山西省电力公司忻州供电公司山西省034000
摘要：随着人们的生活质量在不断的提高，对于用电的需求在不断的加大，变电站是不可或缺的重要组成部分之一，它的运行稳定与否直接关系到供电可靠性。同期合闸是断路器的主要功能，该操作随着系统并网逐步增多。基于此点，本文从变电站同期合闸的主要功能分析入手，通过实例，对变电站同期合闸的常见故障进行论述。期望通过本文的研究能够对变电站运行稳定性的提升有所帮助。
关键词：变电站；同期合闸；故障
引言
随着电网的快速发展，逐渐形成了以220kV线路为主供电网络的电力系统新格局，为了满足运行方式的需要，220kV及以上线路投切操作时有发生。为了保证系统稳定运行，对断路器进行合闸操作时，必须考虑两侧电压之间是否满足同期条件，以避免可能会给电网带来的振荡和冲击，因此，同期合闸装置和同期合闸回路的完好性就显得尤为重要。河南省电力公司继电保护处曾在2010年4月份下达专项核查令，对全省同期装置的配置、功能、回路、使用、缺陷等情况进行逐一排查、整改。
1同期合闸原理
1.1自动检无压合闸
检无压合闸即断路器两侧均没有电压或其中任意一侧没有电压，需要测量母线侧电压Um和线路侧电压Ux，同时判断是否有电压互感器（TV）断线闭锁信号。自动检无压合闸分为以下2种情况。a.当线路侧电压Ux与母线侧电压Um都小于无压定值，且电压互感器断线没有发出闭锁信号时，满足同期合闸条件。b.当线路侧电压Ux与母线侧电压Um有且只有一侧有电压，且电压互感器断线没有发出闭锁信号时，满足同期合闸条件。在两侧都有电压的情况下，同期合闸程序自动识别是同频并网还是差频并网。由于测量过程中两侧的频率存在误差Δf，因此，当Δf＜0.05Hz时就认为是同频并网，否则就认为是差频并网。
1.2准同期合闸
这种合闸方式在不同系统间的断路器同期合闸中应用较为广泛，它的特点是处于断路器两端的系统频率不同，为实现同期合闸的目标，需要在合闸操作前，对同期进行捕捉。这种合闸方式的判断依据是装置按照合闸导前时间对同期合闸导前角进行计算，若是计算结果与测量的相角差相等，则为最大允许合闸角度。
1.3手动同期合闸功能的二次回路原理分析
如图1所示，这是目前综合自动化变电站的测控装置中，典型的手动同期合闸功能的二次回路原理图，在满足五防条件的前提下，可以实现断路器的同期或非同期遥控及手动分、合闸。在“远方”状态时，9ZK的③、④触点导通，如果9LP2“遥控投入”压板在合位，则可以在后台机上对断路器进行遥控分合，合闸时219与220之间的触点导通，分闸时，219与221之间的触点导通，从而实现远方分合。在“就地”状态时，9ZK的①、②触点和⑤、⑥触点导通，可在测控屏上对断路器进行就地手动分合。当需要手动同期合闸时，将同期转换开关9TK打在“同期”位置，其①、②触点导通，在满足同期条件的情况下，测控装置内的222端子和223端子之间的同期判别触点导通，同期合闸成功。
图1同期合闸二次回路原理图
2硬件系统设计
2.1开关量输入／输出板
开关量输入电路主要完成外部信号状态的输入任务，主要包括断路器与隔离开关的辅助触点及跳合闸的位置、继电器的接点输入等。本装置接收DC24V开入信号，共有20路开关量输入。开关量输入信号经过光耦隔离，再通过74HCT245驱动传入CPU。开关量输出板的输出继电器采用高容量型继电器，节点容量高达AC220V、16A，可保证硬件输出回路的可靠性。继电器驱动采用24V驱动，并具有完善的防误闭锁功能。
2.2故障概况
