發(fā)電機(jī)同期電壓回路雙重化的必要性分析

田志鵬

（山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西 呂梁 033000）

發(fā)電機(jī)同期回路是發(fā)電廠二次部分非常重要的一部分。同期回路的完整、正確是發(fā)電廠正確并網(wǎng)的前提。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量越來(lái)越大，發(fā)生非同期并網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)與轉(zhuǎn)子軸系機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生的電磁共振的危害也越來(lái)越大。另外，巨大的電動(dòng)力還會(huì)損傷發(fā)電機(jī)和主變壓器的繞組，甚至導(dǎo)致報(bào)廢。而近年來(lái)由于同期電壓回路的誤接線導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)非同期并列屢見(jiàn)不鮮，所以通過(guò)同期回路的改進(jìn)避免此類事件的發(fā)生很有必要。

1 參考事件

2007年12月，某電廠1#機(jī)組大修完畢，電氣試驗(yàn)完畢，假同期試驗(yàn)完畢，經(jīng)中調(diào)同意后進(jìn)行并網(wǎng)操作。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后機(jī)組跳閘。經(jīng)檢查分析，檢修人員在同期裝置檢查時(shí)拆除了引入同期裝置的系統(tǒng)電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的四根外接線，在恢復(fù)二次回路接線時(shí)由于工作失誤造成了誤接線，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)。

2014年6月，天津某電廠2#機(jī)組B修后并網(wǎng)。并網(wǎng)瞬間發(fā)電機(jī)開關(guān)、滅磁開關(guān)跳閘。主變差動(dòng)、發(fā)電機(jī)差動(dòng)、定子接地、主變重瓦斯、主變壓力釋放等保護(hù)動(dòng)作，主變噴油。事故原因?yàn)?，工作?fù)責(zé)人執(zhí)行措施不當(dāng)且拆線時(shí)未核對(duì)圖紙，未做標(biāo)記，造成接線錯(cuò)誤。

2019年04月，安徽某電廠3#機(jī)組并網(wǎng)操作。發(fā)電機(jī)開關(guān)合閘后即跳閘，滅磁開關(guān)跳閘。發(fā)變組保護(hù)柜報(bào)“主變差動(dòng)速斷”“主變比率差動(dòng)”“發(fā)變組比率差動(dòng)”“發(fā)變組差動(dòng)速斷”，發(fā)變組保護(hù)C柜報(bào)“主變重瓦斯”“主變輕瓦斯”“主變壓力釋放”。就地檢查發(fā)現(xiàn)主變本體撕裂漏油，本體向外冒煙?，F(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，事故原因?yàn)榘l(fā)變組保護(hù)C柜端子排接線錯(cuò)誤，由升壓站引至該柜的二次電壓回路接線順序錯(cuò)誤，極性接反。當(dāng)3#機(jī)組并網(wǎng)時(shí)導(dǎo)致同期裝置的系統(tǒng)側(cè)電壓相位反了180度。

2 發(fā)電機(jī)非同期并列的危害

非同期并列時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的合閘沖擊電流，過(guò)電流對(duì)發(fā)電機(jī)與變壓器繞組及發(fā)電機(jī)軸系造成嚴(yán)重?fù)p害，發(fā)電機(jī)將發(fā)出劇烈的振動(dòng)，使發(fā)電機(jī)與變壓器繞組變形，絕緣崩裂，定子繞組絕緣護(hù)套熔化，甚至將繞組燒毀，即使沒(méi)有立即損壞，也會(huì)造成嚴(yán)重的缺陷,對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)講,如果一臺(tái)大型發(fā)電機(jī)發(fā)生非同期并列，將會(huì)造成很大的沖擊電流，并造成電網(wǎng)大量有功轉(zhuǎn)移，引起電網(wǎng)震蕩，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)解列。嚴(yán)重影響整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同期并網(wǎng)的三要素為待并側(cè)與電網(wǎng)側(cè)電壓相等、頻率相等、相位相同。非同期并列按不同的原因分為三種具體情況。

2.1 電壓不等的情況

發(fā)電機(jī)投入勵(lì)磁建立機(jī)端電壓后，要將待并電壓調(diào)節(jié)至與系統(tǒng)側(cè)電壓基本相同。如果并列時(shí)兩側(cè)電壓不相同則會(huì)產(chǎn)生較大沖擊電流，其周期分量有效值為Iim=|△U|/X”d。

當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓大于系統(tǒng)電壓時(shí)，沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)起去磁作用，并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)滯相運(yùn)行，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓小于系統(tǒng)電壓時(shí)，沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)起助磁作用，并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，如果電壓差相差很大，則沖擊電流過(guò)大，將會(huì)使發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)熱受損，或在電動(dòng)力作用下將繞組與絕緣損壞。

2.2 電壓相位不相同的情況

發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)側(cè)電壓相位不一致時(shí)，相當(dāng)于兩端有電壓差，在并列瞬間出現(xiàn)沖擊電流（大小與相位差有關(guān)）,其周期分量有效值為Iim=△U/Xd=2U/Xd sin(δ/2)。

