小灣電廠機(jī)組同期失敗原因分析及處理

紀(jì)正堂 王遠(yuǎn)洪

摘 要：同期裝置是在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中用來(lái)完成兩個(gè)不同系統(tǒng)之間并列運(yùn)行的裝置。本文主要介紹小灣電廠同期裝置的配置及原理，分析小灣電廠4號(hào)機(jī)組出現(xiàn)同期失敗的原因，簡(jiǎn)述同期失敗的解決方法，對(duì)水電廠出現(xiàn)類似問(wèn)題有指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞：同期裝置；同期失??；研究

1 同期裝置原理及作用

1.1 同期裝置定義

同期裝置一種在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行并網(wǎng)時(shí)使用的指示、監(jiān)視、控制裝置，它可以檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)兩側(cè)的電網(wǎng)頻率、電壓幅值、電壓相位是否達(dá)到條件，以輔助手動(dòng)并網(wǎng)或?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)。

1.2 同期裝置的說(shuō)明

電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中常需要把系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線或聯(lián)絡(luò)變壓器與電力系統(tǒng)進(jìn)行并列，這種將小系統(tǒng)通過(guò)斷路器等開關(guān)設(shè)備并入大系統(tǒng)的操作稱為同期操作。所謂同期即開關(guān)設(shè)備兩側(cè)電壓大小相等、頻率相等、相位相同，同期裝置的作用是用來(lái)判斷斷路器兩側(cè)是否達(dá)到同期條件，從而決定能否執(zhí)行合閘并網(wǎng)的專用裝置；一般情況下，變電站對(duì)于需要經(jīng)常并列或解列的斷路器裝設(shè)手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，一般采用集中同期方式。

1.3 同期裝置的分類

準(zhǔn)同期并列操作就是將待并發(fā)電機(jī)升至額定轉(zhuǎn)速和額定電壓后，滿足以下四項(xiàng)準(zhǔn)同期條件時(shí)，操作同期點(diǎn)斷路器合閘，使發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。（1）發(fā)電機(jī)電壓相序與系統(tǒng)電壓相序相同；（2）發(fā)電機(jī)電壓與并列點(diǎn)系統(tǒng)電壓相等；（3）發(fā)電機(jī)的頻率與系統(tǒng)的頻率基本相等；（4）合閘瞬間發(fā)電機(jī)電壓相位與系統(tǒng)電壓相位相同。自同期并列操作，就是將發(fā)電機(jī)升速至額定轉(zhuǎn)速后，在未加勵(lì)磁的情況下合閘，將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，隨即供給勵(lì)磁電流，由系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)拉入同步。

2 小灣電廠同期裝置配置

小灣水電廠同期裝置分為6套機(jī)組出口開關(guān)同期裝置和3套500kV開關(guān)站同期裝置，同期方式有手動(dòng)準(zhǔn)同期和自動(dòng)準(zhǔn)同期兩種。

每臺(tái)機(jī)組出口開關(guān)設(shè)有1套自動(dòng)準(zhǔn)同期/手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，安裝在機(jī)旁監(jiān)控PLC控制A4柜上，裝置同期對(duì)象為機(jī)組出口開關(guān)。

500kV開關(guān)站每一串設(shè)有1套自動(dòng)準(zhǔn)同期/手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，分別安裝在開關(guān)站監(jiān)控遠(yuǎn)程同期操作柜A1、A2和A3柜上。遠(yuǎn)程同期操作柜A1同期對(duì)象為500kV第一串的4臺(tái)開關(guān)，遠(yuǎn)程同期操作柜A2同期對(duì)象為500kV第二串的4臺(tái)開關(guān)，遠(yuǎn)程同期操作柜A3同期對(duì)象為500kV第三串的4臺(tái)開關(guān)，如表1。

表1 自動(dòng)準(zhǔn)同期整定參數(shù)

