1、保守安全，技術進步是安全的基石葉念國 翁樂陽（深圳市智能設備開發有限公司，廣東 深圳 518033）摘要 安全是電力生產的生命線，這是電力工業各專業領域工作者的共識，理由很明確，電力涉及到國民經濟發展的全域，些微疏漏都將導致嚴重的后果。但令人遺憾的是：常鳴的安全警鐘卻誘發了無處不在的保守，不少電力部門不自覺的給安全與保守畫上了等號，于是幾十年前應對小機組、小系統的技術，還紋絲不動的照搬到當前大機組、大系統的場合，自然規律是無情的，給我們的回應是隱患、事故頻出。但這并未引起人們警覺，原因很簡單，使用傳統過時技術引發的事故不會追究執行者的責任。我國電力系統以驚人的速度發展，很多過去不曾有的問題都相

2、繼出現，我們不能再拒絕新技術了，有關部門是否應制訂因使用過時技術造成嚴重后果的責任人進行懲罰的條例。本文引用幾個例子來描述“保守=安全”的后果。關鍵詞 檢同期 功角 快切 捕捉同期 殘壓1 引言在電力系統中不論是發電廠、或是變電站、或是調度所、或是設計院在決定使用新設備的時候都會不約而同的對設備制造廠家提出一個問題：“這個設備在哪里使用過？”這一問題蘊含著兩層涵意，一是使用效果如何？一是我會不會是第一個使用者？而提問者更看重的是第二層涵意，即防止自己成為新產品的試驗品。顯然，如果所有使用者都不做第一個使用者，新技術如何變成生產力？！筆者無意鼓動濫用劣質產品，而是希望在電力工業各專業領域的工作者

3、要理性的對待新技術、支持新技術，只有這樣，電力生產才能更安全。當然，所謂理性不僅是從理論和實踐上剖析新技術的本質，而且還要勇于正視自己可能存在的明哲保身的人格弱點。2 兩個危害深廣的傳統技術舉例好象用了幾十年的技術一定是可靠安全的，答案是：錯。因為環境在變、被控對象的特性在變，而控制的手段不變，沒有不出錯的道理。下面舉兩個電力自動化的例子：21 檢同期“檢同期”技術早期是用于兩系統的聯絡線正常投運，或聯絡線故障跳閘后重合閘的場合，如圖2.1所示。在斷路器B2為合位時，投運聯絡線L可通過合斷路器B1實現，合B1是典型的同期操作，考慮到線路有較大的阻抗，因此 ，為簡化設備，傳統的做法只檢查B1兩端

4、的電壓差U及相角差，只要U合格，當小于給定值z時即實施自動合B1的操作，這就是“檢同期”技術。顯然，它是服務于兩解列系統S1及S2的并列目的。此外，“檢同期”還用于L因保護動作被切除后的重合閘。這一技術在聯絡線重負荷時實現檢同期重合閘遇到了困難，因兩系統解列后負荷受端出現大的功率缺額，電壓及頻率大幅度下降，導致角的變化速度極大，如圖2.2所示。以電壓U1為參考軸，B1跳開后，U2因頻率下降向滯后方向旋轉，設檢同期相角差的整定值為Z，B1的重合閘只能在2Z的區間獲得合閘回路，如解列后的頻差為f，B1斷2Z路器的合閘時間為t1,接通合閘回路的時間360ft2= 。設f=3HZ，Z=30º

5、，則t2=55.5 ms,這說明如斷路器合閘時間t1小于55.5ms,則重合閘可能成功，否則將可能失敗。因此，這種“檢同期”只適用于頻差較小，及快速斷路器的場合。隨著電力系統的不斷擴大，系統結構漸趨復雜，環網開始出現，于是出現了環并的問題。如圖2.3所示。這是一個最簡單的雙回線構成的環網。當線路L2斷開，只有L1運行時，此時的工作方式與圖2.1相同。如需再投入線路L2，一般的做法是先將L2一端的斷路器例如B4在檢查線路L2無電壓時自動合上，然后再在斷路器B3處“檢同期”，如B3兩側電壓的相角差小于整定值Z，則自動合上B3，實現L2的投運操作。問題出在定值Z應取多大，奇怪的是幾乎全國的電網都選擇

