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[摘 要]伴随着不断复杂的电力系统电网结构，出现了越来越多的大容量机组，常规同期系统模式设计已经无法满足目前同期系统的要求，本文先简述了同期接线系统常见模式，并分析了同期合闸关键技术及作用，最后阐述了PLC在同期系统中的应用原理及作用。
[关键词]PLC；同期系统；选线控制
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0167-02
目前计算机技术得到了快速发展，已经广泛涉及各行各业，也在水电厂的自动控制系统中得到了应用。采用可编程控制器PLC能够实现数据采集、运算，计时、逻辑控制及通信等多项功能，操作可靠、灵活性能高，速度快且具有可扩展性，在水电厂微机监控系统中发挥了重要作用。此项系统作为一项水电厂综合自动化系统重要组成部分，能够检测、控制各项设备，实现自动起机、停机及调相运行等方面的自动控制、调节。
一、同期系统常见模式及简述
1、系统同期点和获取同期电压的方式
水电站、发电厂目前普遍采用的是单相同期方式，各种单相同期接线获取同期电压的方式也各不相同。
（1）电压≥110kV的中性点直接接地系统
通常情况下系统电压互感器（TV）二次绕組类型有主二次绕组和辅助二次绕组两种【1】，它们的相电压分别为100/V和100V，这时候应接入辅助二次绕组一相电压的同期电压。
（2）主变高、低电压
主变通常采用的是Y，d11接线，应选择辅助二次绕组100V的相电压UAN为高压侧的二次电压接入，选择TV主二次绕组100V的线电压Uac，这样能确保联测同期电压数值、相位无差别。
（3）经高电阻接地、中性点不接地系统
系统采用的电压互感器（TV）有两种类型：①拥有2个二次绕组，主二次绕组和辅助二次绕组，它们的相电压分别为100/V和100/3V；②只拥有1个二次绕组，相电压是100/V，这时候应该接入100V的主二次绕组线电压为同期电压。
2、同期系统接线设计
（图1）所示为传统应用的同期系统接线控制回路。
由上图1可以发现，自动和手动准同期都需要通过KSY的闭锁接点。SB合闸按钮的存在是因为集中同期手动合闸时，SA开关的安装是依照单位的不同情况进行装设的，但单独装设同期屏极易引起SA和同期表未在同一处现象，采用SB合闸完成并网，然后工作人员把控制屏的SA复位即可。
二、同期合闸关键技术及作用
同期合闸是水电站、变电站等经常会遇到的一种操作，能够降低合闸产生的冲击，间系统的稳定性进一步提升。从同期应用场合方面分为：①发电厂等发电机并网；②系统中两个系统的并列。发电机并网通常应配合调幅、调频功能，能够加快并网过程；系统并列或是有压重合并不用调幅、调频。
1、并列和差频同期
将无电气联系的两个系统进行并列的即为差频同期，差频同期两边的频率不相同且相角差并不固定，一直产生变化，还可能会捕捉到零角度合闸时机【2】。在两个已经有联系的系统上加装一个联络开关即为并列，并列状况下，待合闸两侧频率相同，系统在两点间的功角为两边的相角差，如果网络拓扑、负荷变化不大，基本不会产生变化。建议定义两种方式为差频同期和环网并列。
当电网的运行方式发生变化，某些结点可以分别是同频、差频现象，产生不同的同期要求：频差、压差合格状况下，差频同期所捕捉的目标是首次零相角差时机进行合闸，也就是自动准同期；环网并列由于两侧频率相同，两端功角即为相角差，系统参数固定情况下基本上不会发生变化，当功角差<预置允许值的时候，测量到的相角差>预置允许值时报警，形成合闸条件。同频同期只起到了一个压差、功角检查功能。
2、合闸导前时间计算
合闸导前时间即为出口到断路器的闸合上所用的动作时间。合闸导前时间是否准确极大的影响了同期点角差的准确性。常规的方式是利用开入量进行检测，这种方式虽然容易，思路直接，便于实现，不过断路器合上电流的时刻如果不能和辅助接点变位相一致，就会产生时差误差，而且还要考虑接点抖动因素。可以采用一种更清晰的物理概念方式，将无电流变为有电流，实现电流从无到有的检测，当达到64点/周波的采样速率，可实现0.3ms的时间分辨率，能够合闸成功且准确的计算出合闸导前时间。
