换流站内同期装置功能简介与实际应用探讨

换流站内同期装置功能简介与实际应用探讨

彭佑祥

（南方电网超高压输电公司广州局广东省广州市510663）

摘要：介绍换流站内几种常用同期装置的功能原理及具体应用情况，探讨同期装置运行中常见的问题及解决方法，确保换流站稳定可靠运行。

关键词：同期装置；检同期；功能调试

1.前言

随着电力系统规模的快速扩大，实现大电网互联是必然发展趋势。各超高压换流站都是负责系统联络线、联络变压器的枢纽站，配置自动同期装置后，待操作的两个系统在电压、频率、相位角都满足条件的情况下才能实施解、并列操作，以防巨大的涌流对系统、变压器、发电机等造成严重冲击，确保系统的安全稳定运行。

以往“检同期”内容是将并网时两电源的相角差控制在规定值内（一般取值小于30°），当下同期定值包括无压定值、有压定值、频差定值、相角差定值、压差定值、断路器的合闸动作时间等，以上条件都满足后，运行人员只需要在远方发出遥控合闸命令，同期装置能根据频差和断路器合闸动作时间，自动算出合闸命令的发出时刻，以保证断路器一次触头合闸瞬间两侧的电压相差为零，从而对系统的冲击最小。

2.同期装置功能

2.1换流站内同期装置

1）ABB同步分/合闸F236装置：换流变开关，#2、#3自耦变高压侧开关；

2）南瑞断路器选相分合闸装置PCS-9830：#1自耦变高压侧开关；

3）SIEMENS同步分合闸装置PSD02：500kVACF开关；

4）500kV出线、220kV出线交流场开关同期合闸是通过6MD66测控装置实现的，均为A相同期。这些开关两侧已有电气联接，再增加一个联络开关，两侧频率相同，相角差即为系统在这两点之间的功角，在系统联系比较紧密的500KV、220KV交流场功角变化不大，因此选择电压过零点分合闸。

2.2ABB同步分/合闸F236装置

换流变、主变高压侧开关采用ABBF236同期合闸装置，选取A相电流过零点也即电压最大时刻分合闸，延时5ms分合B、C相；如图1所示，F236有1个参考电压输入，从电源测取单相电压作为判断最佳操作时刻的参考量；2个命令输入端子，用于接收来自控制系统的合/分闸命令；3个模拟量回检端子，用于检测合闸之后的电压/电流量，和装置设定进行误差比较后，优化下次的操作时间；6个命令输出端子，分别输出合/分闸命令到开关三相。

图1F236装置示意图

2.2.1分/合闸

换流变和主变都为变压器，都由铁芯和绕组构成。在分合闸时会产生励磁涌流，励磁涌流是由铁芯中的磁通决定的，而根据公式可知，在参考电压最大时分合开关，变压器铁芯中磁通最小，产生的励磁涌流也最小。因此，选择参考电压最大时合/分闸。

以换流变作为例子。如图2所示，当换流变开关A相合上以后，在换流变铁芯中产生磁通，从而在二次侧的角型绕组产生线电压Uac，其余两个绕组产生的线电压Uba＝Ucb＝½Uac，方向与Uac相反。相应的，在换流变一次侧感应出电压UB=UC=½UA，方向与UA相反。如图3所示，在A相开关在参考电压最高点s点（即A相磁通最低点）首先合上，B、C两相产生的感应电压和感应磁通均相同。5ms之后到达p点，B、C两相的感应磁通与系统电压产生的磁通相等。此时再同时合上B、C两相开关，磁通跃变最小，在B、C两相产生的励磁涌流也最小。可见，合上变压器开关时，首先合上一相开关，然后延时5ms同时合上另外两相开关。

根据变压器磁滞回线，在铁芯磁通最小的时候断电，铁芯中残留的磁通最小，即剩磁最小。与合闸控制类似，F236在参考电压最高点，即磁通最小时断开换流变一相开关，然后经过5ms延时同时断开另外两相开关。这样能保证换流变铁芯中剩磁最小，为换流变开关的下次合闸操作创造了良好的条件。

图2换流变角型绕组电压感应图图3合闸瞬间电压、磁通图

2.3SIEMENS同步分合闸装置PSD02

交流滤波器小组开关采用SIEMENSPSD02同期合闸装置，三相分别选取电压过零点进行合闸，顺序为A、C、B；选取电流过零点也即电压最大时刻分闸，顺序也为A、C、B。

2.3.1合闸

交流滤波器是容性的，电压不能突变，合闸前一端电压为零，另一端按正弦规律变化。为了使合闸瞬间不对交流滤波器造成较大的冲击，交流滤波器合闸时，选择在电压过零点时投切，通过PSD装置的控制确保各相在电压过零点合上断路器。

