微机自动准同步装置

1. 乌鸦问大家：电气上的是自动同期装置是什么

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乌鸦问大家：电气上的是自动同期装置是什么？喜鹊回答：同期装置广泛用于线路供电线路合闸前的检测等等。
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在电力系统中，有些被称为同期点的断路器在进行合闸操作时，断路器的两端都有可能因由不同的电系统供电而带电。此时，就必进行一系列的操作，最终才能将断路器合闸。这一系列的操作加上断路器合闸操作统称为并列操作。
同期点的并列操作时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。
我厂以前采用的手动准同期装置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。但在一下方面存在一定缺陷：
a、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。 b、合闸时机随意性大。只要操作人员合闸瞬间在同期装置的允许范围之内，断路器就能合闸。但断路器由于有机械和电气传动延时和断路器的固有合闸时间，很可能断路器的合闸时实际上已经不在并列操作的允许范围之内，从而造成非同期合闸，对断路器、发电机以及电系统造成冲击。 c、不能自动调节。对于发电机的各项电参数，必须由操作人员进行手工调节。特别是频率（转速），必须由主控室运行人员与汽轮机操作室相互联系协调好，才能进行调节。这使得一个发电机的并网操作往往需要半个多小时才能成功。 d、原有的手动准同期装置至投运至今已经近30年，继电器已严重老化，可靠性已大大降低。 基于以上的原因，我们采用一种能自动调节各种电参数，在条件满足的情况下，自动发出合闸脉冲指令的微机智能型准同期装置已势在必行。
2 自动准同期装置的原理 众所周知，电力系统中任一点的电压瞬时值可以表示为u=Umsin(t+φ)。可以看出，同期点断路器并列的理想条件就是断路器两侧电压的三个状态量全部相等，即待并系统电压UG和大系统电压UX两个相量完全重合并且同步旋转。用公式表示则为：（1）ωG＝ωX或fG＝fX（即频率相等）（2）UG＝UX（即电压幅值相等）（3）δe＝0（即相角差为0） 此时，并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后两个系统立即进入同步运行，不会产生任何扰动现象。
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。（如图1）（1）频差控制单元。它的任务是检测待并系统（发电机）电压UG与大系统电压UX之间的滑差角频率ωS，且调节发电机转速，使发电机电压的频率接近系统频率。（2）电压差控制单元。它的功能是检测UG和UX之间的电压差，且调节发电机电压UG，使之与UX之间的的差值小于规定允许值，促使并列条件的形成。（3）合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并机组的频率、电压都满足并联条件时，合闸控制单元就选择合适的时间发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差δ接近0或控制在允许范围之内。

3 MAS-2微机自动准同期装置的主要特点 经考察，我们最后采用了南瑞系统控制公司的MAS-2型微机自动准同期装置。该装置以INTEL公司的80C196单片机为核心，配以高精度交流变流器，准确快速的交流采样以及严格的计算技术，准确计算开关两侧的电压、频率和相角差；输入/输出光电隔离，采用进口密封快速中间继电器作为合闸输出和电压切换，装置的抗干扰能力强，技术先进。（1）通过控制待并系统机组调速、调压实现频率和电压的自动跟踪，使频差、压差尽快进入准同期允许的范围，平均每半个工频周期测量出相角差Δδn，在Δδn＝Δδdq＝Δω·Tdq+Δaω·Tdq·Tdq/2时，即T＝Tdq时发出合闸脉冲，实现快速并网。在同频不同相时，也可以发出合适的调速脉冲以缩短并列过程。由于计及角速度（ω）和角加速度，确保了断路器合闸时相角差Δδn接近零。（2）该装置检同期合闸具有频差闭锁（Δf）、压差闭锁（ΔU）和加速度闭锁（dΔf/dt）功能。（3）除具有检同期合闸功能外，还具备无压（一侧无压或两侧均无压）、电网环并（开关两侧为同一电源）等自动快速合闸功能。（4）对输入的各侧电压和频差都进行双回路测量，双回路测量结果应一致，保证测量和计算的正确性。（5）装置具有液晶显示屏菜单显示，便于监视和参数的设定和修改。装置掉电后，参数不会丢失。（6）具有自试和自检功能。（7）装置可以单独使用，也可与监控系统配合使用，实现远方遥控同期装置。多个同期点只需一台准同期装置。采用各同期点输入电压、合闸出口和调节出口选点开关切换，切换选点切换和装置上人工操作选点开关切换。4 MAS-2微机自动准同期装置的硬件组成 MAS-2型微机自动准同期装置的硬件框图如图2，其核心是16为的单片机，装置软件存储在EPROM内，EEPROM中存放定值，RAM是数据存储器，存放运行数据、事故记录等。现场PT送来的交流电压信号经过隔离变换后送采样保持回路，再由单片机内部的A/D变换器变为数字信号，CPU进行采样、有效值的计算。

