發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列

賁晶晶

摘要：在發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)的并列是一項(xiàng)非常重要的操作。由于各種原因在并列過程中發(fā)生事故的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這種事故對(duì)電力生產(chǎn)和電氣設(shè)備造成的損害是非常嚴(yán)重的，因此有必要對(duì)發(fā)電機(jī)組的并列過程中詳細(xì)了解，進(jìn)行認(rèn)真的分析提高認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：同期并列;電壓差;頻率差;相角差

2014年6月4日，某廠機(jī)組檢修后并網(wǎng)，發(fā)生非同期并列事故，造成主變損壞，機(jī)組延期并網(wǎng)的惡性事故。事后查明在機(jī)組檢修過程中，對(duì)同期裝置進(jìn)行了校驗(yàn)，恢復(fù)措施時(shí)，將同期裝置待并側(cè)電壓線接反。

1、發(fā)電機(jī)的同期

發(fā)電機(jī)并列方式可分為準(zhǔn)同期并列和自同期并列。

準(zhǔn)同期并列為待并發(fā)電機(jī)在并列前已加勵(lì)磁，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、相位與系統(tǒng)的電壓、頻率、相位接近時(shí)，將待并發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘，完成并列。

自同期并列即為先將勵(lì)磁繞組經(jīng)過一個(gè)電阻閉路，在不加勵(lì)磁的條件下，當(dāng)待并發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率接近時(shí)，合上發(fā)電機(jī)斷路器，隨即加上勵(lì)磁，利用電機(jī)的自整步作用，將發(fā)電機(jī)拉入同步[1]。

現(xiàn)在一般采用準(zhǔn)同期并列，因?yàn)闇?zhǔn)同期并列的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電機(jī)沖擊電流很小甚至沒有，對(duì)電力系統(tǒng)幾乎無(wú)影響，但必須滿足準(zhǔn)同期并網(wǎng)的條件否則造成非同期并網(wǎng)，在最惡劣條件下非同期并網(wǎng)的沖擊電流比機(jī)端三相短路電流還大，可達(dá)發(fā)電機(jī)額定電流的20-30倍。同期并列的條件為發(fā)電機(jī)電壓、頻率、相位與系統(tǒng)電壓、頻率、相位一致。我公司發(fā)電機(jī)的并列方式采用準(zhǔn)同期并網(wǎng)。

當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓升至額定電壓范圍時(shí)，由于發(fā)電機(jī)側(cè)與系統(tǒng)側(cè)兩側(cè)電壓幅值和頻率不同，并存在相位差，系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)存在的電壓差會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化。在某一時(shí)刻電壓差為最小值，此時(shí)即為同期點(diǎn)，如圖1所示。在圖1中，可以看到在同期點(diǎn)前同期點(diǎn)后待并側(cè)與系統(tǒng)側(cè)同相之間均存在著電壓差，在同期點(diǎn)進(jìn)行并網(wǎng)，是最理性的狀態(tài)，此時(shí)并列瞬間的沖擊電流，對(duì)系統(tǒng)電壓幾乎沒有影響，并列后發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)立即進(jìn)入同步運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生任何擾動(dòng)。

所以準(zhǔn)同期并網(wǎng)的一個(gè)要點(diǎn)為能夠準(zhǔn)確的捕捉同期點(diǎn)，否則極易造成非同期并網(wǎng)。以前，小容量機(jī)組一般采用手動(dòng)并網(wǎng)。但隨著機(jī)組容量的增加，自動(dòng)化程度的提高，現(xiàn)在并網(wǎng)方式一般都采用自并列準(zhǔn)同期并網(wǎng)。