3、自适应识别与同期遥控方式
虽然装置能够判断是同频或是差频，但是如果系统的频差很小的时候，就会延长判断时间，增加合闸时机造成的延误。调度人员了解运行结构，也明白即将合闸的断路器所处的位置到底是同频还是差频，所以最好在发命令时将同频同期、差频同期、遥控合闸等命令区分开来。
4、PT断线闭锁
PT断线闭锁功能在自适应进行同期方式判定时发挥着极为重要的作用。采用常规距离保护的PT断线闭锁就能够对母线侧PT断线闭锁。也就是对零序电压幅值进行检测，当检测到的幅值超过预置定值的情况下，可判定为断线。传统同期装置没有考虑此项问题，一旦出现状况就会造成系统故障，将线路PT二次侧熔断器进行改造，使其成为带输出接点的熔断器，采用开入量做闭锁信号。
同期系统闭锁开关可以对STK进行设置。如下图2所示，并接STK和TJJ的接点，如果是正常情况下，STK接点是不相通的，如遇到特殊情况会闭合，实现TJJ短接作用。TJJ起到了检查系统侧、待并侧与同期并列条件是够相符的作用。当出现一侧有电一侧无电现象或是不能满足条件情况下，TJJ打开不能实现并列。如一侧有电一侧无电，要充电或两侧都带电时将隔离开关拉开进行主开关传动，需要先短接TJJ才能进行操作。
三、PLC在同期系统中的应用原理及作用
1、同期原理分析
水电站、发电厂均存在频繁操作多个同期点的问题。通常情况下采用具备准确答应功角整定值且能够对并列点并网性质积极性自动识别的装置进行厂用电系统正常操作。一般一台同期装置需要统管全部的同期点，不过变电站一台同期装置连接多条线路因不畅进行线路操作所以是合理的。断路器合闸应该符合以下条件：（1）电压差<预置设定值；（2）频差<预置设定值；（3）相位差<预置设定值；（4）系统侧、待并侧电压无异，不存在PT断线状况。当以上四个条件均满足情况下，微机同期装置就能够产生合闸脉冲，依据检测获得的电压、频率相位差，计算获得首个零角差点时刻，提前将合闸命令发出。
2、同期操作的实现
电站的工作人员依据实际情况及需求或者是上位机自动依据用电负荷状况将同期请求信号发送出去，上位机将这些请求信号传送至PLC，经逻辑判断，PLC会响应同期请求信号，将位于同期点两侧的PT信号进行传送，使其进入微机准同期装置，在零相位差出现之前就实施合闸命令的发布，在零相差点（=0）时刻就能够准确实施同期操作，不会出现冲击【3】。PLC的I/O点分配如下图3所示。
监控系统对PLC发出同期请求信号，PLC会对请求信号进行内部程序的逻辑判断，回应需给出通道选择信号还是给出故障信号。PLC内部程序进行控制，在同一时间段之内只会响应一路请求信号，它不可能在一定的时间段内做出两条通道的选择信号输出。如果PLC已经有了一条通道选择信号输出，对应此通道的其他输出继电器触点均会闭合，别的回路继电器触电依然是断开状态，就会形成此通道的PT信号输入、合闸输出回路，进而形成通道，这样自动准同期装置不管是输入、输出信号都是有效地。通过PLC逻辑控制功能可以进行自动同期部分较可靠选线控制【4】。
四、总结
同期合闸关键技术有差频同期和环网并列两种。计算合闸导前时间可采用将无电流变为有电流，准确合闸成功并计算出合闸导前时间。通过对零序电压幅值进行检测，采用PT断线闭锁功能就能够实现母线侧PT断线闭锁。通过以上研究，希望可以促进电站自动化的发展，实现更有效的选线自动化控制。
参考文献
[1] 沙励.大型发电厂同期系统设计方案[J].电力自动化设备.2005.25（2）：68-72.
[2] 周家春.变电站自动化系统中同期合闸关键技术的探讨[J].山东电力高等专科学校学报.2003.6（4）：30-32.
[3] 刘云峰，蔡志强.变电站综合自动化系统测控装置PLC应用分析[J].电力与电工.2009.29（4）：59-61.