另外，交流信号波形变为方波后，进行频率和相位角的测量，再由单片机计算出频率的变化率。晶振分频产生600Hz的信号，作为采样保持信号和CPU的中断源。并行I/O扩展芯片8255的C口用于开关量输入，A口、B口经过出口逻辑电路同时控制输出信号继电器和合闸继电器。同期信号插件与同期切换插件控制信号输出、电压切换和合闸电流的保持。调速调压插件在发电机并网时经自动调节发电机有功同步马达和励磁电流，缩短同期并列的过程。5 MAS-2微机自动准同期装置的软件结构与功能 MAS-2微机自动准同期装置的软件流程如图3所示： 该装置的软件结构分为主循环程序和中断处理程序两大部分。定时中断由晶振电路分频产生，每隔1.666ms进入一次中断。中断程序主要完成电压瞬时值采样；电压有效值计算、频率值计算、相位角计算与dΔf/dt的计算；启动判断、检同期判断、检无压开入判断等；合闸输出及中央信号控制等。主循环程序主要完成面板显示、定值修改、回路自检、信号复归以及仿真试验、打印输出等功能。 MAS-2微机自动准同期装置还具有比较独特的功能：（1）装置的异常闭锁功能 a、装置微机能对内部存储器和一些芯片进行自检，一旦发现异常，立即闭锁同期出口，并输出装置异常接点信号； b、对每个电压回路都有双回路进行测量，如发现两个回路测得的同一个电压和频率相差很大，则立即闭锁同期出口，并发出装置异常接点信号； c、对于变电站多线路、多同期点，为了避免误合闸以及不同线路的PT二次侧短路，一次只能允许执行一个同期点的并列操作。如果检测到选点命令（启动）多于两点时，则立即自动解除同期切换板电源，闭锁同期出口，并发出异常接点信号。（2）装置的复归功能： 复归是指切除装置所有TQH（同期切换模件）、TQX（同期信号模件）、TJC（调速调压模件）中所有继电器的24V控制电源。复归的方式有三种： a、通过按同期信号模件（TQX）上的复归按钮（FA）人为复归； b、合闸脉冲发出后延时2秒由软件控制TQX模件中的继电器复归； c、同期点启动后，超过选点启动自复归时间定值Trs后仍未合闸，由软件控制TQX模件中的继电器自动复归。（3）装置与监控系统分通讯功能 MAS-2微机自动准同期装置的通讯接口为RS-232方式，能与监控系统进行通讯，后台监控机能在远方控制同期点的并列操作，并能取得准同期装置所有的定值和同期操作时的所有实时数据。