3 4號(hào)機(jī)同期失敗現(xiàn)象

2011年7月、9月小灣電廠4號(hào)機(jī)組2次出現(xiàn)同期失敗情況，導(dǎo)致機(jī)組開機(jī)流程退出，4號(hào)機(jī)組同期時(shí)曲線分別如圖1、圖2所示。

4 原因分析及處理

4.1 原因分析

電壓、頻率、相位角三個(gè)因素影響同期并網(wǎng)。從曲線圖中可以看出機(jī)端電壓曲線平穩(wěn)，滿足同期并網(wǎng)條件（±2%Un）。相位角為同期裝置自動(dòng)捕捉。從圖中看到頻率波動(dòng)比較大，從49.70Hz到50.21Hz之間波動(dòng)，不能滿足同期并網(wǎng)條件（±0.1Hz），因此，頻率不滿足同期條件便是此次同期失敗的主要因素。

根據(jù)曲線看出在第一次投入同期后的幾秒內(nèi)頻率是依然升高的，最大接近50.2Hz，這是因?yàn)闄C(jī)組剛結(jié)束開機(jī)過(guò)程中的1.5倍空載開度向空載開度過(guò)度過(guò)程，機(jī)組的慣性機(jī)組頻率繼續(xù)升高，后上升到50.2Hz。此時(shí)4號(hào)機(jī)組開機(jī)流程到投同期投入過(guò)程，在同期控制的影響下此時(shí)的機(jī)組導(dǎo)葉除了受機(jī)組調(diào)速器頻率的自身調(diào)節(jié)外，同期裝置也參與了對(duì)機(jī)組頻率的調(diào)節(jié)。由于機(jī)組頻率上升較高高，機(jī)組自身的調(diào)節(jié)力度比較大，也就是Ypid值比較大（Gv_Give=Ynld+Ypid），同時(shí)同期裝置對(duì)機(jī)組頻率的調(diào)節(jié)力度也是大，機(jī)組自身頻率調(diào)節(jié)和同期對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)疊加，于是機(jī)組頻率產(chǎn)生了超調(diào)，這就是機(jī)組頻率在調(diào)節(jié)過(guò)程中上下波動(dòng)大的原因。相位捕捉周期、同期裝置檢測(cè)周期、調(diào)速器運(yùn)行周期不同，加上頻率波動(dòng)大可能是造成機(jī)組在規(guī)定同期時(shí)間（180s）內(nèi)沒(méi)捕捉到同期信號(hào)點(diǎn)的原因。

綜上所述，引起小灣電廠4號(hào)機(jī)組同期并網(wǎng)不成功的原因?yàn)檎{(diào)速器系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)配合不當(dāng)，調(diào)速器開機(jī)過(guò)程中導(dǎo)葉開度過(guò)大使機(jī)組頻率升高較高，導(dǎo)致調(diào)速器調(diào)節(jié)過(guò)程中超調(diào)量大，機(jī)組頻率調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。在同期啟動(dòng)時(shí)調(diào)速器頻率未調(diào)節(jié)穩(wěn)定，不能滿足同期對(duì)頻率偏差的要求，同期裝置與調(diào)速器系統(tǒng)同時(shí)作用對(duì)機(jī)組頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致超調(diào)量大，同期超時(shí)退出。

4.2 解決辦法

4.2.1 優(yōu)化調(diào)速器開機(jī)規(guī)律

小灣調(diào)速器開機(jī)過(guò)程是導(dǎo)葉三分階段。當(dāng)調(diào)速器接到監(jiān)控或手動(dòng)開機(jī)令后，從靜止態(tài)先以空載開度（Gv_Start0）加上5%的導(dǎo)葉開度使機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，當(dāng)機(jī)組頻率達(dá)到15Hz之后，調(diào)速器開出1.5倍的空載開度使機(jī)組的轉(zhuǎn)速加快增加，直到機(jī)組的頻率到達(dá)47.5Hz之后，調(diào)速器電柜開出的當(dāng)前水頭下的空載開度Gv_Start0，使機(jī)組的轉(zhuǎn)速加速度下降，直至機(jī)組頻率維持到50Hz。