6、Z=30°，這30°如何來的誰都說不明白。我們不難看到這個古老的“檢同期”被濫用了，事實上圖2.1中B1的檢同期是為防止非同期并列而設的，選擇Z=30°是限制合閘時的沖擊電流。而在圖2.3中B3的合閘不存在非同期并列問題，B3兩側的系統S1和系統S2已經被線路L1聯通了。在B3兩側人們看到的相角差在本質上完全不是圖2.1中B1兩側的相角差，而是圖2.3中的正在運行線路L1的功角，的數值隨轉輸功率P1的增加而增加，故稱為功率角，其取值范圍在090°之間，眾所周知，當接近90°時將威脅兩系統并列的穩定性。限制B3合閘的功角值絕不應是千篇一律的30&

7、#176;，而是取決于B3合閘后L2對L1分流的負荷大小，如分流負荷過大，則導致線路L2的保護跳閘。因此，B3合閘的允許功角是需要經過潮流計算決定的。遺憾的是在我國的各個發電廠和變電站中我們都可以看到這個30°，有的是用古老的電磁型同期檢查繼電器TJJ實現，有的則是用最先進的32位微處理器來實現，硬件在大踏步前進，而設計思想原地踏步。更讓人感到奇怪的是我們的各級調度從不告知各發電廠和變電站如何正確選擇合環操作的功角定值，盡管調度員對各種運行方式下的潮流狀況了如指掌。 在圖2.3中L1單獨傳輸輕負荷時，在B3兩側看到的功角數值很小，離極限值90°還很遠，此時投入線路L2分流的

8、必要性不大。而當L2傳輸功率很大時，將會出現線路末端電壓U2過低或L1的穩定儲備臨近極限，此時正需要線路L2投入分流，然而B3兩側測到的功角已遠大于30°，它將拒絕投入，這是典型的見死不救。我們不難想到這個30°的“檢同期”閉鎖使我國的多少線路在需要它投運時它拒絕，這對線路資源的浪費及對系統運行的安全威脅造成的后果有多么嚴重。十年前筆者就指出兩電源的同期方式有兩種，即“差頻同期”和“同頻同期”，前者為兩解列電源的同期，后者為開環點兩側電源的同期，即常稱之“環并”或“合環”。差頻同期的條件有三個，即在同期點兩側的電壓差及頻率差滿足要求的前提下，在相角差接近零度時完成同期操作。

9、同頻同期的條件只有兩個，即在同期點兩側的電壓差及功角滿足要求時完成同期操作，這個功角的定值來源于在該運行方式下潮流計算的結果，而不是一成不變的30°。在電網中同一個同期點在系統不同運行方式下會出現不同的同期方式，因此，同期裝置的設計者應將同期裝置設計成具有自動識別同期方式的裝置。然而，當前的各類同期裝置竟然都是按人工整定同期方式設計，這是一個嚴重的錯誤，并可能引發嚴重的后果，因為不是所有發電廠和變電站的工程師都能及時獲知該同期點當前的同期方式。遺憾的是至今我們也沒聽到設計及運行單位對這一問題的質疑。這都是傳統的“檢同期”給我們留下的后果。2.2 廠用電快切裝置設計的認識誤區廠用電快切

10、裝置是大型燃煤電廠不可或缺的安全裝置，其作用是保證在工作廠用電源因故消失時，快速的投入備用電源，以確保不間斷正常發電。然而正是由于人們對兩電源同期操作的僵化認識，導致當今廠用電快切裝置出現了原則性錯誤，這些錯誤大大惡化了發電機的運行條件。然而一些設計者還津津樂道自己的杰作。下面剖析幾個認識誤區的成因。221 把失去電源的感應電動機群的異步發電狀態等同于正常發電機發電狀態：失去電源的感應電動機群靠正常工作時的剩余動能及磁路的剩磁進入異步發電狀態，表面上是個發電機，但將其與正常具有汽輪機驅動及勵磁裝置供給勵磁電流的發電機相比有本質的不同，前者沒有動力及勵磁源支持，導致異步發電的電壓及頻率持續下降。