當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓相位超前系統(tǒng)電壓相位時(shí)，沖擊電流主要成分為與發(fā)電機(jī)同相位的有功分量，發(fā)并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)立即帶有功功率，沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)有減速作用。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓相位滯后系統(tǒng)電壓相位時(shí)，發(fā)并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)吸收有功功率，沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)有增速作用。通過(guò)公式我們可以看出，Iim的大小與相位差δ有很大關(guān)系，當(dāng)δ在180°時(shí)，斷路器兩端電壓為2倍機(jī)端電壓，產(chǎn)生的電流比機(jī)端短路電流還要大。如此大的沖擊電流很容易將發(fā)電機(jī)定子繞組與變壓器燒損，強(qiáng)大的電動(dòng)力足以將端部繞組扭斷。參考之前發(fā)生的180°非同期并網(wǎng)事故，發(fā)電機(jī)與變壓器幾乎報(bào)廢，損失巨大。

2.3 頻率不相等的情況

發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓頻率不同時(shí)并網(wǎng)會(huì)使并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)立即帶上正（負(fù)）有功功率，原理參考電壓相位不相同時(shí)的情況。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生震蕩，定子繞組中出現(xiàn)沖擊電流。

綜上所述，在不同的非同期并列情況下尤其以相位相差180°時(shí)危害最大。

3 同期回路分析

以目前大部分發(fā)電廠同期回路（圖1）為例分析，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置與同步檢查繼電器所引入電壓均來(lái)自同一組待并側(cè)PT（C623、B623）與系統(tǒng)側(cè)PT（C601、N601）。在回路完整正確的前提下，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置與同步檢查繼電器能夠正常工作，發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓達(dá)到準(zhǔn)同期條件時(shí)，準(zhǔn)同期裝置發(fā)出合閘指令。自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置與同步繼電器出口信號(hào)串聯(lián)只能防止同期裝置故障或同步檢查繼電器損壞。但是，在電壓采樣回路出現(xiàn)問(wèn)題是此設(shè)計(jì)方法并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也就防止不了誤接線時(shí)的非同期并網(wǎng)事故。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，檢修同期裝置與裝置定期檢驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)做解開電壓線的安全措施，檢修完畢在恢復(fù)電壓線的過(guò)程中很容易因工作麻痹大意造成兩根電壓線接反。當(dāng)電壓回路其中一組PT發(fā)生誤接線而并網(wǎng)時(shí)，恰恰是非同期事故中最嚴(yán)重的相位差180°的并網(wǎng)。這種將發(fā)電機(jī)變壓器等重大設(shè)備的安全只寄托在兩根線的正確接線上顯然是不安全的，如圖1。

圖1

可以發(fā)現(xiàn)，待并側(cè)PT（C623、B623）與系統(tǒng)側(cè)PT（C601、N601）這四根線任意接錯(cuò)兩根，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的非同期并列。由近幾年的非同期并列事故也可以看出，這類事故發(fā)生的并不罕見(jiàn)?？梢?jiàn)發(fā)電廠同期回路的一個(gè)接線錯(cuò)誤就會(huì)直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非同期并列，損傷發(fā)電機(jī)、主變等主要設(shè)備甚至報(bào)廢，顯然是不太合理的。

4 改進(jìn)措施

受《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（15.2.2.1兩套保護(hù)裝置的交流電壓應(yīng)分別取自電壓互感器互相獨(dú)立的繞組）啟發(fā)，如果將自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置與同步檢查繼電器的電壓回路分別從兩個(gè)電壓互感器互相獨(dú)立的繞組引入，使得兩個(gè)裝置電壓回路分別獨(dú)立，如圖2。

圖2

自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置與同步檢查繼電器所引入電壓均分別來(lái)自兩組待并側(cè)PT（C623、B623）（C633、B633）與系統(tǒng)側(cè)PT（C601、N601）（C611、N601）。在檢修過(guò)程中，任意接錯(cuò)其中一組電壓線都會(huì)使并網(wǎng)時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置與同步檢查繼電器不能同時(shí)滿足條件，起到相互閉鎖的作用。這樣從設(shè)計(jì)上就大大降低了同期回路因誤接線引起非同期并網(wǎng)的可能性。

另外，將電壓回路端子改為電流端子，避免裝置檢修校驗(yàn)中拆線，可保證不發(fā)生接線錯(cuò)誤。增加同期回路的可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)發(fā)電機(jī)同期電壓回路進(jìn)行改進(jìn)，將自動(dòng)校準(zhǔn)同期裝置與同步檢查繼電器的電壓回路，分別從兩個(gè)電壓互感器互相獨(dú)立的繞組引入，使得兩個(gè)裝置電壓回路分別獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)同期電壓回路的雙重化。可以大大降低誤接線導(dǎo)致非同期并網(wǎng)的可能性。