6 应用情况及其效果 MAS-2型微机自动准同期装置在我厂投用一年多，运行情况一直良好。由于其具有一定的智能性，能够根据采集到的电参数，通过计算，自动发出指令，对发电机的电压、频率进行调节，一旦准同期条件满足，则能自动在适当的时间发出合闸脉冲，使同期点断路器能在最佳时机合闸。 其应用效果主要体现在以下几个方面：
（1）操作方便简单。操作人员在选择了不检、检无压和检同期任一方式后，只需按一下同期切换插件上的按钮，便无需其它任何操作。以后部分由微机装置自动完成采样、计算、分析以及执行。（2）能自动选择适当的时机发出合闸脉冲。不象手动准同期装置那样，操作人员合操作把手的瞬间必须和同期检定继电器的角度配合得非常好才能合闸成功。以前半个小时的并列操作现在只需1分钟不到就能更好的完成，大大降低了操作人员的技术要求和劳动强度，也大大降低了能源的损耗和设备的损伤。（3）能针对不同的同期点断路器而不同对待，通过整定各个同期点断路器的合闸导前时间Tdq（约等于断路器的机械和电气传动时间和断路器固有合闸时间之和），使哥哥不同的断路器均能在最佳时机合闸成功。（4）由于计算机的快速性和可靠性，使得断路器合闸时两侧的电参数基本接近一致，减小了因两侧电压、频率和相位存在较大差异而引起的合闸瞬间的冲击，有力的保障了电力设备特别是发电机和断路器的安全，大大加强了电力系统安全运行的可靠性。 实践证明，微机自动准同期装置在我厂的应用是成功的。

2. 准同期的分类介绍

三明无线电八厂（准同期）生产的准同期主要有以下四种准同期分类：
TDS-6100系列自动准同期装置
TDS-6100系列自动准同期适用于：小型发电机组自动化并网设计的专用仪表。它能自动检测发电机组和电网的频率和电压，在频率、电压、相位均符合并网要求时以设定的越前时间提早发出合闸信号 , 使之能安全可靠地并网。当电压、频率、相位不符合要求时，自动闭锁合闸脉冲。
TDS-6568系列准同期装置
TDS-6568系列准同期适用于：适合大、中型发电机组并网。是发电设备的专用并网装置。具有自动检测机组和电网的电压和频率，根据要求自动发出信号，调节机组的转速和电压，直至符合并网条件。
TDS-6568-2系列准同期装置
TDS-6568-2系列准同期适用于：同TDS-6568系列
TDS-6600液晶屏自动准同期装置
TDS-6600液晶屏自动准同期适用于：大、中型发电机组并网。以 INTEL 公司的 80C 196 准十六位单片微机为核心，取消了传统的电压比较，波形的逻辑组合等硬件电路，塀弃了常规的利用比例微分模拟电路获得恒定越前时间的方法，充分利用微机的运算和判断功能，根据同期过程的频差、相角差数学模型进行调节和控制，大大缩短了并网时间，使发电机能快速准确地并入电网。从而兼有自同期的快速和准同期的并网无冲击的双重优越性。
先加励磁，到发电机接近同步速时，合闸，使发电机进入并网运行。

3. 自动准同步装置中整步电压的表达式

自动准同步装置中整步电压的表达式如下：

将脉动电压中频率较高的部分滤掉,得到脉动电压的包络线,并经整流后,得到 脉动电压的包络线的下半部分,这是一个包含同步信息量的电压,称之为整步电压。

整步电压的特点是: (1) 整步电压随相角差 δ周期变化; (2) 整步电压随时间 t 周期变 化,当 δ从 0°~360°变化一个周期时,脉动电压也变化一个周期,也是整步电压的周期; (3) 整步电压的最低点反映了电压差的大小。

自动准同期装置是专用的自动装置。自动监视电压差、频率差，分析计算出合适的同期时刻并提前一个导前时间发出合闸命令确保在理想的角度完成同期并网，使断路器在相角差为0°的合闸，微机自动准同期装置已经能做到在启动同期后首次同相点完成并网。

装置设有自动调节压和调频率单元，在电压差和频率差不满足条件时发出控制脉冲。若频率差不满足要求，自动调节原动力的转速，增加或减小频率，促成同期来临；若电压差不满足要求时，自动调节发电机的电压使电压接近系统的电压。

4. 发电机组的准同期并列有哪些操纵步骤

用准同期法进行并列操作，发电机组电压必须相同、频率相同以及相位一版致，这可通过权装在同期盘上的2块电压表、2块频率表以及同期表和非同期指示灯来监视，并列操作步骤可以总结为如下四个步骤：