2.3.2分闸

断开交流滤波器小组开关时，虽然刀口已经断开，但是由于拉开的过程中会产生电弧，实际拉开的时间要延后。由于刀口两端一端为电容，电压不能突变，电压基本保持不变，另一端按正弦规律变化，为了缩短电弧持续的时间，选择在电压最大的时刻断开，此时刻交流滤波器开关电源端电压的变化率最小，这样刀口两端的电压差就是最小的，可以尽快地熄弧，避免对开关造成冲击。

3.同期装置功能调试及注意事项

3.1同期功能的调试方法

电压异常闭锁：当测控装置输入Ua或Usa小于额定值的80%或大于额定值的120%时，应闭锁同期合闸。频差闭锁：假定某测控装置同期定值中频差闭锁值为0.2Hz，检验频差闭锁值的方式如下：以母线侧频率为基准（线路侧电压和角度符合同期条件），在调试仪器中设母线侧频率为50Hz，线路侧频率为49.7Hz，则频率差值为0.3Hz，同期合闸不成功。我们不断增大线路侧频率，减少频率差值，直到断路器经同期合闸成功，便得到频差闭锁值。同理，同期角差、压差闭锁值的校验方法与上面相同。值得一提的是，像南瑞继保RCS-9705C型测控装置，无压方式有7种之多，如果每次都带开关试验，将造成开关频繁分合，对开关造成损害，可以通过测量出口压板电压的方法来判断是否有合闸出口。

3.2注意事项

目前测控装置的生产厂家繁多，在调试的过程中，容易忽略不同产品的一些细节，而导致同期功能调试失败。（1）注意线路PT的安装相别。测控装置中，一般只用一相线路电压与母线电压进行比较，而在110kV线路中只安装单相PT，所以调试前必须去现场核查PT的安装相别，否则有可能由于测控装置内设置用于比较的相电压与实际PT安装相不符而导致同期功能无法实现。（2）注意线路抽取侧电压选择的区别。一般线路二次侧抽取电压有57.7V和100V两种。若同期控制字中定义抽取电压为57.7V，则在压差闭锁试验中，可直接用母线电压与线路抽取电压幅值的差来计算同期压差闭锁值；若同期控制字中定义抽取侧电压为100V，则需先将母线电压转化为100V，再通过计算母线与线路电压的幅值差来验证压差闭锁值。（3）注意同期控制字或同期定值的设置。不同厂家的测控装置中同期控制字或同期定值的设置方法不同，最容易被忽视的是TA、TV断线判别投入的问题。若TA、TV断线判别投入，则在做同期实验时，一定要加上所有的母线电压值、线路电流值，否则TA断线或TV断线报警，同期合闸不出口；反之，TA断线、TV断线判别退出，则同期合闸只需要满足相应的合闸条件即可。（4）同期定值更改时的注意事项。南瑞继保RCS9700系列测控装置，在更改同期定值后，需将装置进行复归操作，否则同期定值更改无效。国电南瑞科技NSD263系列测控装置，在更改同期定值前需要将装置面板上的设置按钮拔到允许位置（更改后恢复到禁止），否则同期定值不能进行更改。（5）注意同期合闸时遥控的选择方式。南瑞继保RCS9700系统测控装置，在监控后台进行遥控合闸时，有“一般遥控、检同期、检无压”3种选择方式。若选择一般遥控则合闸不经同期出口。北京四方CSL-200E系列测控装置，后台遥控合闸是不经同期出口的。若要进行同期合闸，在测控装置投入同期软压板的前提下，必须在就地操作把手上进行手合操作，才经同期出口。（6）同期合闸遥控时的注意事项。国电南自PSR662系列测控装置，当接收到断路器非同期合闸命令时，遥控板（DO）发出OUT8出口命令后合闸。同期合闸时，遥控板先发出OUT8出口命令，综合管理机驱使交流模块（AC-2）启动同期逻辑判别，满足同期合闸要求则OUT1出口；若交流采集板无信号电源供给，则不能发出OUT1出口命令，这时需要投入“遥控出口压板”提供信号电源给交流集板，方可发出合闸命令。而国电南瑞NSD263系列测控装置，同期功能逻辑是在CPU板上进行的。

4.结束语

断路器分/合闸是电力系统中频繁进行的操作，为了减小涌流对设备的冲击，减轻有害的暂态过程，需在站内高电压等级开关装设同期分合闸装置，可根据系统运行需要设定同期定值，确保同期装置动作安全、准确、快速，以维持电力系统的可靠供电。

参考文献：

[1]王士政.电力系统运行控制与调度自动化[M].南京：河海大学出版社，2018113.

[2]熊信银.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2014：57.

[3]李军，曹茂升.变电站监控系统测控单元同期功能及其应用.华东电力，2003