韓素賢 王愛

【摘要】同步發(fā)電機的并列過程如操作不當(dāng)或誤操作，將產(chǎn)生極大的沖擊電流，破壞發(fā)電機，引起系統(tǒng)電壓波動，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在功能比較完善的自動裝置操作下，能夠?qū)崿F(xiàn)高度準(zhǔn)確同期，對待并機組無沖擊損傷，對運行系統(tǒng)無影響。自動準(zhǔn)同期并列裝置具備電壓差及頻率差等閉鎖功能，這樣能消除非同期并列的可能性，同時也能夠減輕操作人員的勞動強度。

【關(guān)鍵詞】同步發(fā)電機；準(zhǔn)同期并列；并列操作

1、引言

并列操作是將同步發(fā)電機投入到電力系統(tǒng)運行的操作。在發(fā)電廠內(nèi)，凡可以進行并列操作的斷路器都稱為同步點。通常每臺發(fā)電機的斷路器都是同步點，用以實現(xiàn)一臺發(fā)電機的并列操作；母線聯(lián)絡(luò)斷路器是同步點，作為同一母線上所有發(fā)電單元的后備同步點；三繞組變壓器的三側(cè)斷路器都是同步點，在任一側(cè)故障斷開或檢修后恢復(fù)時，可以減少并列過程中的倒閘操作，保證迅速可靠地恢復(fù)供電。母線分段斷路器一般不作為同步點。并列操作的基本要求有兩點，分別是（1）并列操作后，發(fā)電機應(yīng)該能夠迅速地被拉入同步運行；（2）并列操作的瞬間，發(fā)電機的沖擊電流應(yīng)滿足要求，不能超過規(guī)定的允許值。并列操作可以手動執(zhí)行也可以自動執(zhí)行。手動準(zhǔn)同期裝置由運行操作人員手動調(diào)整發(fā)電機的電壓和頻率，并監(jiān)視頻率差、整步表及電壓差，靠經(jīng)驗來判斷合適的合閘時間，從而操作斷路器進行合閘。手動準(zhǔn)同期裝置主要有以下三方面的問題：1）延誤并網(wǎng)時間；2）一般都是多臺機組共用一套手動準(zhǔn)同期裝置，各機組的控制電纜多，接線復(fù)雜；3）存在重大的安全隱患。故現(xiàn)在多采用自動同期裝置來進行并列操作。

2、并列操作的方式

同步發(fā)電機并列操作的方式有自同期及準(zhǔn)同期兩種。按自動化程度等級的不同，準(zhǔn)同期并列方式分為自動準(zhǔn)同期、半自動準(zhǔn)同期及手動準(zhǔn)同期三種，本論文主要介紹自動準(zhǔn)同期裝置實現(xiàn)的自動準(zhǔn)同步并列。

（1）準(zhǔn)同期方式

準(zhǔn)同期并列要求在合閘操作前通過調(diào)整待并發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速及電壓，當(dāng)滿足電壓頻率、相位及幅值后，由操作人員手動或由準(zhǔn)同期裝置自動選擇合適時間發(fā)出合閘命令，這種合閘操作的沖擊電流一般非常小，并且機組投入電力系統(tǒng)后能夠被迅速地拉人同步運行。

采用準(zhǔn)同期并列方式時，并列斷路器主觸頭閉合瞬間應(yīng)滿足一下三個條件：1）運行系統(tǒng)與待并系統(tǒng)的電壓幅值應(yīng)相等；2）運行系統(tǒng)與待并系統(tǒng)的頻率應(yīng)相等；3）運行系統(tǒng)與待并系統(tǒng)的相位應(yīng)相同。

實際上要求滿足上述三個條件既不可能也沒有必要。因此，根據(jù)允許沖擊電流的條件，規(guī)定了準(zhǔn)同期并列允許的電壓、頻率和相角偏差范圍。

準(zhǔn)同期并列的實際條件是：1）在斷路器合閘的瞬間，發(fā)電機的電壓和系統(tǒng)電壓的相位差應(yīng)接近于零，誤差不能超過5°；2）發(fā)電機的電壓幅值和系統(tǒng)的電壓幅值近似相等，電壓幅值差應(yīng)小于額定電壓的5%～10%；3）發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓的頻率差應(yīng)接近于零，頻率差應(yīng)小于額定頻率的0.2%～0.5%。

