HYDRO / SYNCHRONIZATION水轮发电机同期点的选择 · 教学网页
2×700 MW · 220 kV · 50 Hz

水利水电工程 / 水电站电气部分 / 交互教学

水轮发电机同期点的选择

基于电气主接线的同期点判别与交互分析

同期点的选择,是在电气主接线中确定哪些断路器承担同期并列任务。其判别不以设备名称或电压等级为依据,而以断路器断开时两侧是否来自不同电源、是否具备合闸能力、两侧电压是否可测以及运行方式是否需要并列为依据。本页以一座 2×700 MW 水电站的 220 kV 主接线为例,设置 15 个候选位置,逐一分析其是否构成同期点及理由。

教学对象:水利水电工程专业 主接线:单母线分段 + 单元接线 + 三绕组联络变 候选位置:15 处 关联内容:发电机出口、主变高压侧、母线分段、线路、旁路、三绕组变压器
01

概念:同期点是断路器位置,不是同期装置安装地点

同期点属于一次接线范畴;同期装置、电压互感器及同期闭锁属于二次系统。二者相关,但不能互相替代。

同期点是指:在电气主接线中,断路器断开时其两侧电压来自不同电源,并且需要通过该断路器完成同期合闸的断路器位置。

DEFINITION 发电机和变电站的诸多断路器中,并非每个断路器都可用于并列。只有当断路器断开时两侧电压来自不同电源,且该断路器必须由同期装置进行同期并列操作才能合闸,这样的断路器位置才称为同期点。
01 / PRIMARY

同期点

主接线中的断路器位置,决定同期操作在哪一处完成。它由一次接线和运行方式确定。

02 / SECONDARY

同期装置

测量两侧电压的幅值、频率和相位,并在条件满足时发出合闸命令。装置可以切换至不同同期点。

03 / MEASUREMENT

电压互感器(TV)

为同期装置提供两侧电压信号。两侧均有可靠 TV,是同期点成立的必要条件之一。

04 / OPERATION

同期操作

在选定的同期点上完成电压、频率和相位调整后合闸。同期点选择与同期条件整定属于两个层面。

注:部分教材和现场资料使用 PT 表示电压互感器,本页统一使用 TV,二者含义相同。

02

同期点的设置原则

以下原则依据发电厂电气自动装置及水电站电气部分的通行表述整理。原则给出“应设”的位置,具体工程仍需结合主接线、TV 配置和运行方式校核。

P1

发电机出口及单元接线各电源侧

直接与母线连接的发电机出口断路器、发电机—双绕组变压器单元接线的高压侧断路器,以及发电机—三绕组变压器单元接线的各电源侧断路器,应设为同期点。

依据:文献 [3][4]
P2

两侧有电源的变压器各侧

两侧均有电源的双绕组变压器,其低压侧或高压侧断路器应设为同期点(一般设在低压侧);三绕组变压器和自耦变压器有电源的各侧断路器,也应设为同期点。

依据:文献 [3][4]
P3

母线联络、母线分段及旁路断路器

母线联络断路器、母线分段断路器和旁路母线断路器,承担母线之间或旁路方式下的并列任务,应设为同期点。

依据:文献 [3][4]
P4

对侧有电源的线路断路器

接在母线上、对侧有电源的线路断路器,应设为同期点。若线路对侧仅为无电源负荷,则该线路断路器不承担同期并列任务。

依据:文献 [3][4]
P5

旁路母线、环形接线及一台半断路器接线

110 kV 及以上线路设置旁路母线时,可利用旁路母线上的电压互感器进行同期;环形接线和外桥接线中与线路相关的两个断路器、一台半断路器接线中的各断路器,一般均设为同期点。

依据:文献 [3]
P6

变电站与水电厂的区别

变电站一般不考虑设置同期点;仅对需要经常并列或解列的断路器及调相机,设置手动准同期装置。水电站因机组并网、解列和黑启动需要,通常按 P1—P5 设置同期点。

依据:文献 [3]

说明:上述原则不是“把所有断路器都设为同期点”。是否设置,还要看该断路器断开时两侧是否确实为独立电源,以及运行方式是否需要在该处并列。

03

主接线与候选位置判别

图 1 为教学用 220 kV 主接线。点击图中编号或下方候选位置,查看该位置的设备类型、两侧电源、TV 配置与判别依据。

FIG. 1220 kV 主接线及同期点候选位置

接线图较宽,可在图内左右滑动查看完整接线。

G ~ 220 kV 母线 I 段 220 kV 母线 II 段 GCB1 QS1 HVCB1 T1 220/15.75 kV G1 · 700 MW GCB2 QS4 HVCB2 T2 220/15.75 kV G2 · 700 MW QF3 QS3 QF8 T4 220/6 kV 厂用变 6 kV 厂用负荷 QF5 T3 220/110/35 kV QF6 QF7 35 kV 厂用 / 负荷 无独立电源 QF4 QS2 QF9 旁路 QS5 QS6 TV1 TV2 TV3 TV4 220 kV 系统 对侧有电源 110 kV 地区系统 有地区电源 220 kV 110 kV 35 kV 01 01 发电机出口断路器 GCB1 02 02 发电机出口断路器 GCB2 03 03 主变 T1 高压侧断路器 HVCB1 04 04 主变 T2 高压侧断路器 HVCB2 05 05 220 kV 母线分段断路器 QF3 06 06 220 kV 线路断路器 QF4 07 07 三绕组变压器 T3 220 kV 侧断路器 QF5 08 08 三绕组变压器 T3 110 kV 侧断路器 QF6 09 09 三绕组变压器 T3 35 kV 侧断路器 QF7 10 10 厂用变 T4 高压侧断路器 QF8 11 11 220 kV 旁路断路器 QF9 12 12 发电机出口隔离开关 QS1 13 13 线路侧隔离开关 QS2 14 14 母线分段隔离开关 QS3 15 15 发电机 G2 出口隔离开关 QS4
断路器(QF) 发电机(G) 母线 / 线路 同期点候选引线 TV:电压互感器 QS:隔离开关
图 1 某 2×700 MW 水电站 220 kV 主接线及同期点候选位置(教学示意)。图示运行方式:G1、G2 运行;220 kV 线路与 110 kV 地区系统有电源;QF4 运行、QF9 备用;35 kV 与 6 kV 侧为负荷。图中设备符号不表示实际分合状态;仅示出与同期判别直接相关的 TV,实际工程应按设计文件配置。
候选位置索引15 处 · 点击选择
04