11、這種異步發電的電動機群無力反抗強大的備用電源將其拉入同步的電磁轉矩，也就是說它們會很順從地被備用電源拉入同步。但當今快切裝置的設計者則將這一過程按兩個都具有動力及勵磁源支持的正常發電機同期過程來處理，于是就出現了快切裝置的所謂“快速切換”和“捕捉同期切換”。其結果是喪失了大好的切換時機，硬讓廠用機械等到殘壓與備用電源在第一個同期點出現時才恢復供電。此時已有大量的廠用電動機被低壓保護切除，他們號稱的“快切成功”實質上只是指備用電源投入后沒再次跳閘，而大量的廠用電動機被切除，留下一個殘缺不全的廠用機械組合他們都不在意。222 完全漠視感應電動機特有的電壓特性圖2.4是典型大型感應電動機的靜態電壓特

12、性曲線，它描述了感應電動機吸取電源有功功率P和無功功率Q與端電壓的關系。可以看出當端電壓降低到臨界點K以下時，電動機吸收的有功功率P急劇下降，而吸收的無功功率Q急劇增大。這說明廠用電動機在失電后進入異步發電狀態時的廠用母線殘壓在K點之前其電壓值及頻率的下降速度較慢，而在K點之后則迅速下降。顯然，投入備用電源的時刻絕不能在K點圖2.4典型大型感應電動機的靜態電壓特性以后，否則大量的電動機將被低壓保護切除，且剩下未切除的重要電動機將面臨極惡劣的自起動條件，使廠用母線電壓遲遲不能恢復。而當今的各品牌快切裝置的捕捉同期都是在K點以后才進行切換的，其后果是留下大量的工作讓運行人員去收拾那些癱瘓廠用機械的

13、殘局。223 對“環流”的錯誤認識導致錯誤的廠用電正常切換方式圖2.5是一個典型的300MW發電機組的主接線圖，高壓廠用分裂變壓器通過工作分支2DL、4DL給兩段廠用母線供電，起動備用變壓器通過3DL、4DL作為A、B兩段廠用母線的備用分支。廠用電的正常切換是指工作分支和備用分支間互換工況的切換，即廠用母線改變供電電源的切換。以A段廠用母線為例，正常工作時，斷路器2DL與3DL的狀態是互非的，即一個在“合”狀態，另一個在“分”狀態。例如3DL合，2DL分，即A段母線由備用分支供電，如進行一次正常切換即可實現3DL分，2DL合。不難看出這一切換可以先分3DL，后合2DL，也可以先合2DL，再分3

14、DL。當今的各類快切裝置幾乎都采用先分后合，即所謂的“串聯切換”和“同時切換”。設計者認為這樣可以避免2DL和3DL都合上時產生環流。似乎環流是個很可怕的東西，他們忽略了在進行環網的同頻同期時一定會產生環流，這個環流就是因合環操作引起了潮流的重新分配，只要根據通過潮流計算確定的允許功角定值進行同頻同期操作，出現的環流沒有任何可怕之處，毫無必要用先分后合的方式進行正常切換，何況先分后合是人為制造廠用母線短時停電，誘發電動機群進入異步發電狀態，而且一旦后合的斷路器拒動時，將引發廠用電停電事故。這些快切裝置的設計者也提供了先合后分的另一種切換方式，即所謂的并聯切換。這種并聯切換完全繼承傳統的“檢同期