当完成某变电站开关间隔后，现场操作人员申请线路投运，得到中央调度控制室的许可，并发出检同期合闸指令，合上该变电站的开关。然而，当上位PC机发出指令以后，开关并未自动完成合闸操作，而且上位机也没有接收到开关合闸的反馈信号。当该故障问题出现之后，通知现场工作人员对开关进行检查，其控制方式为正常的远方位置，随后使用万用表对开关电源进行测量，全部正常，接着又对SF6真空断路器进行检查，压力也处于正常状态。为避免故障问题的影响范围进一步扩大，导致变电站的运行稳定性下降，经过研究之后，决定采取维护检查的方法，经现场全面检查后发现，二次回路运行正常，传动试验结果也显示正常，再次发出合闸指令后，同期装置启动，但在数秒之后便会自动退出。
2.3模拟量输入板
模拟量输入板共有12路交流输入，即：三相电压、三相电流、三相测量电流、1路零序电流、1路不平衡电流、1路不平衡电压。电压互感器输入采用300V／7.07V电压互感器，电流互感器输入采用50A／7.07V电流变换器将电压和电流分别转化为小电压信号传输至CPU板，供AD7606采样。同期合闸母线电压、线路电压都通过该模块选择、转换。
2.4由于同期合闸二次回路问题，造成同期合闸失败
综合自动化变电站中，测控装置对断路器进行分、合闸的操作电源，是从保护屏取来的的控制电源，开关位置的红绿灯指示，是从保护屏操作箱上引来的TWJ和HWJ的组合。在一次对220kV线路定检的过程中，保护人员发现该间隔无法实现手动同期合闸，随后检查发现，测控装置端子排上6D29处“控制负”端子102线芯的电压值为0，负电没有引接至测控装置来，导致测控装置中的同期判别元件无法启动，造成合闸失败。
3同期合闸实验测试
利用PW30AE型继电保护测试仪对线路保护测控装置进行了测试，为检验同期合闸功能的实现，主要测试内容如下。a.线路侧检无压元件定值校验。测试方法：投入同期功能和检无压合闸功能，设置无压检测时间定值为0s。A、B、C三相电压正常，按照表1数据设置线路侧电压，测试装置动作行为。表中测量值分别取0.975Uset和1.025Uset，Uset为相电压整定值。分析表1测试结果可知，当测量电压小于整定值时，满足检无压合闸条件，发出同期合闸命令；反之，装置不动作，与所编写程序的逻辑相符合。b.同频检测元件定值校验。测试方法：两侧电压有效值均在正常范围内，电压差为0，初始相位差为0°，按照表2数据设置电压频率，测试装置动作行为。由表2测试结果可知，当频率差小于设定频率差0.05Hz时，能够实现同频并网；大于等于设定频率差时，装置不动作。测试结果与理论分析相符。c.差频检测元件定值校验。测试方法：两侧电压有效值均在正常范围内，电压差为0，两侧频率在正常范围内，按表3设置频率值，初始相位差设置为较大数值，测试装置动作行为。由表3测试结果可知，当频率差大于设定频率差0.05Hz时，能够实现差频并网；小于等于设定频率差时，装置不动作。测试结果与理论分析相符。
表1线路侧检无压元件定值校验
表3差频检测元件定值校验
结语
综上所述，随着电力系统合环操作过程的不断增多，使得变电站断路器同期合闸功能的重要性随之凸显。鉴于此，电力企业应当选择最为适宜的同期合闸方式，从而最大限度地发挥出同期合闸功能。与此同时，还应对同期合闸中一些常见的故障问题进行分析，及时查明故障原因，并采取有效的方法和措施对故障进行排除，保证同期合闸的正常进行。只有这样，才能使变电站的运行稳定性得到保障。
参考文献:
[1]杨洁民,钟昆禹,陈培龙等.基于暂态电流波形的断路器分合闸不同期性分析[J].电工技术,2018(03):43-44.
[2]李沐峰.基于声振信号融合的断路器同期性分析方法研究[D].华北电力大学,2017.
[3]徐玉琴,聂暘,高原等.10kV线路保护测控装置的同期合闸功能实现[J].电力自动化设备,2016(05):65-66.