楊朝蓬

(大唐略陽(yáng)發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西 漢中 724300)

0 引言

某公司6號(hào)330 MW機(jī)組為單臺(tái)建設(shè)機(jī)組，工程預(yù)留二期1臺(tái)330 MW級(jí)火電機(jī)組及1條330 kV出線的場(chǎng)地。為節(jié)省造價(jià)，原工程采用過(guò)渡接線方式，電氣主接線采用發(fā)電機(jī)-變壓器組-線路單元接線方式接入330 kV系統(tǒng)，如圖1虛線框內(nèi)所示。2014年2期工程開(kāi)工后對(duì)原有330 kV變電站進(jìn)行擴(kuò)建改造，新增1個(gè)母聯(lián)間隔，2個(gè)PT間隔，1個(gè)主變間隔，1個(gè)啟動(dòng)/備用間隔，1個(gè)出線間隔，并補(bǔ)齊前期出線間隔和主變進(jìn)線間隔的刀閘。最終接線方式為雙母運(yùn)行方式，如圖1所示。改造完成后，發(fā)現(xiàn)6號(hào)機(jī)組在每次同期并網(wǎng)時(shí)都會(huì)引起330 kV母線電壓及頻率的波動(dòng)，尤其是在2016年的2次并網(wǎng)過(guò)程中均產(chǎn)生了較大的沖擊電流。

1 同期裝置工作原理

圖1 改造后接線方式

該公司6號(hào)機(jī)組采用自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)方式，同期裝置選用南京東大金智電氣自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的MFC2061微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置。該裝置采用高性能雙微機(jī)(雙CPU)結(jié)構(gòu)，雙機(jī)間互相獨(dú)立，合閘結(jié)果由雙機(jī)表決輸出。該裝置采用現(xiàn)代控制理論，快速跟蹤電壓和頻率，調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)組，同期速度快、精度高。軟件采用多重冗余設(shè)計(jì)，加上全面的自檢措施，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。

6號(hào)發(fā)電機(jī)原同期裝置工作原理如圖2所示。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)6號(hào)主變升壓，再通過(guò)3306開(kāi)關(guān)送電至330 kV母線系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并網(wǎng)由自動(dòng)同期裝置完成。同期電壓取高壓側(cè)330 kV線路PT開(kāi)口三角形L730-Sa730電壓(100 V)引至同期裝置作為系統(tǒng)電壓。取機(jī)端二次電壓A6223-C6223(100 V)引至同期裝置作為發(fā)電機(jī)電壓。擴(kuò)建改造后，機(jī)端電壓保持不變，高壓側(cè)同期電壓取自330 kV母線PT切換后的開(kāi)口三角形L730-Sa730電壓(6號(hào)機(jī)組在I母并網(wǎng)時(shí)取I母電壓，在II母并網(wǎng)時(shí)取II母電壓)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)端電壓A6223-C6223和系統(tǒng)電壓L730-Sa730幅值和相位相同，相位差為0。當(dāng)發(fā)電機(jī)定速后，起勵(lì)至額定機(jī)端電壓，投入同期裝置，此時(shí)同期裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)壓差、頻差、相位差，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓以一定的差頻周期旋轉(zhuǎn)。當(dāng)同期裝置檢測(cè)到系統(tǒng)電壓與機(jī)端電壓同時(shí)滿足壓差、頻差、相位差并網(wǎng)條件時(shí)，同期裝置以整定的導(dǎo)前時(shí)間發(fā)出同期合閘指令，合上3306開(kāi)關(guān)，6號(hào)機(jī)組與系統(tǒng)同期并網(wǎng)。

2 并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)較大沖擊電流的原因分析

6號(hào)機(jī)組停機(jī)期間，組織專業(yè)人員對(duì)引發(fā)同期并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)較大沖擊電流的各種因素和環(huán)節(jié)進(jìn)行逐項(xiàng)分析和排查。

(1) 檢查故障錄波動(dòng)作情況發(fā)現(xiàn)，發(fā)變組、線路故障錄波裝置均有錄波記錄，錄波報(bào)文為電流突變量啟動(dòng)錄波，三相電流幅值大幅增加，330 kV母線電壓幅值降低，且有畸變。檢查分布式控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)運(yùn)行監(jiān)控記錄，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流、無(wú)功功率、有功功率在機(jī)組并網(wǎng)瞬間均有較大增幅。

(2) 檢查同期裝置定值及性能。檢查同期裝置定值如下：允許頻差為±0.2 Hz，允許壓差上限為0、下限為-11 V，導(dǎo)前角20°，導(dǎo)前時(shí)間160 ms，均符合要求。核查新更換的同期裝置送檢試驗(yàn)報(bào)告，壓差閉鎖、頻差閉鎖、角差閉鎖動(dòng)作值符合整定值要求。調(diào)頻、調(diào)壓性能完好，同步指示、同期合閘脈沖正確動(dòng)作，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖2 同期裝置二次電壓回路原理