[4] 张海霞，刘素一，张歆艳.基于“PLC+微机准同期装置”方式的并网环节的设计[J].电力系统保护与控制.2008.36（24）：88-89，96.
[关键词]PLC；同期系统；选线控制
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0167-02
目前计算机技术得到了快速发展，已经广泛涉及各行各业，也在水电厂的自动控制系统中得到了应用。采用可编程控制器PLC能够实现数据采集、运算，计时、逻辑控制及通信等多项功能，操作可靠、灵活性能高，速度快且具有可扩展性，在水电厂微机监控系统中发挥了重要作用。此项系统作为一项水电厂综合自动化系统重要组成部分，能够检测、控制各项设备，实现自动起机、停机及调相运行等方面的自动控制、调节。
一、同期系统常见模式及简述
1、系统同期点和获取同期电压的方式
水电站、发电厂目前普遍采用的是单相同期方式，各种单相同期接线获取同期电压的方式也各不相同。
（1）电压≥110kV的中性点直接接地系统
通常情况下系统电压互感器（TV）二次绕組类型有主二次绕组和辅助二次绕组两种【1】，它们的相电压分别为100/V和100V，这时候应接入辅助二次绕组一相电压的同期电压。
（2）主变高、低电压
主变通常采用的是Y，d11接线，应选择辅助二次绕组100V的相电压UAN为高压侧的二次电压接入，选择TV主二次绕组100V的线电压Uac，这样能确保联测同期电压数值、相位无差别。
（3）经高电阻接地、中性点不接地系统
系统采用的电压互感器（TV）有两种类型：①拥有2个二次绕组，主二次绕组和辅助二次绕组，它们的相电压分别为100/V和100/3V；②只拥有1个二次绕组，相电压是100/V，这时候应该接入100V的主二次绕组线电压为同期电压。
2、同期系统接线设计
（图1）所示为传统应用的同期系统接线控制回路。
由上图1可以发现，自动和手动准同期都需要通过KSY的闭锁接点。SB合闸按钮的存在是因为集中同期手动合闸时，SA开关的安装是依照单位的不同情况进行装设的，但单独装设同期屏极易引起SA和同期表未在同一处现象，采用SB合闸完成并网，然后工作人员把控制屏的SA复位即可。
二、同期合闸关键技术及作用
同期合闸是水电站、变电站等经常会遇到的一种操作，能够降低合闸产生的冲击，间系统的稳定性进一步提升。从同期应用场合方面分为：①发电厂等发电机并网；②系统中两个系统的并列。发电机并网通常应配合调幅、调频功能，能够加快并网过程；系统并列或是有压重合并不用调幅、调频。
1、并列和差频同期
将无电气联系的两个系统进行并列的即为差频同期，差频同期两边的频率不相同且相角差并不固定，一直产生变化，还可能会捕捉到零角度合闸时机【2】。在两个已经有联系的系统上加装一个联络开关即为并列，并列状况下，待合闸两侧频率相同，系统在两点间的功角为两边的相角差，如果网络拓扑、负荷变化不大，基本不会产生变化。建议定义两种方式为差频同期和环网并列。
当电网的运行方式发生变化，某些结点可以分别是同频、差频现象，产生不同的同期要求：频差、压差合格状况下，差频同期所捕捉的目标是首次零相角差时机进行合闸，也就是自动准同期；环网并列由于两侧频率相同，两端功角即为相角差，系统参数固定情况下基本上不会发生变化，当功角差<预置允许值的时候，测量到的相角差>预置允许值时报警，形成合闸条件。同频同期只起到了一个压差、功角检查功能。
2、合闸导前时间计算
合闸导前时间即为出口到断路器的闸合上所用的动作时间。合闸导前时间是否准确极大的影响了同期点角差的准确性。常规的方式是利用开入量进行检测，这种方式虽然容易，思路直接，便于实现，不过断路器合上电流的时刻如果不能和辅助接点变位相一致，就会产生时差误差，而且还要考虑接点抖动因素。可以采用一种更清晰的物理概念方式，将无电流变为有电流，实现电流从无到有的检测，当达到64点/周波的采样速率，可实现0.3ms的时间分辨率，能够合闸成功且准确的计算出合闸导前时间。
