目前，兩個電網的連接通常通過同期裝置操作進行，而智能變電站中通常采用測控裝置中的手動同期功能來實現兩個不同源的系統連接。本文針對新疆電網一起220kV變電站非同期合閘事故發生原因及暴露的問題，從測控同期裝置手動同期功能、測控裝置相關電壓二次回路、測控裝置缺陷、運行人員失誤等方面進行深入分析，提出合理的解決方法，為今后變電站同期合閘的安全操作以及類似事故的分析和處理提供參考方法，以防止以后發生同類問題。

1 手動方式同期合閘功能

1.1 母聯手動同期合閘的原理

對于母聯間隔來說，若實現同期合閘功能，則需確定參考電壓及抽取側（同期側）電壓取用。發生事故的智能變電站設計220kVⅠ母三相電壓為參考電壓，220kVⅡ母為抽取電壓，即同期側電壓，根據抽取接用的電壓相別在測控裝置中進行相應參數的整定，事故發生的智能變電站接取220kVⅡ母A相電壓為抽取電壓。

在同期合閘時，對220kVⅠ、Ⅱ母A相電壓進行電壓、頻率和相位的比較，若滿足測控同期裝置定值中壓差、頻差和角差的要求，則測控裝置合閘開出接點閉合。母聯斷路器同期合閘示意圖如圖1所示。

1.2 母聯測控同期方式選擇

該站母聯測控裝置同期方式的選擇通過3個軟壓板（無檢定、檢無壓、檢同期）實現。同期方式與壓板的對應關系見表1。

圖1 母聯斷路器同期合閘示意圖

表1 同期方式與壓板對應關系表

當無檢定壓板投入時，不論檢無壓、檢同期壓板是否為投入同期方式，均為不檢定方式；當檢無壓壓板或檢同期壓板投入時，為對應檢定方式；當檢無壓和檢同期壓板同時投入時，檢定方式為先檢無壓，檢無壓不滿足時再轉為檢同期方式，即轉換方式。目前新疆電網無人值守變電站測控同期方式采用轉換方式。

2 事故過程及分析

2.1 事故過程

新疆電網220kV變電站Ⅰ母發生鳥害閃絡故障，造成220kVⅠ母失壓，220kVⅡ母帶2號主變及低壓負荷及電源形成孤網運行，在恢復原運行方式、利用220kVⅠ、Ⅱ母聯斷路器同期合閘時，引起接入該站的某水電站發生主變差動保護動作跳閘。

通過分析發現，220kV變電站A變電站手動同期合閘時母線電壓有明顯跌落，如現場錄波圖2所示，而此時該站附近電網未發生故障以及電網方式變化，同時該站變電站內無任何故障，站內所有保護均運行，無保護動作事件正常均未動作。

2.2 同期合閘時母線電壓跌落原因分析

該站母聯測控裝置同期合閘選擇的方式為轉換方式，需要滿足一些相關條件才允許同期，同期時需要滿足的條件有：

圖2 220kV母聯非同期故障錄波圖

• 1）檢無壓、檢同期壓板同時投入。
• 2）線路電壓、母線電壓均大于對應有壓定值。
• 3）兩側電壓差小于壓差定值（兩側電壓為非同名相時，程序換算為同名相后計算差值）。
• 4）兩側相角差小于角差定值（兩側電壓為非同名相時，程序換算為同名相后計算差值）。
• 5）兩側頻率差小于頻差定值。
• 6）頻率滑差小于頻率滑差定值。
• 7）合閘角度小于允許合閘角度。

根據圖2可知，在母聯斷路器合閘前220kVⅠ母電壓與220kVⅡ母電壓相角差較大，角差范圍為102.59°～103.67°。

同期合閘角度公式：

現場投入檢無壓、檢同期壓板后執行的同期邏輯如圖3所示。

根據圖3及圖2可知，事故發生時，220kVⅠ、Ⅱ母線電壓均為有壓狀態，在同期方式為轉換方式情況下，現場同期邏輯將按檢同期方式執行。根據現場錄波及合閘時同期合閘角度計算，不符合同期合閘要求，但斷路器卻合閘成功，由此可以判斷220kV母聯斷路器合閘時為非同期合閘。

