

出同频并网与差频并网合闸逻辑的区别。　

图３同频并网逻辑　

２电网同期装置　

与发电机同期相比，电网的同期并列主要有以　下特点：１）既存在差频并网，又存在同频并网；２）同　期点设在变电站，不能就地调控电压和频率；３）随　

着电网运行方式的变化，同期点的性质（差频并网、　同频并网）在变化。　

目前电网中使用的同期装置大致分为２类：以电　磁型继电器为主要元件的集中式同期装置和以微机　软硬件构成的分散式同期装置（线路测控装置的一　

部分）。随着变电站综合自动化技术的发展，新设　计的变电站几乎全部采用线路洲控装置实现同期，　大多数变电站原先的手动准同期装置已经被分散于　

问隔层的微机型线路测控装置所取代。其优点是提　高了合闸操作的自动化水平，解决了集中式同期装　置不便于检修和维护的问题。对在现场应用较广的　几种典型设备的功能进行对比，见表１　、　

分析表ｌ可知，微机同期装置在设计上还存在以　

下问题。　（１）对“检同期”概念的理解各不相同　

表１　典型测控装置同期合闸功能及同期　别条件　

项日　测控装置１　测控装置２　测控装置３　

期鸾　角　差　

ｏｏｑ８ｏｏ簧

，￣　￣￣　１５Ｏｏ　２．检同期引入低压闭锁条件。　

Ｐｉ委　避婺　２ｖＮ：Ｔ， 蒺将自动　动捕捉０。合闸角度，并在０。合闸角Ｉ△占＋６…　一ｆ　１＋盯　１　ｌ　嚣　。／　＝　‘　

ｒＪ　Ｉ　闸　鲥　公舞　瓣寥　譬１　ｔ手．　：　判男　八　：　Ｉ　冲，即可满足整定值要求。６　，定值ｌ～…　“…ｃｌ￡　。』１～　

注：表中公式均米Ｆ１厂家说ｆ１月书。

　研究与分析ＹＡＮ　ＪＩＵ　ＹＵ　ＦＥＮ　Ｘ　

表１中．装置３的“检同期”即同频并网。用小的　

频差（０．０２　Ｈｚ）区分同频并网与差频并网，其合闸逻　辑图可表示为图３。装置１与装置３基本相同。装置２的　

“检同期”条件，引入“压差闭锁、频差闭锁、频差加速　度”闭锁．应用计算公式计算，逻辑上符合图２，看似　

检查“准同期”条件。对于“同频并网”，仍采用同一　套参数、一组条件、一个计算公式、一套合闸逻辑框　图，不区分同频并网、差频并网　因此，在装置２中，　

“检同期”既包含准同期，又包含合环。　（２）理想合闸导前角的计算　在合环操作时，由于不存在频率差，断路器两侧　

也不存在滑差电压，所以不存在６＝０。的合闸时机，也　就不用计算理想合闸导前角。装置１、３是这样设计　的：同频并网时，满足检同期条件即可合闸；在进行　

准同期（或捕捉同期）合闸计算时，公式中的合闸误　差角固定取６　０。或　，＜３。；差频并网与同频并网互　不相干。概念清楚；准同期与合环的定值分开。　

而装置２没有区分差频并网与同频并网，不论是　准同期还是合环均采用同一合闸计算公式，这样带　来的问题是需要选取公式中　的定值。装置２给出　

的定值范围为０ｏ　１８０。，缺省值３０。，由用户选用。这　样装置在应用中就可能出现下列情况：如果用户取　６　＝３０。，同频并网，符合条件可以合闸；差频并网，合　

闸误差角为３０。，等于人为引入３０。的误差，使得合闸　冲击加大，影响电网安全；如果用户取　＝０。，差频并　网，可精确合闸；同频并网，合不上闸（因实际功角大　

于０。）。要正确合闸，用户需不断地根据运行方式改　变定值。这样的设计混淆了差频和同频并网的概念，　给用户造成了极大的不便，而且差频并网条件下大　

的合闸冲击电流容易引发电网事故。　

３解决方案　

测控装置在设计上应彻底区分差频并网与同频　并网，突出电网同期特点。差频并网与同频并网看似　差别不大，其实有本质上的区别。频差存在与否，决　

定了合闸逻辑回路设计及合闸计算数学模型上的不　同。表２对差频并网与同频并网做了比较。　

表２差频并网与同频并网比较　

差频并网　同频并网　理想条件　并网条件　ＡＵ＝００；；　

６＝０　

断路器两侧　电压差幅值　实际条件：　△ｆ／≤（５Ｍ０）％　；　Ａｆ＜ｏ．１－０．２５　Ｈｚ；　合闸瞬间，相角差６≤１０。　ａｕ＝０ｍｔ，滑差电压幅值：　＝２　，ｓｉｎｗ　ｔ　电压差幅值随时间作正弦变化　实际情况：　允许合闸条件：　Ａｆ－－Ｏ　Ａｆ＜０．０２　Ｈｚ　ＡＵ＃０　ＡＵ＜Ａ　６＝同定值　６＜　当ＡＵ＝０，相角差６为同定值时，断路器两侧不存在滑差　电　，电压差幅值为：Ｕ￣＝２Ｕｍｓｉｎ　：常数，　电压差幅值不随时间变化　