實(shí)際并列操作中很難及時(shí)的撲捉到同期點(diǎn)，如此勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)并網(wǎng)時(shí)間，造成空轉(zhuǎn)能耗，在實(shí)際中也沒有這樣苛刻的必要。因?yàn)椴⒘泻祥l時(shí)只要沖擊電流較小，不危及電氣設(shè)備，合閘后發(fā)電機(jī)組能迅速拉入同步運(yùn)行，對(duì)待并發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)運(yùn)行的影響較小，不致引起任何不良后果。因此，在實(shí)際并列操作中，允許有一定的偏差，稱之為準(zhǔn)同期。發(fā)電機(jī)實(shí)際并網(wǎng)時(shí)的準(zhǔn)同期條件是：并列斷路器兩側(cè)電源的電壓差、頻率差、相角差在允許范圍內(nèi)。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的準(zhǔn)同期條件要求待并發(fā)電機(jī)合閘開關(guān)的主觸頭在相位差為零的瞬間閉合。此時(shí)發(fā)電機(jī)可以平滑地并入電網(wǎng)，而不會(huì)有任何沖擊[2]。

因此，現(xiàn)實(shí)情況中同步電機(jī)并列應(yīng)遵循的原則：

（1）并列斷路器合閘時(shí)，沖擊電流應(yīng)盡可能小，其瞬時(shí)最大值一般不超過1～2倍的額定電流。

（2）發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)。

2、準(zhǔn)同期并列裝置及原理

如圖2所示，準(zhǔn)同期并列裝置的控制單元有頻率差控制單元、電壓差控制單元、合閘信號(hào)控制單元。

（1）頻率差控制單元。檢測(cè)U（·）G與U（·）X間的滑差角頻率wS，且調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，使發(fā)電機(jī)的頻率接近于電網(wǎng)的頻率。

（2）電壓控制單元。檢測(cè)U（·）G與U（·）X間的電壓差，且調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓UG，使發(fā)電機(jī)的電壓UX接近于電網(wǎng)的電壓UG。

（3）合閘信號(hào)控制單元。檢查并列條件，當(dāng)待并機(jī)組的頻率和電壓都滿足并列條件時(shí)，合閘控制單元就選擇合適的時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)，使并列斷路器的主觸頭接通時(shí)，相角差de接近于零或控制在允許范圍內(nèi)。

電壓幅值差ΔU（·）=U（·）g-U（·）x，一般ΔU=×100%≤±（5～10）%，我公司整定值-4%≤ΔU≤4%。

滑差頻率fs=fg-fx或滑差角頻率ωs=ωg-ωx，一般ωs%=×100%≤（0.2～0.5）%，我公司整定值0%≤fs≤-0.4%，即0Hz≤fs≤0.2Hz。

相角差δ=δg-δx，一般δ=φg-φx=ωgt-ωxt=ωst=±10°，工程上一般取3°～5°，我公司整定值-5°≤δ≤10°[3]。

同步發(fā)電機(jī)并列時(shí)，發(fā)電機(jī)的頻率和電壓都由并列裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)，使它與電網(wǎng)的頻率、電壓間的差值減小。當(dāng)滿足并列條件是，自動(dòng)選擇合適時(shí)機(jī)發(fā)出合閘信號(hào)，整個(gè)并列過程毋需人員參與。

在準(zhǔn)同期并列操作中，合閘信號(hào)控制單元是準(zhǔn)同期并列轉(zhuǎn)裝置的核心部件，所以準(zhǔn)同期并列裝置原理也往往是指該控制單元的原理。其控制原則是當(dāng)頻率和電壓都滿足并列條件的情況下，在UG與UX兩相量重合之前發(fā)出合閘信號(hào)。兩電壓相量重合之前的信號(hào)稱為提前量信號(hào)。

按提前量的不同，準(zhǔn)同期并列裝置可以分為恒定越前相角和恒定越前時(shí)間兩種原理。我廠使用恒定越前時(shí)間，即脈沖信號(hào)發(fā)出時(shí)間加上發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘時(shí)間。

在準(zhǔn)同期并列裝置中，同期并列的所需的頻率、電壓、相位信號(hào)值均是從測(cè)量回路的二次側(cè)取得，即測(cè)量用電壓互感器的二次側(cè)回路，所以對(duì)測(cè)量回路的接線要求非常嚴(yán)格，多起非同期事故也正是由于同期裝置二次回路接線錯(cuò)誤引起的。