由于開機(jī)過(guò)程中導(dǎo)葉開度較大便會(huì)造成開機(jī)過(guò)程中頻率沖的較高，隨后機(jī)組在往50Hz頻率調(diào)節(jié)時(shí)，導(dǎo)葉開度減小幅度較大，機(jī)組穩(wěn)定時(shí)可能頻率比較低，有時(shí)會(huì)接近49.9Hz，若機(jī)組穩(wěn)定時(shí)頻率較高，機(jī)頻與網(wǎng)頻頻差在0.1Hz之內(nèi)，同期裝置便不會(huì)參與機(jī)組頻率調(diào)節(jié)，為避免同期裝置調(diào)節(jié)機(jī)組頻率，可適當(dāng)減小開機(jī)過(guò)程中導(dǎo)葉開限。

4.2.2 優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)開機(jī)規(guī)律

在監(jiān)控開機(jī)流程中同期投入點(diǎn)延后，在調(diào)速器頻率穩(wěn)定后再投同期裝置。這樣避免開機(jī)頻率過(guò)高造成超調(diào)。根據(jù)調(diào)速器系統(tǒng)空載試驗(yàn)結(jié)果，監(jiān)控開機(jī)流程中同期投入點(diǎn)延后120s。

4.2.3 優(yōu)化調(diào)速器、監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)

當(dāng)機(jī)頻與網(wǎng)頻偏差超過(guò)同期要求的0.1Hz，同期裝置通過(guò)計(jì)算下發(fā)不同長(zhǎng)度的增減脈沖令對(duì)機(jī)組頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)速器進(jìn)行PID計(jì)算調(diào)節(jié)，若調(diào)節(jié)過(guò)程中頻率給定調(diào)整步長(zhǎng)設(shè)定大，則會(huì)引起機(jī)組頻超調(diào)，會(huì)導(dǎo)致頻率的往復(fù)調(diào)節(jié)。由于我廠水頭變幅較大，在當(dāng)前水頭下該參數(shù)可能不是最優(yōu)匹配參數(shù)，為減小同期過(guò)程中機(jī)組超調(diào)，可將該參數(shù)適當(dāng)調(diào)小。

當(dāng)機(jī)頻和網(wǎng)頻偏差在0.1Hz以內(nèi)時(shí)，同期裝置是不參與機(jī)組調(diào)節(jié)的，此時(shí)機(jī)組同期并網(wǎng)用時(shí)較短，在當(dāng)前參數(shù)下，當(dāng)同期裝置參與調(diào)節(jié)時(shí)機(jī)組可能產(chǎn)生超調(diào)，合理的放寬同期裝置的“轉(zhuǎn)差率極限”值，可減少機(jī)組同期裝置動(dòng)作次數(shù)，便可有效避免同期并網(wǎng)失敗的次數(shù)。將同期裝置參與調(diào)節(jié)的門檻稍微降低，這樣也有助于機(jī)組的同期并網(wǎng)，參數(shù)修改情況如表2所示。

表2

4.3 試驗(yàn)

各參數(shù)修改完成后，進(jìn)行了4號(hào)機(jī)組同期并網(wǎng)試驗(yàn)，對(duì)4號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉開度、機(jī)組頻率及有功功率進(jìn)行了錄波，對(duì)4號(hào)機(jī)組共開機(jī)并網(wǎng)3次，同期情況如表3所示。

表3 4號(hào)機(jī)組同期情況表

圖3 第一次開機(jī)試驗(yàn)情況

圖4 第二次開機(jī)情況

圖5 第三次開機(jī)情況

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)邏輯及參數(shù)優(yōu)化之后，小灣電廠4號(hào)機(jī)組未再出現(xiàn)同期失敗情況，機(jī)組運(yùn)行情況良好。小灣電廠4號(hào)機(jī)組同期失敗的分析與處理，為其他電廠類似的問(wèn)題提供了參考，具有實(shí)際的指導(dǎo)借鑒意義。