微機自動准同步裝置

1. 烏鴉問大家：電氣上的是自動同期裝置是什麼

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烏鴉問大家：電氣上的是自動同期裝置是什麼？喜鵲回答：同期裝置廣泛用於線路供電線路合閘前的檢測等等。
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在電力系統中，有些被稱為同期點的斷路器在進行合閘操作時，斷路器的兩端都有可能因由不同的電系統供電而帶電。此時，就必進行一系列的操作，最終才能將斷路器合閘。這一系列的操作加上斷路器合閘操作統稱為並列操作。
同期點的並列操作時電力系統中一項主要的操作內容。因為斷路器的兩端均有電源，若同期點斷路器的合閘時機不適當，兩端的電參數相差較大，就將會引起斷路器爆炸甚至整個電力系統穩定破壞而導致崩潰，發生大面積停電的重大惡性事故。
我廠以前採用的手動准同期裝置基本上也能將同期點斷路器的合閘時間控制在一定的范圍之內。但在一下方面存在一定缺陷：
a、沒有自動選擇時機的功能，合閘時機很難把握，所以對操作人員的要求較高，經常出現操作人員多次合閘不成功的事件。 b、合閘時機隨意性大。只要操作人員合閘瞬間在同期裝置的允許范圍之內，斷路器就能合閘。但斷路器由於有機械和電氣傳動延時和斷路器的固有合閘時間，很可能斷路器的合閘時實際上已經不在並列操作的允許范圍之內，從而造成非同期合閘，對斷路器、發電機以及電系統造成沖擊。 c、不能自動調節。對於發電機的各項電參數，必須由操作人員進行手工調節。特別是頻率（轉速），必須由主控室運行人員與汽輪機操作室相互聯系協調好，才能進行調節。這使得一個發電機的並網操作往往需要半個多小時才能成功。 d、原有的手動准同期裝置至投運至今已經近30年，繼電器已嚴重老化，可靠性已大大降低。 基於以上的原因，我們採用一種能自動調節各種電參數，在條件滿足的情況下，自動發出合閘脈沖指令的微機智能型准同期裝置已勢在必行。
2 自動准同期裝置的原理 眾所周知，電力系統中任一點的電壓瞬時值可以表示為u=Umsin(t+φ)。可以看出，同期點斷路器並列的理想條件就是斷路器兩側電壓的三個狀態量全部相等，即待並系統電壓UG和大系統電壓UX兩個相量完全重合並且同步旋轉。用公式表示則為：（1）ωG＝ωX或fG＝fX（即頻率相等）（2）UG＝UX（即電壓幅值相等）（3）δe＝0（即相角差為0） 此時，並列合閘的沖擊電流等於零，並且並列後兩個系統立即進入同步運行，不會產生任何擾動現象。
為了使並列操作滿足條件，盡量使合閘時達到理想條件。自動准同期裝置必須設置三個控制單元。（如圖1）（1）頻差控制單元。它的任務是檢測待並系統（發電機）電壓UG與大系統電壓UX之間的滑差角頻率ωS，且調節發電機轉速，使發電機電壓的頻率接近系統頻率。（2）電壓差控制單元。它的功能是檢測UG和UX之間的電壓差，且調節發電機電壓UG，使之與UX之間的的差值小於規定允許值，促使並列條件的形成。（3）合閘信號控制單元。檢查並列條件，當待並機組的頻率、電壓都滿足並聯條件時，合閘控制單元就選擇合適的時間發出合閘信號，使並列斷路器的主觸頭接通時，相角差δ接近0或控制在允許范圍之內。