3、如何避免非同同期并列

為防止發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)事故，微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置應(yīng)安裝獨(dú)立的同期鑒定閉鎖繼電器。新投產(chǎn)、A級(jí)檢修機(jī)組及同期回路（包括電壓交流回路、控制直流回路、整步表、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置及同期把手等）發(fā)生改動(dòng)以及設(shè)備更換的機(jī)組，在并網(wǎng)前必須進(jìn)行以下工作：對(duì)裝置及同期回路進(jìn)行全面的檢查、細(xì)致的校核、傳動(dòng);利用發(fā)電機(jī)-變壓器組帶空載母線升壓試驗(yàn)，校核同期電壓檢測(cè)二次回路的正確性，并對(duì)整步表及同期檢定繼電器進(jìn)行實(shí)際校核;進(jìn)行機(jī)組假同期試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)包括斷路器的手動(dòng)準(zhǔn)同期及自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘試驗(yàn)、同期（繼電器）閉鎖等內(nèi)容;不宜在自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置不正常時(shí)采取手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)，自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘脈沖宜以同期閉鎖繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)后出口。還應(yīng)保證機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)斷路器機(jī)械特性滿足規(guī)程要求[4]。

4、假同期試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)假同期試驗(yàn)是用模擬的方法進(jìn)行假同期并列，試驗(yàn)時(shí)將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)斷路器的隔離開關(guān)斷開，但將其輔助觸點(diǎn)短接，此時(shí)系統(tǒng)電壓就通過輔助觸點(diǎn)進(jìn)入同期回路。另外，待并發(fā)電機(jī)的電壓也進(jìn)入同期回路中。這兩個(gè)電壓經(jīng)過同期并列條件比較，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置就會(huì)自動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速、調(diào)壓，待滿足同期并列條件后，自動(dòng)發(fā)出合閘脈沖，將出口斷路器合上。

顯然，若同期回路的接線有誤，無(wú)論怎樣都無(wú)法捕捉到同期點(diǎn)，而不能將待并發(fā)電機(jī)出口開關(guān)合上。因此，假同期實(shí)驗(yàn)是檢查同期裝置同期并列點(diǎn)回路接線是否正確的有效方法，新設(shè)備或新線路的并列點(diǎn)試運(yùn)行時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行假同期實(shí)驗(yàn)。

同期試驗(yàn)后，根據(jù)錄波情況及主開關(guān)實(shí)際合閘時(shí)間，調(diào)整同期裝置的導(dǎo)前時(shí)間參數(shù)等。正常后就可進(jìn)行真正的同期并網(wǎng)了。

在做假同期實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)條件：一個(gè)是發(fā)電機(jī)出口斷路器兩側(cè)隔離刀閘拉開，但其輔助接點(diǎn)要短。另一個(gè)是將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶初試負(fù)荷的回路拆除，防止汽輪機(jī)超速。

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前假同期試驗(yàn)無(wú)法確認(rèn)同期電壓回路是否正確。例如系統(tǒng)側(cè)取a相電壓、待并側(cè)也應(yīng)取a相電壓作為同期電壓，然而由于某種原因，待并側(cè)接入的是b相電壓。因?yàn)槭菧?zhǔn)同期并網(wǎng)兩側(cè)電壓頻率并不相同（一般待并側(cè)稍高于系統(tǒng)側(cè)），在某一時(shí)刻待并側(cè)的b相電壓與系統(tǒng)側(cè)的a相電壓相位相同，這時(shí)同期裝置依然會(huì)判定同期條件滿足而發(fā)出合閘命令。

所以在同期裝置中待并側(cè)或系統(tǒng)側(cè)接線出現(xiàn)錯(cuò)誤仍有可能假同期試驗(yàn)順利進(jìn)行，此時(shí)只有人為仔細(xì)的進(jìn)行核相檢查，才會(huì)避免非同期并列。如本文開始所提及的事故，即使能夠順利進(jìn)行假同期試驗(yàn)，但并不能避免非同期事故。