(3) 在6號(hào)機(jī)組停機(jī)前對(duì)同期裝置上電檢查，發(fā)現(xiàn)裝置測(cè)量機(jī)端電壓與系統(tǒng)的幅值、頻率均相同，但相位相差66°。正常情況下機(jī)組并網(wǎng)后機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓相位應(yīng)保持一致或有很小的測(cè)量誤差，而此時(shí)有66°的相位差，說(shuō)明電壓二次回路存在接線錯(cuò)誤，使得測(cè)量值與實(shí)際值不符，導(dǎo)致機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)與系統(tǒng)實(shí)際有60°的相位差，造成非同期并網(wǎng)。停機(jī)后對(duì)二次回路檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際是將L730-Sb730接入了同期裝置(見(jiàn)圖3虛線框內(nèi))，而圖紙要求將L730-Sa730電壓引入同期裝置(見(jiàn)圖3)。

電壓回路向量如圖4所示。從圖4可知，機(jī)端A6223-C6223電壓與高壓側(cè)開(kāi)口三角形L730-Sb730電壓有60°的相位差，機(jī)端電壓超前高壓側(cè)電壓60°。也就是說(shuō)，當(dāng)同期裝置認(rèn)為機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓達(dá)到同步時(shí)，實(shí)際上主變高壓側(cè)一次電壓與330 kV母線一次電壓之間是有60°相位差的。當(dāng)裝置發(fā)出合閘命令后，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)非同期并網(wǎng)，因此會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流。

圖3 PT二次接線

3 解決方案

此接線錯(cuò)誤為擴(kuò)建改造時(shí)施工單位未按圖施工造成的。由于330 kV母線仍在運(yùn)行中，PT二次回路帶電改線安全風(fēng)險(xiǎn)較大，因此需設(shè)法在發(fā)電機(jī)側(cè)對(duì)二次回路進(jìn)行修改以滿足同期需要。

由圖4可知，同期點(diǎn)兩側(cè)電壓有以下2種選取方式：

(1) 當(dāng)機(jī)端電壓取UAC時(shí)，330 kV電壓取母線PT開(kāi)口三角形a相電壓；

(2) 當(dāng)機(jī)端電壓取UBC時(shí)，330 kV電壓取母線PT取開(kāi)口三角形a，b相電壓矢量和(L730-Sb730電壓)。

以上2種接線方式引入同期裝置的電壓均大小相等、方向相同，滿足同期要求。故現(xiàn)場(chǎng)選用第2種方式對(duì)二次回路進(jìn)行改造，在同期柜內(nèi)將機(jī)端電壓A6223-C6223改為B6223，C6223接線方式。回路改造后，60°的測(cè)量誤差消除，重新開(kāi)機(jī)后機(jī)組并網(wǎng)一次成功，并網(wǎng)時(shí)電流正常，系統(tǒng)無(wú)波動(dòng)。運(yùn)行中檢查機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓幅值、頻率均正常一致，相位相差為6°(屬正常PT制造誤差及同期裝置采樣誤差)。

圖4 電壓回路向量

4 結(jié)束語(yǔ)

非同期并列的機(jī)組在合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊電流，對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器及系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊；嚴(yán)重時(shí)會(huì)使待并發(fā)電機(jī)繞組變形、絕緣崩裂，甚至將定子繞組燒毀。即使當(dāng)時(shí)沒(méi)有造成損壞，也會(huì)給設(shè)備埋下隱患。該公司在發(fā)現(xiàn)6號(hào)機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程中沖擊電流異常增大后，立即組織人員進(jìn)行了原因分析和故障排查，最終找到了導(dǎo)致機(jī)組非同期并網(wǎng)的原因并制定了解決方案，進(jìn)行了整改。此次故障的分析查找過(guò)程對(duì)同類問(wèn)題的排查具有一定的借鑒作用。同時(shí)，此次故障也進(jìn)一步提醒廣大繼電保護(hù)工作人員，在新建工程調(diào)試期間和二次回路改造工作結(jié)束后，一定要仔細(xì)檢查二次回路，確保圖實(shí)相符；要按規(guī)定進(jìn)行發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓之間的核相試驗(yàn)并不得有漏項(xiàng)，確保包括同期電壓在內(nèi)的二次電壓接線正確，杜絕類似事件的發(fā)生。

1 卓樂(lè)友，葉念國(guó)，翁樂(lè)陽(yáng)，等.微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

2 周吉安.酒泉風(fēng)電集中并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響[J].電力安全技術(shù)，2011，13(6)：1-4.

3 袁志剛，何享鴻，李湘琪.一起小型水電站非同期并網(wǎng)事故的分析及處理[J].湖南水利水電，2007，12(6)：59-60.