3 MAS-2微機自動准同期裝置的主要特點 經考察，我們最後採用了南瑞系統控制公司的MAS-2型微機自動准同期裝置。該裝置以INTEL公司的80C196單片機為核心，配以高精度交流變流器，准確快速的交流采樣以及嚴格的計算技術，准確計算開關兩側的電壓、頻率和相角差；輸入/輸出光電隔離，採用進口密封快速中間繼電器作為合閘輸出和電壓切換，裝置的抗干擾能力強，技術先進。（1）通過控制待並系統機組調速、調壓實現頻率和電壓的自動跟蹤，使頻差、壓差盡快進入准同期允許的范圍，平均每半個工頻周期測量出相角差Δδn，在Δδn＝Δδdq＝Δω·Tdq+Δaω·Tdq·Tdq/2時，即T＝Tdq時發出合閘脈沖，實現快速並網。在同頻不同相時，也可以發出合適的調速脈沖以縮短並列過程。由於計及角速度（ω）和角加速度，確保了斷路器合閘時相角差Δδn接近零。（2）該裝置檢同期合閘具有頻差閉鎖（Δf）、壓差閉鎖（ΔU）和加速度閉鎖（dΔf/dt）功能。（3）除具有檢同期合閘功能外，還具備無壓（一側無壓或兩側均無壓）、電網環並（開關兩側為同一電源）等自動快速合閘功能。（4）對輸入的各側電壓和頻差都進行雙迴路測量，雙迴路測量結果應一致，保證測量和計算的正確性。（5）裝置具有液晶顯示屏菜單顯示，便於監視和參數的設定和修改。裝置掉電後，參數不會丟失。（6）具有自試和自檢功能。（7）裝置可以單獨使用，也可與監控系統配合使用，實現遠方遙控同期裝置。多個同期點只需一台准同期裝置。採用各同期點輸入電壓、合閘出口和調節出口選點開關切換，切換選點切換和裝置上人工操作選點開關切換。4 MAS-2微機自動准同期裝置的硬體組成 MAS-2型微機自動准同期裝置的硬體框圖如圖2，其核心是16為的單片機，裝置軟體存儲在EPROM內，EEPROM中存放定值，RAM是數據存儲器，存放運行數據、事故記錄等。現場PT送來的交流電壓信號經過隔離變換後送采樣保持迴路，再由單片機內部的A/D變換器變為數字信號，CPU進行采樣、有效值的計算。

另外，交流信號波形變為方波後，進行頻率和相位角的測量，再由單片機計算出頻率的變化率。晶振分頻產生600Hz的信號，作為采樣保持信號和CPU的中斷源。並行I/O擴展晶元8255的C口用於開關量輸入，A口、B口經過出口邏輯電路同時控制輸出信號繼電器和合閘繼電器。同期信號插件與同期切換插件控制信號輸出、電壓切換和合閘電流的保持。調速調壓插件在發電機並網時經自動調節發電機有功同步馬達和勵磁電流，縮短同期並列的過程。5 MAS-2微機自動准同期裝置的軟體結構與功能 MAS-2微機自動准同期裝置的軟體流程如圖3所示： 該裝置的軟體結構分為主循環程序和中斷處理程序兩大部分。定時中斷由晶振電路分頻產生，每隔1.666ms進入一次中斷。中斷程序主要完成電壓瞬時值采樣；電壓有效值計算、頻率值計算、相位角計算與dΔf/dt的計算；啟動判斷、檢同期判斷、檢無壓開入判斷等；合閘輸出及中央信號控制等。主循環程序主要完成面板顯示、定值修改、迴路自檢、信號復歸以及模擬試驗、列印輸出等功能。 MAS-2微機自動准同期裝置還具有比較獨特的功能：（1）裝置的異常閉鎖功能 a、裝置微機能對內部存儲器和一些晶元進行自檢，一旦發現異常，立即閉鎖同期出口，並輸出裝置異常接點信號； b、對每個電壓迴路都有雙迴路進行測量，如發現兩個迴路測得的同一個電壓和頻率相差很大，則立即閉鎖同期出口，並發出裝置異常接點信號； c、對於變電站多線路、多同期點，為了避免誤合閘以及不同線路的PT二次側短路，一次只能允許執行一個同期點的並列操作。如果檢測到選點命令（啟動）多於兩點時，則立即自動解除同期切換板電源，閉鎖同期出口，並發出異常接點信號。（2）裝置的復歸功能： 復歸是指切除裝置所有TQH（同期切換模件）、TQX（同期信號模件）、TJC（調速調壓模件）中所有繼電器的24V控制電源。復歸的方式有三種： a、通過按同期信號模件（TQX）上的復歸按鈕（FA）人為復歸； b、合閘脈沖發出後延時2秒由軟體控制TQX模件中的繼電器復歸； c、同期點啟動後，超過選點啟動自復歸時間定值Trs後仍未合閘，由軟體控制TQX模件中的繼電器自動復歸。（3）裝置與監控系統分通訊功能 MAS-2微機自動准同期裝置的通訊介面為RS-232方式，能與監控系統進行通訊，後台監控機能在遠方控制同期點的並列操作，並能取得准同期裝置所有的定值和同期操作時的所有實時數據。