所以發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前假同期試驗(yàn)的真正目的：在于檢查同期裝置是否可靠動(dòng)作，并網(wǎng)開關(guān)控制回路是否完好，檢測(cè)并網(wǎng)開關(guān)的合閘反饋時(shí)間。

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前假同期試驗(yàn)時(shí)需注意的問題：斷開并網(wǎng)斷路器至汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的并網(wǎng)信號(hào)，防止汽機(jī)切換為功率控制。斷開并網(wǎng)開關(guān)間隔的隔離刀閘。另外試驗(yàn)中可以人為的將發(fā)電機(jī)頻率、電壓升高或者降低，檢查同期裝置發(fā)出的調(diào)壓、調(diào)速信號(hào)是否正確。

在同期試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)退出并列短路器的失靈保護(hù)。

5、我公司#2機(jī)準(zhǔn)同期試驗(yàn)方案

6.1 在#2機(jī)同期裝置屏內(nèi)5022、5023開關(guān)系統(tǒng)側(cè)電壓端子、待并側(cè)電壓端子進(jìn)行核相檢查。

6.2 在#2發(fā)變組保護(hù)屏上解除5022、5023開關(guān)至DEH的并網(wǎng)用輔助接點(diǎn)回路，DEH進(jìn)行強(qiáng)制。

6.3 拉開5023斷路器及其兩側(cè)50231、50232隔離刀閘，拉開5022斷路器及其兩側(cè)50221、50222隔離刀閘，并斷開50231、50232、50221、50222隔離刀閘控制及動(dòng)力電源。

6.4 確認(rèn)502217、502227、502317、502327、502367和5023617接地刀閘在斷開位，并斷開其控制及動(dòng)力電源。

6.5 合上#2主變高壓側(cè)隔離開關(guān)50236，使5023開關(guān)具備遠(yuǎn)方合閘條件。

6.6 送上5023斷路器的操作電源。

6.7 同期裝置進(jìn)行操作前，由熱控檢查DCS條件是否具備。

6.8 用繼電保護(hù)測(cè)試儀在#2機(jī)同期裝置屏系統(tǒng)側(cè)、待并側(cè)電壓端子加電壓，檢查同期裝置顯示兩組電壓（57.7V）、頻率、角度一致，用繼電保護(hù)測(cè)試儀加電壓前檢查：

6.8.1 同期裝置屏5023開關(guān)系統(tǒng)側(cè)、待并側(cè)電壓端子連片已打開。

6.8.2 同期裝置屏5022開關(guān)系統(tǒng)側(cè)、待并側(cè)電壓端子連片已打開。

6.9 在DCS上發(fā)同期合閘指令，在NCS上及就地確認(rèn)5023開關(guān)已合閘，在NCS上拉開5023開關(guān)。

6.10 確認(rèn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速3000rpm。

6.11 檢查勵(lì)磁系統(tǒng)所有控制電源已送，AVR裝置無(wú)異常。

6.12 合上#2發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)起勵(lì)，調(diào)節(jié)#2發(fā)電機(jī)電壓到額定值，將同期裝置面板操作開關(guān)置于運(yùn)行方式。合#2發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)前：

6.12.1 恢復(fù)同期裝置屏5023開關(guān)系統(tǒng)側(cè)、待并側(cè)電壓端子連片。

6.12.2 恢復(fù)同期裝置屏5022開關(guān)系統(tǒng)側(cè)、待并側(cè)電壓端子連片。

6.13 滅磁開關(guān)合閘后，進(jìn)行同期裝置二次核相檢查。

6.14 核相檢查正確無(wú)誤后，由DCS操作發(fā)出自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置同期啟動(dòng)5023開關(guān)指令。

6.15 滿足同期條件后，5023開關(guān)實(shí)現(xiàn)精確的零相差并列。

6.16 NCS操作拉開5023開關(guān)。

6.17 #2發(fā)電機(jī)減磁，分開滅磁開關(guān)。

6.18 恢復(fù)5022、5023開關(guān)至DEH的并網(wǎng)用輔助接點(diǎn)回路，恢復(fù)DEH已做的強(qiáng)制。

參考文獻(xiàn)

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