15、”概念，按固定的同期閉鎖角閉鎖合閘回路，至于這個先合的斷路器面臨的是差頻同期還是同頻同期全然不顧，其后果在前節已給出了答案。正確的正常切換應該是按照嚴格的同期準則進行先合后分，而且必須由裝置自動識別先合斷路器的同期方式，在完成先合操作后立即執行后分，不容許兩個斷路器同時在“合”狀態的時間過長，這是為避免主系統故障而保護拒動時由2DL和3DL來切除故障遭到損壞。由此也可以看到這些快切裝置為正常切換所設計的半自動方式也是錯誤的，它允許在先合完成后的后分由手動實施，這就給兩個斷路器制造了前述情況下遭受損毀的可能。224 不負責任的支持起動備用變壓器冷備用為了保證在廠用電工作分支因故障跳閘時快速的投入

16、備用分支，一般起備變采取熱備用方式，即圖2.5中的斷路器6DL經常在合狀態。這樣就不致因冷備用空投6DL時，勵磁涌流引起備變保護誤動使備用電源投入失敗。顯然，起備變熱備用將帶來可觀的空載損耗，特別是起備變大多由系統取得負荷，在廠網分開的當今電力體制下，發電廠將以工業用電的電價向電網公司繳交高價電費。以一臺50MVA的起備變為例，如空載損耗為額定容量的1%，則一年應向電網公司上交的電費超過600萬元，這不是一個小數。目前的各類快切裝置在不采取任何措施的前提下聲稱支持起備變冷備用是不負責任的，因僅僅可以自動操作起備變高壓側斷路器合閘是遠遠不夠的，因它不能保證起備變投入一次成功。筆者在設計快切裝置時

17、針對支持起備變冷備用的需求，使用了抑制勵磁涌流的專利技術，確保起備變一次投入成功。這一技術針對各種磁路、各種接線組及各類操作機構斷路器（分相操作或三相同時操作）的特殊性，在計及剩磁影響的因素下成功的實現了對勵磁涌流的完全抑制，或使涌流具有可簡單識別的固定特征。這種對起備變冷備用的支持才是可信的。3 結語從兩個例子中我們不難看出簡單繼承前人的技術遺產不一定是安全的，因為電力系統在發展，就必須有相應的技術產品支持它的需求，不論在科研部門、設計部門、運行部門、制造部門乃至于教學部門都應實事求是的面對現實和未來。那些害怕承擔責任，而一味拒絕新技術的作風再不掃除，我們的電力系統不僅不會更安全，而是會出更

18、多更大的事故。作者簡介：葉念國（1935-），男，湖北紅安人，教授，主要從事電力系統自動化的研究與教學工作，現任深圳市智能設備開發有限公司董事長、深圳市政府科技顧問，武漢大學兼職教授。翁樂陽（1961-），女，福建福清人，高工，主要從事電力系統自動化設備的研究與開發工作，現任深圳市智能設備開發有限公司總工程師。 電子郵箱：SID-8BT型多微機同期快切復用裝置特點簡介1、 裝置名稱解析（1）多微機：基于實時多任務的需要，必需構造多CPU協同緊密配合的控制系統。（2）同期快切復用：發電機變壓器組及廠用電工作、備用分支的各斷路器，不論是正常操作，還是事故切換，都面臨兩個電源的差頻或同頻（合環）同期

19、問題。此外發電機的同期操作與廠用電的正常及事故切換不可能同時發生，只有在發電機完成并網操作后，才有必要讓裝置進入快切工況。因此，發電機的同期操作與廠用電源的正常切換由同一裝置按同期原則處理不僅可行，而且必需。這樣既精練了機組自動控制系統，又降低了造價。2、 裝置的控制對象每臺同期快切復用裝置最多可控制七個斷路器，即圖中的1DL、2DL、3DL、8DL、9DL、10DL、11DL。裝置按每段廠用電母線配備一臺的原則設計，可以看出對發變組用于自動同期操作的三個斷路器（1DL、2DL、3DL）每臺裝置都可進行控制，因此，有足夠的備用冗余量。3、 對裝置的主要技術要求（1）對發電機自動同期功能的技術要