6 應用情況及其效果 MAS-2型微機自動准同期裝置在我廠投用一年多，運行情況一直良好。由於其具有一定的智能性，能夠根據採集到的電參數，通過計算，自動發出指令，對發電機的電壓、頻率進行調節，一旦准同期條件滿足，則能自動在適當的時間發出合閘脈沖，使同期點斷路器能在最佳時機合閘。 其應用效果主要體現在以下幾個方面：
（1）操作方便簡單。操作人員在選擇了不檢、檢無壓和檢同期任一方式後，只需按一下同期切換插件上的按鈕，便無需其它任何操作。以後部分由微機裝置自動完成采樣、計算、分析以及執行。（2）能自動選擇適當的時機發出合閘脈沖。不象手動准同期裝置那樣，操作人員合操作把手的瞬間必須和同期檢定繼電器的角度配合得非常好才能合閘成功。以前半個小時的並列操作現在只需1分鍾不到就能更好的完成，大大降低了操作人員的技術要求和勞動強度，也大大降低了能源的損耗和設備的損傷。（3）能針對不同的同期點斷路器而不同對待，通過整定各個同期點斷路器的合閘導前時間Tdq（約等於斷路器的機械和電氣傳動時間和斷路器固有合閘時間之和），使哥哥不同的斷路器均能在最佳時機合閘成功。（4）由於計算機的快速性和可靠性，使得斷路器合閘時兩側的電參數基本接近一致，減小了因兩側電壓、頻率和相位存在較大差異而引起的合閘瞬間的沖擊，有力的保障了電力設備特別是發電機和斷路器的安全，大大加強了電力系統安全運行的可靠性。 實踐證明，微機自動准同期裝置在我廠的應用是成功的。

2. 准同期的分類介紹

三明無線電八廠（准同期）生產的准同期主要有以下四種准同期分類：
TDS-6100系列自動准同期裝置
TDS-6100系列自動准同期適用於：小型發電機組自動化並網設計的專用儀表。它能自動檢測發電機組和電網的頻率和電壓，在頻率、電壓、相位均符合並網要求時以設定的越前時間提早發出合閘信號 , 使之能安全可靠地並網。當電壓、頻率、相位不符合要求時，自動閉鎖合閘脈沖。
TDS-6568系列准同期裝置
TDS-6568系列准同期適用於：適合大、中型發電機組並網。是發電設備的專用並網裝置。具有自動檢測機組和電網的電壓和頻率，根據要求自動發出信號，調節機組的轉速和電壓，直至符合並網條件。
TDS-6568-2系列准同期裝置
TDS-6568-2系列准同期適用於：同TDS-6568系列
TDS-6600液晶屏自動准同期裝置
TDS-6600液晶屏自動准同期適用於：大、中型發電機組並網。以 INTEL 公司的 80C 196 准十六位單片微機為核心，取消了傳統的電壓比較，波形的邏輯組合等硬體電路，塀棄了常規的利用比例微分模擬電路獲得恆定越前時間的方法，充分利用微機的運算和判斷功能，根據同期過程的頻差、相角差數學模型進行調節和控制，大大縮短了並網時間，使發電機能快速准確地並入電網。從而兼有自同期的快速和准同期的並網無沖擊的雙重優越性。
先加勵磁，到發電機接近同步速時，合閘，使發電機進入並網運行。

3. 自動准同步裝置中整步電壓的表達式

自動准同步裝置中整步電壓的表達式如下：

將脈動電壓中頻率較高的部分濾掉,得到脈動電壓的包絡線,並經整流後,得到 脈動電壓的包絡線的下半部分,這是一個包含同步信息量的電壓,稱之為整步電壓。

整步電壓的特點是: (1) 整步電壓隨相角差 δ周期變化; (2) 整步電壓隨時間 t 周期變 化,當 δ從 0°~360°變化一個周期時,脈動電壓也變化一個周期,也是整步電壓的周期; (3) 整步電壓的最低點反映了電壓差的大小。

自動准同期裝置是專用的自動裝置。自動監視電壓差、頻率差，分析計算出合適的同期時刻並提前一個導前時間發出合閘命令確保在理想的角度完成同期並網，使斷路器在相角差為0°的合閘，微機自動准同期裝置已經能做到在啟動同期後首次同相點完成並網。

裝置設有自動調節壓和調頻率單元，在電壓差和頻率差不滿足條件時發出控制脈沖。若頻率差不滿足要求，自動調節原動力的轉速，增加或減小頻率，促成同期來臨；若電壓差不滿足要求時，自動調節發電機的電壓使電壓接近系統的電壓。

