發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)的危害、預(yù)防與處理

摘要 對發(fā)電機(jī)非同期合閘產(chǎn)生原因和危害的進(jìn)行分析，通過事故實(shí)例，提出了預(yù)防和處理方法。

關(guān)鍵詞 發(fā)電機(jī)；非同期；危害；預(yù)防；處理

中圖分類號 TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)051-0165-01

電能不能大量儲存，其生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)幾乎是同時(shí)完成的，為了提高供電安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，發(fā)電機(jī)需要并入電網(wǎng)運(yùn)行。

1 發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)需要滿足四個(gè)條件

相序一致、電壓大小相等、頻率相等、相位一致，可分為準(zhǔn)同期并網(wǎng)和自同期并網(wǎng)。準(zhǔn)同步期并列就是并列操作前，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓的相位、頻率、幅值分別與并列點(diǎn)系統(tǒng)的電壓相位、頻率、幅值相接近時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操作。自同期并網(wǎng)就是先將勵(lì)磁繞組經(jīng)過一個(gè)電阻閉路，在不加勵(lì)磁的情況下，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，緊接著加上勵(lì)磁，利用電機(jī)的自整步作用，即借助于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩互相作用，將發(fā)電機(jī)拉入同步。現(xiàn)在一般采用準(zhǔn)同期并網(wǎng)，因?yàn)闇?zhǔn)同期并網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電機(jī)沖擊電流很小甚至沒有，對電力系統(tǒng)沒有什么影響，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)，在最惡劣條件下并網(wǎng)可能有很大的沖擊電流比機(jī)端三相短路時(shí)電流還大，可到達(dá)發(fā)電機(jī)額定電流的20-30倍。

2 發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)的現(xiàn)象及危害

所謂非同期是指凡不符合準(zhǔn)同期條件，即將已勵(lì)磁帶有電壓的發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，叫做非同期并網(wǎng)，是發(fā)電廠電氣操作的惡性事故之一。非同期并網(wǎng)發(fā)電機(jī)定子產(chǎn)生巨大的電流沖擊，定子電流表劇烈擺動(dòng)，定子電壓表也隨之?dāng)[動(dòng)，巨大的電流對發(fā)電機(jī)、變壓器及對系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊。機(jī)組將發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，使發(fā)電機(jī)繞組變形、扭彎、絕緣崩裂、定子繞組并頭套熔化，造成嚴(yán)重的隱患甚至將繞組燒毀。就整個(gè)電力系統(tǒng)來講，如果一臺大型機(jī)組發(fā)生非同期并網(wǎng)，這臺發(fā)電機(jī)將與系統(tǒng)發(fā)生功率的震蕩，嚴(yán)重?cái)_亂整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至造成整個(gè)電力系統(tǒng)的崩潰。按不滿足發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)同期并網(wǎng)條件，具體情形如下。

2.1 待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相序不一致的情況

發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相序不一致，發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓之間具有較大相對運(yùn)動(dòng)，沖擊電流很大，其有功分量在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生沖擊力矩，使設(shè)備損毀；或使發(fā)電機(jī)大軸扭屈。并且發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的自整步作用無法使發(fā)電機(jī)拉入同步。

2.2 待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓大小不等的情況

并列瞬間發(fā)電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生沖擊電流；其周期分量有效值為WIim=|△U|/X\"d ，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓UG>系統(tǒng)電壓UX時(shí)；Iim滯后UG90o對發(fā)電機(jī)起去磁作用發(fā)電機(jī)并列后立即帶無功功率；當(dāng)UG

2.3 待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)頻率不等的情況

發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓之間具有相對運(yùn)動(dòng)，如果這個(gè)相對運(yùn)動(dòng)比較較小；則發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的自整步作用；使發(fā)電機(jī)拉入同步；如果頻率差較大，則并列合閘后δ在0o到360o之間周期性變化，當(dāng)δ=0o時(shí)，△U =0，則Iim=0；當(dāng)δ=180o時(shí)，△U=2UG=2UX，則Iim最大；當(dāng)δ=360o時(shí)，△U=0，則Iim=0。發(fā)電機(jī)在頻率差較大的情況下并入系統(tǒng)，立即帶上較多正的（或負(fù)的）有功功率，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)（或加速）的力矩；將使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致失步，造成并列不成功。頻率相差較大；因轉(zhuǎn)子慣性沖力過大而不起作用，如果發(fā)電機(jī)頻率低于系統(tǒng)頻率，并列后發(fā)電機(jī)將會(huì)吸收電網(wǎng)有功，其逆功率對汽輪機(jī)末級葉片造成損壞，嚴(yán)重時(shí)使汽輪機(jī)末級葉片疲勞斷裂。

2.4 待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓相位不一致的情況

在并列瞬間發(fā)電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生沖擊電流；其周期分量有效值為Iim=△U/Xd=2U/Xd sin（δ/2），當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓UG超前系統(tǒng)電壓UX時(shí)；Iim主要成分為UG同相位的有功分量（注意在并列時(shí)δ不能太大），發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)時(shí)立即帶有功功率，對發(fā)電機(jī)有制動(dòng)作用，有助于將發(fā)電機(jī)電壓拉到與系統(tǒng)電壓同相位；當(dāng)UG滯后UX時(shí)，Iim的主要成分為與UG反向的有功分量，發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)時(shí)立即從系統(tǒng)吸收有功功率，對發(fā)電機(jī)有加速作用，同樣有助于將發(fā)電機(jī)電壓拉到與系統(tǒng)電壓同相位。相位不一致比電壓不一致的情況更為嚴(yán)重，如果δ很大（在180o范圍內(nèi)），則沖擊電流Iim很大，其有功分量在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生沖擊力矩，使設(shè)備燒毀；或使發(fā)電機(jī)大軸扭屈。特別是δ=180o時(shí)；Iim近似等于機(jī)端三相短路電流的兩倍；損壞最嚴(yán)重。