20、求 能自動識別被控斷路器的同期性質，即是兩解列電源的差頻同期，還是環網開環點的同頻同期； 差頻同期時應具備良好的調頻，調壓控制品質； 自動補償電壓互感器的幅值及相角偏差； 合環點容許功角有足夠的定值整定范圍； 支持單側或雙側無壓操作； 同期時不產生有功和無功逆功率； 裝置具備友好的人機界面，包括同步表及相應工況提示； 足夠的備用冗余度。（2）對廠用電正常及事故切換功能的技術要求 工作及備用分支斷路器的正常切換嚴格按同期規則實施，即在自動識別同期性質后執行差頻或同頻同期，差頻同期時可實行自動調頻或自動調壓。同頻同期按壓差及功角定值控制； 充分考慮廠用感應電動機的靜態電壓特性，即當電動機端電壓下降

21、到臨界點K以下，將會出現電動機群大量吸取無功及轉矩急劇下降的災難性后果，因此備用電源事故切換時的電壓應不低于K點的電壓值； 算法及硬件速度（裝置運算速度及斷路器合閘速度）應支持捕捉首次出現的快切時機，該時機為合上備用電源時分配到電動機群上的電壓值不超過電動機的耐受值，此電壓一般為1.1倍額定電壓。如因斷路器合閘速度慢，導致必須在U達到最大值后才能實現事故切換時，也要遵循前述原則，使用捕捉第一個同期點是錯誤的，因那時電動機群電壓及頻率已落入臨界點K以下； 具備實時計算廠用負荷（主要是電動機）等值阻抗的功能，因該阻抗與廠用負荷的大小及運行方式有關，不可能預知，必須實時測量，以確保在備用電源投入瞬間

22、分配到電動機群阻抗XM上的電壓不超過允許值；在已知工作變電抗XG時，可通過測量空載時及負載時的電壓UG及UM，即可求得XMUG/UM=IG（XG+XM）÷IGXM=（XG+XM）÷XMUGUM= UMXG+ UMXM（UG-XM）XM= UMXGUG-UMUMXGXM=求得XM后，即可通過已知的起備變電抗XB計算出允許投入備用電源時的U值。 具備抑制起備變冷備用方式空投時勵磁涌流的功能，保證起備變在事故切換時空投高壓側斷路器一次成功，這將節約可觀的電廠應繳交給電網公司按工業用電計價的熱備用空載能耗電費； 具備正常及事故錄波、自學習功能，不斷自動優化事故切換品質。4、 當前國

23、內流行快切裝置的致命要害漠視廠用電正常切換是同期操作的實質漠視異步電動機對端電壓的特殊敏感規律正常切換不按同期規則進行控制，而事故切換卻用捕捉同期切換，這是絕對錯誤的做法，忽視了同期點到來時（母線殘壓相對備用電源運動一周后）大量廠用電動機已因電壓和頻率過度下降被切除，剩余電動機的自起動條件急劇惡化，廠用母線電壓在備用電源投入后長期無法恢復正常。下面是某型微機廠用電快速切換裝置的實錄數據及曲線。根據實測廠用母線在失電后殘壓頻率滑差約為20HZ/S，電壓滑差約為80V/S。由于廠用母線殘壓下降速度較快未能實現快速切換，進而轉入捕捉同期切換。該快切裝置在A點（電壓為70.7220.4°）發

24、出投備用命令，經歷斷路器合閘時間tH后在B點（電壓為40.73.9°）備用電源接入。由于在B點廠用母線電壓已大大低于感應電動機的臨界電壓，導致電動機自起動條件惡化，廠用母線電壓恢復極緩慢，失電后1秒多UM才上升到0.7額定電壓。這說明該裝置的設計思想是錯誤的。正確的設計思想應是在不能實現快速切換時捕捉電動機能耐受的電壓（1.11.2倍額定電壓）點，且廠用母線殘壓不低于臨界電壓前完成備用電源投入，而絕不是浪費寶貴的時間去捕捉同期點。如果無法滿足這一要求，表明廠用電系統設備選型有問題，應改選快速精確的快切裝置及合閘時間更短的斷路器。而不應使用諸如殘壓切換、長延時切換等有損設備及安全的切換