15 处候选位置的判别汇总

表中“条件性同期点”表示该位置在原则上可设同期点,但是否承担同期任务取决于两侧电源及运行方式。点击任意一行可回到图 1 查看。

编号位置 / 设备设备类型两侧独立电源两侧 TV判定主要依据

统计:同期点 6 处,条件性同期点 3 处,非同期点 6 处。判别结果对应图 1 所示运行方式;改变运行方式时,应重新校核条件性同期点。

05

不同主接线中的同期点位置

主接线形式决定候选位置的数量和层级。下列对应关系用于将图 1 的判别方法推广到其他接线。

主接线形式同期点位置说明
发电机—双绕组变压器单元接线发电机出口断路器;或主变高压侧断路器设 GCB 时,GCB 为单机同期点,HVCB 可作为单元级备用;不设 GCB 时,HVCB 为单元主同期点。
扩大单元接线每台发电机出口断路器每台机应有独立同期点,避免一台机检修或故障时影响其他机组。
单母线分段接线母线分段断路器两侧母线均有电源且需要并列时使用;不能替代单机同期点。
双母线 / 母线联络母线联络断路器用于两组母线之间的并列与解列;两侧 TV 应能正确切换。
线路 / 联络变对侧有电源的线路断路器或联络变各侧断路器承担电厂与系统之间的并列、解列及黑启动复电。
一台半断路器、环形、外桥接线与线路相关的断路器、各串断路器运行方式变化较多,通常所有相关断路器均设为同期点。
旁路母线旁路断路器旁路代路时,旁路断路器可承担同期任务;可利用旁路母线 TV。
06

常见误判

同期点判别的错误,多数来自把“断路器”“同期装置”“TV”三者混为一谈,或忽略运行方式。

误判 01

“断路器就是同期点”

辨析:断路器只是同期点的必要条件,不是充分条件。若断路器一侧仅为无电源负荷,合闸不涉及两个独立电源的并列,如 QF7、QF8。

误判 02

“隔离开关也可以同期”

辨析:隔离开关没有灭弧能力,不能接通或开断负荷电流,不能承担同期合闸任务。同期操作必须由断路器完成。

误判 03

“母线分段断路器可以替代单机同期点”

辨析:母线分段断路器是母线级同期点,不能替代每台机组的同期点。单机调试、单机隔离和故障范围控制仍需机端或单元级同期点。

误判 04

“设了同期装置就是同期点”

辨析:同期装置可切换至多个断路器,但同期点由一次接线和运行方式决定。装置安装地点、TV 安装地点与同期点不是同一概念。

07

选择方法

同期点的选择可按以下顺序进行;每一步均应形成可复核的记录。

STEP 01列运行方式

正常并网、单机检修、母线分段运行、线路停运、黑启动等。

STEP 02找电源分界

判断每个断路器断开时,两侧是否来自不同电源,是否存在待并系统。

STEP 03检查开关设备

确认该位置为断路器;隔离开关、负荷开关不能作为同期点。

STEP 04核对 TV 与同期回路

两侧 TV 配置、相序、相位、电压切换及同期闭锁应满足要求。

STEP 05形成清单

列出同期点编号、层级、适用运行方式、TV 来源和操作地点。

同期点的选择应以电源分界为起点,以断路器为操作载体,以两侧可测电压为技术条件,以运行方式为校核依据。

对条件性同期点,应在设计文件中明确其适用运行方式及闭锁条件;对非同期点,不应配置同期合闸回路。同期点数量应满足运行方式要求,不宜以母线级或系统级同期点替代单机级同期点。

08

参考文献与说明

本页用于课程教学,主接线及运行方式为教学示意,不针对具体工程。

  1. [1]《发电厂电气部分》(教材)中关于电气主接线、断路器与隔离开关、同期点设置的相关章节。
  2. [2]《电力系统自动装置》(教材)中关于准同期、同期点及同期回路的相关章节。
  3. [3]机电之家. 发电厂电气自动装置同期点的设置和同期方式的设置[EB/OL]. https://www.jdzj.com/diangong/article/2013-10-17/39457-1.htm
  4. [4]广东水利电力职业技术学院课程答疑. 同期点设置有哪些原则?[EB/OL]. 课程答疑页面
  5. [5]GB/T 14285《继电保护和安全自动装置技术规程》;DL/T 5132《水力发电厂二次接线设计规范》。相关条款应按现行版本执行。

说明:本页中“同期点应同时满足四项条件”的表述,是为了组织教学而作的归纳;具体工程应依据现行规程、设计文件和设备技术条件进行校核。图中 TV 仅示出与同期判别直接相关的配置,实际工程尚应包括保护、测量、计量等 TV 绕组及二次回路。