瓣　餐芋　卷　一　一一擗…一零。　

合闸逻辑　

计算导前时间对应的理想导前角　，在　≤３。时合闸。　合闸计算　６）ｊ－－－Ｏ）ｓ　ｔｄｑ＋　×　

当１６　Ｉ≤ｓ时，发出合闸脉冲　合闸方式　准同期　

对电网的影响操作得当、计算准确时，可使冲击电流很小。　Ｉ　爪芹小允许　与ｆｊ　频率养小ｊ‘０　０２　Ｈｚ　＆　

对于给定的电网运行方式，满足合闸条件即可合闸，不　用掌握提前量，不用计算合闸导前角。“相角差允许值　”应根据电网运行方式进行计算，过去一般整定为　３０。，１６ｉｌ≤６　时，即“允许”合闸。　

合环　合环引起潮流重新分布，冲击电流不可避免。适当控制　压差和允许合闸角，０　将冲击电流限制在允许范围内。　混淆二者可能若将准同期当合环操作，　取值６　会引人数值等于若将合环当准同期操作，其结果因相角差大于　而不能　带来的危害　的合闸角度误差，给电网带来冲击。　自动合闸，手动硬合闸会存在风险。

　ＹＡＮ　ＪＩＵ　ＹＵ　ＦＥＮ　ＸＩ研究与分析　

鉴于表２中差频并网与同频并网的根本区别，建　议测控装置制造厂家在测控装置中明确区分“同期”　

与“合环”功能，其意义在于：　（１）突出电网同期的“合环”（环并）特点，建立　同频并网的理论体系，有利于制造厂家设计出自动　

区分“准同期”和“合环”操作的自动同期装置，促进　

合环操作自动化水平的提高。　（２）区分差频并网与同频并网、准同期与合环，　有助于运行人员区分不同情况下的角差定值，并根　据电网运行方式及时改变定值，避免因定值整定不　

当可能对电网安全运行造成的威胁。　（３）有利于澄清“检同期”的概念。便于电网运　行管理部门给出电网合环时的合适的“功角”值，以　

区别于准同期并网的“允许合闸误差角”。　

４　结语　

随着电网自动化技术的发展．同期装置的设计　理念也应随之更新。基于差频并网与同频并网的基　本理论．一些自动化设备公司已经生产出了能够自　动区分二者的同期装置，如上表中的装置３、装置１。　

但市场上仍有一些装置功能不够完善，装置的软件　设计存在缺陷，给运行单位的正确使用带来问题。这　

些问题的根源在于沿用了旧的设计思想。只要设计　人员明确思路，更新设计理念，准确把握差频并网与　同频并网的特点，这些问题是容易解决的。　

参考文献　［１】李先彬．电力系统自动化【ＭＪ．北京：水利电力出版社，　１９９５．　［２］杨冠城．电力系统自动装置原理［Ｍ１．北京：中国电力出版　社，２００５．　［３】卓乐友，叶念国，翁乐阳，等．微机型自动准同步装置的设　计和应用［Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００２．　［４］　叶念国．对传统的检同期概念的剖析及对策ＩＪＪ．机电信　息，２００４，（１３）：ｌ２～１７．　（责任编辑张健）　

Ｔｈｅｏｒｙ＆Ｐｒａｃｔｉｃｅ　０ｆ　Ｐ０ｗｅｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｖｎｃｈｒ０ｎｉｚａｔｉ０ｎ　

ＬＩＵ　Ｐｅｉ—ｆｅｎ　，ＪＩＡＯ　Ｌｉ　，ＺＨＡＯ　Ｈａｉ－ｍｉｎｇ２，ＬＩＵ　Ｙｉｎｇ—ｙｉｎｇ　，ＬＩ　Ｙｉ—ｆａｎ　，ＰＥＮＧ　Ｓｈｕ－ｔａｏ４　

ｆ　１．Ｎ（）ｒｔｈｗｅｓｔ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒａｉｎｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ．Ｘｉ’ａｎ　７　１　００５４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００４８　Ｃｈｉｎａ；３．Ｙａｎ’ａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｙａｎ’ａｎ　７１６０００，Ｃｈｉｎａ；４．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ　７　１　００５４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏ．ｒｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｈａｓ　２　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｊ．ｅ．ｄｉｆｔ￣ｒｅｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓａｍｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｗｏ　ｓｙｎｃｈｒ（】ｎｉｚａｔｉｏｎｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｈａｖｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｏｔｕｍａｔｉｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ　ｓｏｌｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｌ１）ｒｅｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｆＩ￣ｒｅｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｓａｎｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｃｈｅｃｋ；ｌｏｏｐ　ｃｌｏｓｉｎｇ；ｑｕａｓｉ—ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