（1）将其中一台发电机组的负荷开关合上，将电压送至母线上，而另一台机组处在待并状态。

（2）合上同期开头，调节待并发电机组的转速，使它等于或接近同步转速（与另一台机组的频率相差在半个周波以内），调节待并发电机组的电压，使其与另一台发电机组电压接近，在频率与电压均相近时，同期表的旋转速度是越来越慢的，同期指示灯也时亮时暗；

（3）当待并机组与另一台机组相位相同时，同期表指针指示向上方正中间位置，同期灯最暗，当待并机组与另一台机组相位差最大时，同期表指向下方正中位置，此时同期灯最亮，当同期表指针按顺时针方向旋转时，这说明待并发电机的频率比另一台机组的频率高，应降低待并发电机组的转速，反之当同期表指针按逆时针方向旋转时，应增加待并发电机组的转速；

（4）当同期表指针顺时针方向缓慢旋转，指针接近同期点时，立即将待并机组的断路器合闸，使两台发电机组并列。并列后切除同期表开关和相关的同期开关。

5. 模拟式同期装置存在的主要问题是什么

摘要：针对当前国内大中型发电厂自动准同期装置的运行情况及存在的问题进行了分析，介绍了SID-2X型自动选线器和SID-2CM微机型自动准同期装置工作原理，并对如何应用新技术、新设备的方法进行了探讨。
关键词：自动准同期装置 发电机 系统 断路器 并网 DCS 应用
1 概述
从国内目前电力系统来看，不同大小容量、不同类型的发电机组要并网发电，一般主要通过以下两种方式：自同步方式和准同步方式。
1.1、采用自同步方式的发电机组，应符合定子绕组的绝缘及端部固定情况良好、端部接头无不良现象，自同步并列时，定子超瞬变电流的周期分量不超过允许值的要求。在系统故障情况下，水轮发电机组可采用自同步方式，100MW以下的汽轮发电机组也可采用自同步方式。
1.2、在正常情况下，同步发电机组的并列应采用准同步方式。
为此，电力系统明文规定，在发电厂中，对单机容量在6 MW以上的发电厂，应装设自动准同步装置和带相位闭锁的手动准同步装置。
在九十年代及以前，除了当时全套引进国外设备的发电机组外，国内各发电厂基本上都是使用电磁型继电器、晶体管元器件或小规模集成电路构成的ZZQ系列自动准同步装置。
但随着全世界范围内计算机技术的飞速发展，作为技术、经济高度密集型的发电厂，其自动控制技术及其产品开发已是日新月异、层出不穷，尤其是自动准同期装置，微机化、智能化产品也是型式多样。
2 旧同期设备存在的主要问题
由于投产比较早的国产发电机组，绝大多数都是采用国产的自动准同期装置，它们都普遍存在以下不足之处：
2.1、如果过大的相角差并网，使发电机组的定子转子绕组、轴瓦、联轴器等过大的振动而受到严重的累积机械损伤，或诱发发电机组转子大轴系统扭振，使发电机组正常的运行寿命大大缩短是有可能的。
2.2、为追求理想的同期合闸点，对电压差、频率差过分精细的调节，不但会消耗大量的时间，而且会带来较大的因维持发电机组空转而造成的能耗浪费。
2.3、在同频合环操作过程中，如发电机倒厂用电等操作，如果不考虑功角、压差的因数，有可能造成系统继电保护误动作，甚至造成系统振荡。
2.4、更为严重的是，由于集中控制的需要和节省投资，过去往往设计成多台不同类型的断路器、几台发电机组共用一组同期小母线和一套准同期装置，不可避免地共用了一套准同期并网定值。由于不同类型的断路器合闸性能差异性很大，如合闸速度的不同，不同电压等级的电压互感器二次同期比较的幅值和相位也有所不同，直接导致合闸导前时间的不同，在唯一的导前时间定值下，从而不可避免地会出现合闸脉冲的不准确性。
2.5、服役时间长，元器件老化严重，用户维护调试困难，产品质量难以保持。
2.6、电力系统自动控制系统发展迅速，非智能型的自动准同期装置无法满足现代化电力工业发展的要求。
3 微机型自动准同期装置的应用