3、自适应识别与同期遥控方式
虽然装置能够判断是同频或是差频，但是如果系统的频差很小的时候，就会延长判断时间，增加合闸时机造成的延误。调度人员了解运行结构，也明白即将合闸的断路器所处的位置到底是同频还是差频，所以最好在发命令时将同频同期、差频同期、遥控合闸等命令区分开来。
4、PT断线闭锁
PT断线闭锁功能在自适应进行同期方式判定时发挥着极为重要的作用。采用常规距离保护的PT断线闭锁就能够对母线侧PT断线闭锁。也就是对零序电压幅值进行检测，当检测到的幅值超过预置定值的情况下，可判定为断线。传统同期装置没有考虑此项问题，一旦出现状况就会造成系统故障，将线路PT二次侧熔断器进行改造，使其成为带输出接点的熔断器，采用开入量做闭锁信号。
同期系统闭锁开关可以对STK进行设置。如下图2所示，并接STK和TJJ的接点，如果是正常情况下，STK接点是不相通的，如遇到特殊情况会闭合，实现TJJ短接作用。TJJ起到了检查系统侧、待并侧与同期并列条件是够相符的作用。当出现一侧有电一侧无电现象或是不能满足条件情况下，TJJ打开不能实现并列。如一侧有电一侧无电，要充电或两侧都带电时将隔离开关拉开进行主开关传动，需要先短接TJJ才能进行操作。
三、PLC在同期系统中的应用原理及作用
1、同期原理分析
水电站、发电厂均存在频繁操作多个同期点的问题。通常情况下采用具备准确答应功角整定值且能够对并列点并网性质积极性自动识别的装置进行厂用电系统正常操作。一般一台同期装置需要统管全部的同期点，不过变电站一台同期装置连接多条线路因不畅进行线路操作所以是合理的。断路器合闸应该符合以下条件：（1）电压差<预置设定值；（2）频差<预置设定值；（3）相位差<预置设定值；（4）系统侧、待并侧电压无异，不存在PT断线状况。当以上四个条件均满足情况下，微机同期装置就能够产生合闸脉冲，依据检测获得的电压、频率相位差，计算获得首个零角差点时刻，提前将合闸命令发出。
2、同期操作的实现
电站的工作人员依据实际情况及需求或者是上位机自动依据用电负荷状况将同期请求信号发送出去，上位机将这些请求信号传送至PLC，经逻辑判断，PLC会响应同期请求信号，将位于同期点两侧的PT信号进行传送，使其进入微机准同期装置，在零相位差出现之前就实施合闸命令的发布，在零相差点（=0）时刻就能够准确实施同期操作，不会出现冲击【3】。PLC的I/O点分配如下图3所示。
监控系统对PLC发出同期请求信号，PLC会对请求信号进行内部程序的逻辑判断，回应需给出通道选择信号还是给出故障信号。PLC内部程序进行控制，在同一时间段之内只会响应一路请求信号，它不可能在一定的时间段内做出两条通道的选择信号输出。如果PLC已经有了一条通道选择信号输出，对应此通道的其他输出继电器触点均会闭合，别的回路继电器触电依然是断开状态，就会形成此通道的PT信号输入、合闸输出回路，进而形成通道，这样自动准同期装置不管是输入、输出信号都是有效地。通过PLC逻辑控制功能可以进行自动同期部分较可靠选线控制【4】。
四、总结
同期合闸关键技术有差频同期和环网并列两种。计算合闸导前时间可采用将无电流变为有电流，准确合闸成功并计算出合闸导前时间。通过对零序电压幅值进行检测，采用PT断线闭锁功能就能够实现母线侧PT断线闭锁。通过以上研究，希望可以促进电站自动化的发展，实现更有效的选线自动化控制。
参考文献
[1] 沙励.大型发电厂同期系统设计方案[J].电力自动化设备.2005.25（2）：68-72.
[2] 周家春.变电站自动化系统中同期合闸关键技术的探讨[J].山东电力高等专科学校学报.2003.6（4）：30-32.
[3] 刘云峰，蔡志强.变电站综合自动化系统测控装置PLC应用分析[J].电力与电工.2009.29（4）：59-61.
[4] 张海霞，刘素一，张歆艳.基于“PLC+微机准同期装置”方式的并网环节的设计[J].电力系统保护与控制.2008.36（24）：88-89，96.