4. 發電機組的准同期並列有哪些操縱步驟

用准同期法進行並列操作，發電機組電壓必須相同、頻率相同以及相位一版致，這可通過權裝在同期盤上的2塊電壓表、2塊頻率表以及同期表和非同期指示燈來監視，並列操作步驟可以總結為如下四個步驟：

（1）將其中一台發電機組的負荷開關合上，將電壓送至母線上，而另一台機組處在待並狀態。

（2）合上同期開頭，調節待並發電機組的轉速，使它等於或接近同步轉速（與另一台機組的頻率相差在半個周波以內），調節待並發電機組的電壓，使其與另一台發電機組電壓接近，在頻率與電壓均相近時，同期表的旋轉速度是越來越慢的，同期指示燈也時亮時暗；

（3）當待並機組與另一台機組相位相同時，同期表指針指示向上方正中間位置，同期燈最暗，當待並機組與另一台機組相位差最大時，同期表指向下方正中位置，此時同期燈最亮，當同期表指針按順時針方向旋轉時，這說明待並發電機的頻率比另一台機組的頻率高，應降低待並發電機組的轉速，反之當同期表指針按逆時針方向旋轉時，應增加待並發電機組的轉速；

（4）當同期表指針順時針方向緩慢旋轉，指針接近同期點時，立即將待並機組的斷路器合閘，使兩台發電機組並列。並列後切除同期表開關和相關的同期開關。

5. 模擬式同期裝置存在的主要問題是什麼

摘要：針對當前國內大中型發電廠自動准同期裝置的運行情況及存在的問題進行了分析，介紹了SID-2X型自動選線器和SID-2CM微機型自動准同期裝置工作原理，並對如何應用新技術、新設備的方法進行了探討。
關鍵詞：自動准同期裝置 發電機 系統 斷路器 並網 DCS 應用
1 概述
從國內目前電力系統來看，不同大小容量、不同類型的發電機組要並網發電，一般主要通過以下兩種方式：自同步方式和准同步方式。
1.1、採用自同步方式的發電機組，應符合定子繞組的絕緣及端部固定情況良好、端部接頭無不良現象，自同步並列時，定子超瞬變電流的周期分量不超過允許值的要求。在系統故障情況下，水輪發電機組可採用自同步方式，100MW以下的汽輪發電機組也可採用自同步方式。
1.2、在正常情況下，同步發電機組的並列應採用准同步方式。
為此，電力系統明文規定，在發電廠中，對單機容量在6 MW以上的發電廠，應裝設自動准同步裝置和帶相位閉鎖的手動准同步裝置。
在九十年代及以前，除了當時全套引進國外設備的發電機組外，國內各發電廠基本上都是使用電磁型繼電器、晶體管元器件或小規模集成電路構成的ZZQ系列自動准同步裝置。
但隨著全世界范圍內計算機技術的飛速發展，作為技術、經濟高度密集型的發電廠，其自動控制技術及其產品開發已是日新月異、層出不窮，尤其是自動准同期裝置，微機化、智能化產品也是型式多樣。
2 舊同期設備存在的主要問題
由於投產比較早的國產發電機組，絕大多數都是採用國產的自動准同期裝置，它們都普遍存在以下不足之處：
2.1、如果過大的相角差並網，使發電機組的定子轉子繞組、軸瓦、聯軸器等過大的振動而受到嚴重的累積機械損傷，或誘發發電機組轉子大軸系統扭振，使發電機組正常的運行壽命大大縮短是有可能的。
2.2、為追求理想的同期合閘點，對電壓差、頻率差過分精細的調節，不但會消耗大量的時間，而且會帶來較大的因維持發電機組空轉而造成的能耗浪費。
2.3、在同頻合環操作過程中，如發電機倒廠用電等操作，如果不考慮功角、壓差的因數，有可能造成系統繼電保護誤動作，甚至造成系統振盪。
2.4、更為嚴重的是，由於集中控制的需要和節省投資，過去往往設計成多台不同類型的斷路器、幾台發電機組共用一組同期小母線和一套准同期裝置，不可避免地共用了一套准同期並網定值。由於不同類型的斷路器合閘性能差異性很大，如合閘速度的不同，不同電壓等級的電壓互感器二次同期比較的幅值和相位也有所不同，直接導致合閘導前時間的不同，在唯一的導前時間定值下，從而不可避免地會出現合閘脈沖的不準確性。
2.5、服役時間長，元器件老化嚴重，用戶維護調試困難，產品質量難以保持。