準(zhǔn)同期方式的優(yōu)缺點

1）準(zhǔn)同期的優(yōu)點：合閘時發(fā)電機的沖擊電流接近于零，對電力系統(tǒng)幾乎沒有影響；

2）準(zhǔn)同期的缺點：如果由于某種原因造成非同期合閘時，則沖擊電流非常大，甚至比機端三相短路電流還要大很多；并列的時間較長且操作復(fù)雜。

（2）自同期方式

自同期的操作過程：先啟動同步發(fā)電機組，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近于機組的額定轉(zhuǎn)速的時候，閉合斷路器，這時電力系統(tǒng)給同步發(fā)電機的定子繞組提供三相電流，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，然后勵磁系統(tǒng)再給發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵磁電流產(chǎn)生磁場，使同步發(fā)電機被拉入同步運行。在并列的過程中，同步發(fā)電機因有沖擊電流而受到一定程度的損傷是其主要的缺點。優(yōu)點是并列過程較迅速，特別是在電力系統(tǒng)中發(fā)生事故或系統(tǒng)頻率、電壓發(fā)生劇烈波動的時候，采用準(zhǔn)同期裝置并列時間太長而且很困難，甚至不可能實現(xiàn)并列，但采用自同期方式就有可能迅速地實現(xiàn)并列操作。

自同期方式的優(yōu)缺點

1）自同期并列的優(yōu)點：并列時間較短且并列操作的方法較簡單，合閘過程的自動化也較簡單；尤其在事故狀態(tài)下，合閘迅速。2）自同期并列的缺點：在合閘瞬間系統(tǒng)的電壓會降低；有沖擊電流并且會對系統(tǒng)造成影響。

3、自動準(zhǔn)同期并列裝置的研究

自動準(zhǔn)同期裝置主要由頻率差控制單元、電壓壓差控制單元、合閘信號控制單元和電源部分組成。

3.1頻率差的檢測與控制

頻差控制單元的任務(wù)是自動檢測發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓間的滑差角頻率，且自動調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機的頻率接近于系統(tǒng)頻率。

（1）頻率差的檢測與控制

調(diào)頻部分的主要功能是判斷頻差方向，判斷發(fā)電機電壓的頻率是低于還是高于系統(tǒng)側(cè)電壓的頻率，從而發(fā)出增速或減速的調(diào)速脈沖，調(diào)整發(fā)電機電壓的頻率，使頻差滿足要求。

其次，當(dāng)發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓間頻率差很小的時候（小于0.05赫茲），將會出現(xiàn)同步不同相的情況，延長并列合閘的過程。此時，調(diào)頻部分應(yīng)能夠自動發(fā)增速脈沖，來加速合閘。

為實現(xiàn)上述要求，調(diào)頻部分有以下兩個組成部分：

A、頻率差方問鑒別部分。判斷發(fā)電機電壓頻率與系統(tǒng)電壓頻率差值的方向，從而控制發(fā)出增速還是減速脈沖；

B、調(diào)頻脈沖的形成部分。在0°-180°的調(diào)速脈沖命令.當(dāng)頻率差在0.05赫茲以下時，發(fā)出增速脈沖命令。

1）頻率差的檢測

頻率差檢測是在越前時間信號發(fā)出之前應(yīng)完成的任務(wù)，用于作出頻率是否符合并列條件的判斷。

由于線性整步電壓反映了發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓間相角差的關(guān)系，它的微分正好代表了相角差的變化率，也就是滑差角頻率。

在待并發(fā)電機的頻率和電網(wǎng)頻率都穩(wěn)定的條件下，頻率差為某一定律，對應(yīng)的滑差角頻率也為一定值，它的微分波形為矩形波，其幅值正比于滑差角頻率，將它與設(shè)定的允許頻差下某電壓值進行比較，如果幅值小于設(shè)定電壓，表示滑差角頻率小于設(shè)定的允許值。反之，如果幅值大于設(shè)定值，則表示滑差角頻率大于允許值。