综观大江南北，无论是单机容量30万KW、60万KW及以上的大型发电厂，还是单机容量几万KW、几千KW的小型电厂，无论是水电厂还是火电厂，不管是新机投产还是旧机改造，都不遗余力地选用微机型自动准同期装置，由于它们的先进性、高可靠性、高精度且高速度、智能化且维护使用方便，得到发电行业的广泛应用。下面仅以在发电厂使用最为广泛的SID-2CM型自动准同期装置和SID-2X型自动选线器为例，重点介绍在发电厂DCS系统普遍采用的今天，如何设计、运用微机型自动准同期装置，以达到提高整套机组自动化运行水平的目的。
3.1 SID-2CM装置主要功能：
3.1.1、SID-2CM有8个通道可供1~8台、条发电机或线路并网复用，可适应不同类型的断路器进行并列操作，并具备自动识别并网对象类别及并网性质的功能。
3.1.2 、设置参数有：断路器合闸时间、允许压差、过电压保护值、允许频差、均频控制系数、均压控制系数、允许功角、并列点两侧PT二次电压实际额定值、系统侧PT转角、同频调速脉宽、并列点两侧低压闭锁值、单侧无压合闸、同步表、开入确认单侧无压操作等。
3.1.3、控制器在发电机并网过程中按模糊控制理论的算法，根据实测DEH和AVR控制特性所确定的均频及均压控制系数，对机组频率及电压进行控制，确保最快最平稳地使频差及压差进入整定范围，实现更为快速的并网。
3.1.4、控制器在进行线路同频并网（合环）时，如并列点两侧功角及压差小于整定值将立即实施并网操作，否则就进入等待状态，并发出信号。控制器具备自动识别差频或同频并网功能。
3.1.5、发电机并网过程中出现同频时，控制器将自动给出加速控制命令，与DEH共同作用，消除同频状态。控制器与DEH共同作用，可确保不出现逆功率并网，亦可实施并列点单侧无压合闸、双侧无压合闸等功能。
3.1.6、控制器完成并网操作后将自动显示断路器合闸回路实测时间，及每个通道保留最近的8次实侧值，以供校核断路器合闸时间整定值的精确性。同频并网因不需要合闸时间参数，故同频并网时控制器不测量断路器合闸时间。
3.1.7、控制器提供与上位机的通讯接口（RS-232、RS-485），也可以通过硬接线的方式与DCS系统接口，以完全满足将自动准同期装置纳入DCS系统的需要。
3.1.8、控制器输出的调速及调压继电器为小型电磁继电器，可直接驱动DEH和AVR系统进行自动调频和调压，省去外加中间继电器。
3.2 SID-2X装置主要功能：
3.2.1、SID-2X最多具有8（或12）个多路开关模块通道对8（或12）个并列点的同期信号进行切换。
3.2.2、接受由DCS或经RS-485总线发来的选线指令，控制指定的某路开关进行选线操作，且有RS-485接口。
3.2.3、接受由DCS发来的点动开关信号控制指定的某路开关进行选线操作。
3.2.4、在并网过程中，如遇到紧急事件，选线器可接受由DCS发来的紧急中止同期命令执行紧急中止同期操作。
3.2.5、在选线器上有8（或12）个指示灯指示被选中的多路开关通道号，选线器具有闭锁重选功能，确保每次只选通一路多路开关。选线器可提供切换后的同期电压作为手动同步的同期表使用，并有接口与手动的调压、调速和合闸按钮相连。
3.2.6、选线器的CPU模块故障时，可在选线器面板上手动操作8（或12）个带"唯一性"闭锁钥匙的开关进行人工选线操作。

6. 微机自动准同期装置还需要外部同期闭锁继电器吗

微机自动准抄同期装置的就是同期合闸，非同期闭锁合闸的功能。他自己本身就可以完成所有功能。不需要外部同期闭锁继电器。如再加一个简单的外部同期闭锁，其动作肯定无法与自动准同期装置一致，可能会影响到合闸命令执行。
一般来说，自动准同期装置会配套一个手动同步表，但是并不对自动同期起闭锁作用。
如果还有问题，请继续交流。