2.6、電力系統自動控制系統發展迅速，非智能型的自動准同期裝置無法滿足現代化電力工業發展的要求。
3 微機型自動准同期裝置的應用
綜觀大江南北，無論是單機容量30萬KW、60萬KW及以上的大型發電廠，還是單機容量幾萬KW、幾千KW的小型電廠，無論是水電廠還是火電廠，不管是新機投產還是舊機改造，都不遺餘力地選用微機型自動准同期裝置，由於它們的先進性、高可靠性、高精度且高速度、智能化且維護使用方便，得到發電行業的廣泛應用。下面僅以在發電廠使用最為廣泛的SID-2CM型自動准同期裝置和SID-2X型自動選線器為例，重點介紹在發電廠DCS系統普遍採用的今天，如何設計、運用微機型自動准同期裝置，以達到提高整套機組自動化運行水平的目的。
3.1 SID-2CM裝置主要功能：
3.1.1、SID-2CM有8個通道可供1~8台、條發電機或線路並網復用，可適應不同類型的斷路器進行並列操作，並具備自動識別並網對象類別及並網性質的功能。
3.1.2 、設置參數有：斷路器合閘時間、允許壓差、過電壓保護值、允許頻差、均頻控制系數、均壓控制系數、允許功角、並列點兩側PT二次電壓實際額定值、系統側PT轉角、同頻調速脈寬、並列點兩側低壓閉鎖值、單側無壓合閘、同步表、開入確認單側無壓操作等。
3.1.3、控制器在發電機並網過程中按模糊控制理論的演算法，根據實測DEH和AVR控制特性所確定的均頻及均壓控制系數，對機組頻率及電壓進行控制，確保最快最平穩地使頻差及壓差進入整定范圍，實現更為快速的並網。
3.1.4、控制器在進行線路同頻並網（合環）時，如並列點兩側功角及壓差小於整定值將立即實施並網操作，否則就進入等待狀態，並發出信號。控制器具備自動識別差頻或同頻並網功能。
3.1.5、發電機並網過程中出現同頻時，控制器將自動給出加速控制命令，與DEH共同作用，消除同頻狀態。控制器與DEH共同作用，可確保不出現逆功率並網，亦可實施並列點單側無壓合閘、雙側無壓合閘等功能。
3.1.6、控制器完成並網操作後將自動顯示斷路器合閘迴路實測時間，及每個通道保留最近的8次實側值，以供校核斷路器合閘時間整定值的精確性。同頻並網因不需要合閘時間參數，故同頻並網時控制器不測量斷路器合閘時間。
3.1.7、控制器提供與上位機的通訊介面（RS-232、RS-485），也可以通過硬接線的方式與DCS系統介面，以完全滿足將自動准同期裝置納入DCS系統的需要。
3.1.8、控制器輸出的調速及調壓繼電器為小型電磁繼電器，可直接驅動DEH和AVR系統進行自動調頻和調壓，省去外加中間繼電器。
3.2 SID-2X裝置主要功能：
3.2.1、SID-2X最多具有8（或12）個多路開關模塊通道對8（或12）個並列點的同期信號進行切換。
3.2.2、接受由DCS或經RS-485匯流排發來的選線指令，控制指定的某路開關進行選線操作，且有RS-485介面。
3.2.3、接受由DCS發來的點動開關信號控制指定的某路開關進行選線操作。
3.2.4、在並網過程中，如遇到緊急事件，選線器可接受由DCS發來的緊急中止同期命令執行緊急中止同期操作。
3.2.5、在選線器上有8（或12）個指示燈指示被選中的多路開關通道號，選線器具有閉鎖重選功能，確保每次只選通一路多路開關。選線器可提供切換後的同期電壓作為手動同步的同期表使用，並有介面與手動的調壓、調速和合閘按鈕相連。
3.2.6、選線器的CPU模塊故障時，可在選線器面板上手動操作8（或12）個帶"唯一性"閉鎖鑰匙的開關進行人工選線操作。

6. 微機自動准同期裝置還需要外部同期閉鎖繼電器嗎

微機自動准抄同期裝置的就是同期合閘，非同期閉鎖合閘的功能。他自己本身就可以完成所有功能。不需要外部同期閉鎖繼電器。如再加一個簡單的外部同期閉鎖，其動作肯定無法與自動准同期裝置一致，可能會影響到合閘命令執行。
一般來說，自動准同期裝置會配套一個手動同步表，但是並不對自動同期起閉鎖作用。
如果還有問題，請繼續交流。