3 發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)事故實(shí)例

某小型水電站年度大修，檢查機(jī)組轉(zhuǎn)輪及尾水管汽蝕情況。拆開尾水彎管后，由于機(jī)前蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)，漏水迅速漫到發(fā)電機(jī)坑，使得定子線圈被浸泡兩個(gè)多小時(shí)。將機(jī)組空轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，試驗(yàn)人員做發(fā)電機(jī)的電氣試驗(yàn)。由于未斷開機(jī)組電壓互感器接地短接線，搖測絕緣時(shí)誤認(rèn)為絕緣降低，沒有做標(biāo)記就脫開定子線圈尾端與電流互感器間引線（每相各有兩根）測量。試驗(yàn)結(jié)果正常后，恢復(fù)接線，將機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，逐漸增加負(fù)荷，接近400KW時(shí)發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。調(diào)閱保護(hù)動(dòng)作記錄發(fā)現(xiàn)：機(jī)組中性點(diǎn)處B、C相電流值僅為A相的一半。分析認(rèn)為：極有可能是在恢復(fù)定子線圈尾端接線時(shí)，將B、C相中的各一根引線接錯(cuò)，這樣B、C相電流就被分流了一半，當(dāng)負(fù)荷增大到一定程度時(shí)，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。同樣未做標(biāo)記脫開定子線圈接頭核對各相引線，恢復(fù)接線后，未重新核對發(fā)電機(jī)出口相序（錯(cuò)誤以為勵(lì)磁系統(tǒng)能啟勵(lì)，出口相序就應(yīng)該正確）就將機(jī)組并網(wǎng)，斷路器合閘后，系統(tǒng)電壓迅速降低，發(fā)電機(jī)發(fā)出劇烈、異常聲音，發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作跳開發(fā)電機(jī)斷路器。

4 教訓(xùn)及防范措施

1）電站內(nèi)的所有坑、道必須考慮排水措施，并保證其正常工作，排水孔洞可能被水垢淤堵，要定期清理。

2）在檢修水力機(jī)械部分時(shí)，必須考慮到漏水的可能，采取措施防止水淹設(shè)備，正確判斷排水情況。

3）做電氣試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先弄清設(shè)備接線情況，確定好試驗(yàn)的項(xiàng)

目、方法、步驟和安全措施才進(jìn)行試驗(yàn)。

4）拆一、二次接線時(shí)，必須先作好明顯標(biāo)記和記錄，嚴(yán)防接錯(cuò)線；在恢復(fù)接線后投入運(yùn)行前一定要相序檢查和核相。有關(guān)的電壓互感器二次回路檢修后要進(jìn)行核相，必須將待并兩側(cè)的電壓互感器同一于一個(gè)電源之下，才能得出正確判斷和結(jié)果；進(jìn)行假同期試驗(yàn)，在隔離刀閘拉開時(shí)，將斷路器手動(dòng)準(zhǔn)同期及自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘，檢查同期裝置和表計(jì)的好壞。

5）并網(wǎng)過程中多個(gè)表計(jì)進(jìn)行比較以判斷正確性，一定嚴(yán)格按操作票來操作，監(jiān)護(hù)人要監(jiān)護(hù)到位。

6）檢修和運(yùn)行人員必須熟悉本廠的一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，遵守相關(guān)規(guī)程、規(guī)范和設(shè)備的使用說明書。

7）同步表指針停在零位不動(dòng)或指針已指在零位時(shí)不準(zhǔn)合閘。待并發(fā)電機(jī)在未并入系統(tǒng)前，與系統(tǒng)達(dá)到同期只是暫時(shí)的，同步表停在零位不動(dòng)，可能是表內(nèi)斷線或其他原因所致，不得合閘。

8）同步表指向零位移動(dòng)過快時(shí)，表明待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)頻率相差太大，不易掌握斷路器的合閘操作時(shí)間，容易造成非同期，故不準(zhǔn)合閘。

9）同步表指針過零位不穩(wěn)定而有跳動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，可能是因?yàn)橥嚼^電器的內(nèi)部觸點(diǎn)有卡住現(xiàn)象，故不準(zhǔn)合閘。

5 發(fā)電機(jī)的非同期并網(wǎng)應(yīng)根據(jù)事故現(xiàn)象正確判斷處理

當(dāng)同期條件相差不懸殊時(shí)，發(fā)電機(jī)無強(qiáng)烈的振動(dòng)和轟鳴聲，且表計(jì)擺動(dòng)能很快區(qū)域緩和，則不必停機(jī)，機(jī)組會(huì)很快被系統(tǒng)拉入同步，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。若非同期并網(wǎng)對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生很大的沖擊和引起強(qiáng)烈的振動(dòng)，表計(jì)擺動(dòng)且不衰減時(shí)，應(yīng)立即解列停機(jī)，待試驗(yàn)檢查確認(rèn)機(jī)組無損壞后，方可重新啟動(dòng)發(fā)電機(jī)并列。非同期并網(wǎng)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)認(rèn)真檢查和試驗(yàn)，方可重新啟動(dòng)發(fā)電機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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[2]湖南省老科技工作者協(xié)會(huì)電力分會(huì).防止電力生產(chǎn)重大事故的要求與措施(第二冊)電氣部分[M].中國電力出版社，2005.

作者簡介

唐東平（1974—），男，漢族，四川廣安人，大專學(xué)歷，電氣工程師，貴州省興義市水電開發(fā)公司從事水電站技術(shù)管理。