2）頻率差控制

頻率差制單元的功能是調(diào)整待并發(fā)電機的頻率，使得其與電網(wǎng)頻率相接近，將頻率差控制在允許的范圍之內(nèi)，以促成并列的實現(xiàn)。當(dāng)待并發(fā)電機的頻率高于電網(wǎng)頻率的時候，要求發(fā)電機減速，發(fā)減速脈沖。反之，應(yīng)該發(fā)增速脈沖。根據(jù)上述要求，頻率差控制單元可由頻率差方向測量環(huán)節(jié)和頻率調(diào)制執(zhí)行環(huán)節(jié)兩部分組成。前者判別發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓間頻率的高低，作為發(fā)升速脈沖或減速沖或減速沖的依據(jù)。后者按照比例調(diào)節(jié)的要求，調(diào)整發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速。

3.2電壓差的檢測與控制

電壓差控制單元的任務(wù)是自動檢測發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓間的差值，能夠自動地來調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓，使它和系統(tǒng)電壓間的差值滿足要求，促使并列條件的形成。其原理與頻率差的檢測與控制類似。

3.3合閘信號控制單元

合閘信號控制單元的功能是檢查并列的條件，當(dāng)待并機組的電壓及頻率均符合并列條件的時候，選擇適當(dāng)?shù)臅r間發(fā)合閘信號，使并列斷路器的主觸頭接通的時候，相位差等于零或在允許的范圍之內(nèi)。在準(zhǔn)同期并列的過程中，合閘信號控制單元的控制原則是當(dāng)電壓及頻率均符合并列條件的時候，在發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓要重合前發(fā)合閘信號。兩電壓相量重合之前的信號叫做提前量信號。按提前量的不同，準(zhǔn)同期并列裝置分為恒定越前相角并列和恒定越前時間并列兩種。（1）恒定越前相角并列。恒定越前相角并列是指發(fā)電機電壓矢量和系統(tǒng)電壓矢量重合之前的某一恒定相角發(fā)出合閘脈沖并列方式。（2）恒定越前時間準(zhǔn)同期并列。恒定越前相角并列是指發(fā)電機電壓矢量和系統(tǒng)電壓矢量重合之前的某一恒定時間發(fā)出合閘脈沖并列方式。這一恒定時間用來表示，在不同頻差情況下，只要保證這一恒定時間和斷路器的動作時間相等，在發(fā)出合閘脈沖均可合閘于零點，可見恒定越前時間并列與頻差無關(guān)，顯而易見這種并列方式要比恒定前相角并列優(yōu)越。因此實際裝置均采用恒定越前時間并列裝置。

3.4電源部分

裝置直流電源有三種+55v、+40、+12V。

4 結(jié)束語

同步發(fā)電機的并列過程如操作不當(dāng)或誤操作，將產(chǎn)生極大的沖擊電流，破壞發(fā)電機，引起系統(tǒng)電壓波動，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運行。采用自動并列裝置進行并列操作，不僅能減輕運行人員的勞動強度，也能提高系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。具體意義如下所述：

1）加快并列的過程，在事故后或者系統(tǒng)負(fù)荷增長后急需投入備用機組時，意義更為明顯；2）在功能比較完善的自動裝置操作下，能夠?qū)崿F(xiàn)高度準(zhǔn)確同期，對待并機組沒有沖擊損傷，對運行系統(tǒng)沒有影響；3）自動準(zhǔn)同期裝置具有電壓差及頻率差等閉鎖功能，消除了非同期并列的可能性。4）減輕了操作人員的勞動強度。

參考文獻

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作者簡介

韓素賢（1982—），女，內(nèi)蒙古化德人，研究生，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，講師，主要從事風(fēng)能發(fā)電設(shè)備制造與維修專業(yè)和電力系統(tǒng)自動化專業(yè)的教學(xué)與研究工作。