圖3 轉換方式下同期邏輯執行示意圖

2.3 母聯非同期合閘原因分析

為確認母聯非同期合閘原因，現場檢驗母聯測控裝置同期功能，功能完好。梳理220kV母聯測控裝置電壓引入方式時發現，引入該測控裝置的220kV母線電壓為計量電壓，該電壓引入示意如圖4所示。0.2計量級電壓經220kVⅠ、Ⅱ母線電壓匯控柜分別轉接至220kVⅠ、Ⅱ母線合并單元和220kV計量電壓并列柜，220kV母聯測控裝置用的電壓由220kVⅠ、Ⅱ母線合并單元送出，計量屏內各220kV間隔電壓由各間隔電壓切換后送至對應的電能表。

圖4 母聯測控電壓引入示意圖

現場檢查發現在220kVⅠ母跳閘失壓同時220kVⅠ、Ⅱ母線電壓匯控柜內計量電壓二次空開跳閘信號，為確認計量電壓二次空開跳閘原因，檢查計量電壓二次回路，發現計量電壓柜內2號主變高壓側計量電壓切換回路Ⅰ母電壓切換繼電器節點未復歸，如圖5所示。

圖5 2號主變高壓側計量電壓切換回路圖

3 非同期合閘引發的幾個問題

1）根據規程要求，應將測控裝置接入0.5級的測量電壓，而該站測控裝置電壓使用計量電壓，違反了規程要求。

2）站內常規計量電壓切換裝置仍采用雙位置電壓切換繼電器，且未將切換繼電器同時動作告警信號接至后臺告警信號，導致計量電壓二次回路長期并列。

3）現場運維人員在同期合閘操作中存在疏漏，在操作220kV母聯斷路器同期合閘前，未認真檢查母聯測控裝置實時同期電壓采樣數據，未及時發現母聯同期斷路器兩側均無電壓的異常現象，導致非同期合閘。

4）測控裝置同期方式設置的不合理，測控同期裝置在所有同期功能壓板不投入的情況下默認為不檢定方式合閘，易發生非同期合閘。

5）測控裝置不具備電壓互感器（potential trans- former, PT）斷線閉鎖同期功能，當二次回路無法反映一次設備電網真實情況時，易導致非同期合閘。

4 解決方法

針對事故發生的問題應采取以下防范措施：

1）應對220kV母聯測控裝置電壓接取進行調整，調整為接入0.5級的測量電壓。

2）應將計量電壓切換裝置更換為單位置電壓切換，防止發生二次電壓誤并列，或將切換繼電器同時動作告警信號接至后臺告警信號，便于監控電壓切換狀態。

3）應完善變電站同期操作流程，編制同期操作票、注意事項及同期合閘前的檢查方法，在同期操作前確認監控后臺及測控同期裝置是否異常，當前投入的壓板是否正確。

4）針對所有同期功能壓板不投入的情況下默認為不檢定方式合閘的情況，應改進同期方式判別邏輯。改進后同期方式與壓板的對應關系見表2，僅保留表2中4種有效的同期方式，壓板設置為其他方式時，裝置應判別為異常，發出告警信息并閉鎖同期合閘。

同時，改進檢無壓判別方式，檢無壓方式的雙側無壓合閘通常用于合空開關或測試使用，實際運行系統中均采用單側無壓方式。修改測控裝置邏輯，在裝置中增加“雙側無壓合閘”控制字定值，在該定值投入時，檢無壓允許雙側無壓合閘，否則，檢無壓僅允許單側無壓合閘。

表2 改進后同期方式與壓板對應關系表

5）完善測控裝置PT斷線告警及閉鎖功能，具體修改邏輯為任一相電流大于0.5%In，同時任一相電壓小于30%Un且正序電壓小于70%Un；或者若負序電壓或零序電壓（3U0）大于10%Un，則發PT斷線，可通過定值投退PT斷線閉鎖檢同期合閘和檢無壓合閘功能。PT斷線告警與復歸時間統一為10s。本邏輯僅用于判別系統側三相電壓的PT斷線，不能用于單相抽取電壓PT斷線的判別。

5 結論

• 1）通過分析二次回路設備，梳理出測控裝置非同期合閘的原因，給出了回路調整的方法，為今后此類事故的分析和處理提供了參考依據。
• 2）通過此次事故，提出了今后變電站測控同期合閘前的注意事項，為減小非同期合閘提供參考方法。
• 3）通過深入分析現有同期裝置原理，提出同期裝置的同期方式、同期判據等修改方法，為今后同期裝置的原理設計、驗收試驗和現場維護提供了參考方案。