25、方式。5、 同期快切復用裝置的配置每段廠用母線配置一臺SID-8BT同期快切復用裝置，每臺裝置均可對發電機變壓器組的不少于三個斷路器進行自動同期操作，還可實現該廠用母線一個工作分支、兩個備用分支斷路器、起備變高壓側斷路器的正常及事故切換。工作方式及操作對象的選擇都受控于DCS或ECS，也可手動選擇。產品按屏柜方式提供，每面屏的合理配置是不多于三臺同期快切復用裝置及一臺帶打印機共享器的打印機。如用戶需要，可配備手動同期裝置，對發變組及廠用電斷路器在裝置故障時進行手動同期操作。所使用的同步表是我公司的SID-2SL多功能同步表，該同步表由數字集成電路構成，可供12個同期點使用，對每個同期點可單獨整

26、定轉角、線電壓或相電壓、同期閉鎖角（同步表內附數字型同期閉鎖繼電器）。當同期點數量較多時，可配備SID-2X型微機同期選線器，由DCS或ECS自動選擇同期點。SID-2SL 同步表對外接線圖SID-8BT與同類裝置的差異表我們在設計SID-8BT同期快切復用裝置時，詳細分析了國內外一些主要廠家的同類產品，發現它們的設計在許多重大原則問題上出現了錯誤，以致使裝置產生了一些不可低估和惡劣后果。SID-8BT徹底批判和糾正了這些重大錯誤，它以嶄新的特征真正面對大容量燃煤發電機組對廠用電可靠性的各項需求，通過現場運行及“電力工業電力系統自動化設備質量檢測中心”和“國家電網公司自動化設備電磁兼容實驗室”

27、對SID-8BT各項技術性能的嚴格檢測，并由知名專家組成的鑒定委員會鑒定。給予它的評價是：“裝置技術水平達到國際先進水平”。SID-8BT是2003年推出的新產品，盡管目前還無法提供眾多的業績，但我們確信它會在業內人士對其本質理解后被大量接受，事實上該裝置已開始進入大容量機組發電廠。下面列表給出SID-8BT與國內外其他廠用電快切裝置的重要技術差異及這些差異產生的嚴重后果差 異內 容SID-8BT同期快切復用裝置國內外其他廠用電快切裝置差異引發的后果廠用母線工作分支與備用分支的正常切換認為這種切換是典型的同期操作，應在自動識別同期性質（即是差頻同期，還是同頻同期）后嚴格按同期準則先投入待投入的

28、分支，再緊接切除原先工作的分支。簡言之：先投后切。由于害怕引起環流，采取先切后投的方式，即所謂串聯切換、同時切換，或是按一個固定的同期閉鎖角（一般取20°30°）進行所謂的并聯切換。完全漠視同期準則及合環的閉鎖角應由潮流計算確定這一基本原理。先切后投會導致廠用電短時停電，誘發后投入的分支電源與異步發電狀態的電動機群的沖擊。如后投分支的斷路器拒動將造成廠用母線停電。按固定閉鎖角的并聯切換會使本來可以投入的分支電源因超過閉鎖角而拒動。同期與快切兩種功能復用廠用電工作與備用分支的正常切換是典型的同期操作，且廠用電的正常切換不可能與發變組的同期操作發生時序上的沖突。因此，將發變組的同期與廠用電的正常操作集成在同一裝置內是合理的，這將大大簡化DCS或ECS控制系統，降低造價，減少屏位占地。需要專門的發變組同期屏及廠用電快切屏。即同期與快切分立。使DCS或ECS的控制復雜化，造價提高，屏位占地增加。廠用電的事故切換認為廠用電工作分支斷開后在廠用母線上產生的殘壓是一群無動力源、無勵磁源支持的電動機群異步發電的表現，這群發電機沒有任何反抗被備用電源拉入同步的能量。因此，投入備用電源的時機應以當時施加在電動機群上的電壓為主要制約條件，因過高的電壓所產生的電動力會導致電動機受損。而備用電源與殘壓間的相角差不是重要條件，這樣就使備用電源可投