楊朝蓬

(大唐略陽發(fā)電有限責任公司，陜西 漢中 724300)

0 引言

某公司6號330 MW機組為單臺建設機組，工程預留二期1臺330 MW級火電機組及1條330 kV出線的場地。為節(jié)省造價，原工程采用過渡接線方式，電氣主接線采用發(fā)電機-變壓器組-線路單元接線方式接入330 kV系統(tǒng)，如圖1虛線框內所示。2014年2期工程開工后對原有330 kV變電站進行擴建改造，新增1個母聯(lián)間隔，2個PT間隔，1個主變間隔，1個啟動/備用間隔，1個出線間隔，并補齊前期出線間隔和主變進線間隔的刀閘。最終接線方式為雙母運行方式，如圖1所示。改造完成后，發(fā)現(xiàn)6號機組在每次同期并網時都會引起330 kV母線電壓及頻率的波動，尤其是在2016年的2次并網過程中均產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號機組采用自動準同期并網方式，同期裝置選用南京東大金智電氣自動化有限公司生產的MFC2061微機自動準同期裝置。該裝置采用高性能雙微機(雙CPU)結構，雙機間互相獨立，合閘結果由雙機表決輸出。該裝置采用現(xiàn)代控制理論，快速跟蹤電壓和頻率，調節(jié)待并發(fā)電機組，同期速度快、精度高。軟件采用多重冗余設計，加上全面的自檢措施，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。

6號發(fā)電機原同期裝置工作原理如圖2所示。發(fā)電機機端電壓經6號主變升壓，再通過3306開關送電至330 kV母線系統(tǒng)。發(fā)電機與系統(tǒng)并網由自動同期裝置完成。同期電壓取高壓側330 kV線路PT開口三角形L730-Sa730電壓(100 V)引至同期裝置作為系統(tǒng)電壓。取機端二次電壓A6223-C6223(100 V)引至同期裝置作為發(fā)電機電壓。擴建改造后，機端電壓保持不變，高壓側同期電壓取自330 kV母線PT切換后的開口三角形L730-Sa730電壓(6號機組在I母并網時取I母電壓，在II母并網時取II母電壓)。機組正常運行時，機端電壓A6223-C6223和系統(tǒng)電壓L730-Sa730幅值和相位相同，相位差為0。當發(fā)電機定速后，起勵至額定機端電壓，投入同期裝置，此時同期裝置自動調節(jié)壓差、頻差、相位差，使發(fā)電機機端電壓與系統(tǒng)電壓以一定的差頻周期旋轉。當同期裝置檢測到系統(tǒng)電壓與機端電壓同時滿足壓差、頻差、相位差并網條件時，同期裝置以整定的導前時間發(fā)出同期合閘指令，合上3306開關，6號機組與系統(tǒng)同期并網。

2 并網時出現(xiàn)較大沖擊電流的原因分析

6號機組停機期間，組織專業(yè)人員對引發(fā)同期并網時出現(xiàn)較大沖擊電流的各種因素和環(huán)節(jié)進行逐項分析和排查。

(1) 檢查故障錄波動作情況發(fā)現(xiàn)，發(fā)變組、線路故障錄波裝置均有錄波記錄，錄波報文為電流突變量啟動錄波，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)運行監(jiān)控記錄，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機勵磁電流、無功功率、有功功率在機組并網瞬間均有較大增幅。

(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，導前角20°，導前時間160 ms，均符合要求。核查新更換的同期裝置送檢試驗報告，壓差閉鎖、頻差閉鎖、角差閉鎖動作值符合整定值要求。調頻、調壓性能完好，同步指示、同期合閘脈沖正確動作，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖2 同期裝置二次電壓回路原理

(3) 在6號機組停機前對同期裝置上電檢查，發(fā)現(xiàn)裝置測量機端電壓與系統(tǒng)的幅值、頻率均相同，但相位相差66°。正常情況下機組并網后機端電壓與系統(tǒng)電壓相位應保持一致或有很小的測量誤差，而此時有66°的相位差，說明電壓二次回路存在接線錯誤，使得測量值與實際值不符，導致機組在并網時與系統(tǒng)實際有60°的相位差，造成非同期并網。停機后對二次回路檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場實際是將L730-Sb730接入了同期裝置(見圖3虛線框內)，而圖紙要求將L730-Sa730電壓引入同期裝置(見圖3)。

電壓回路向量如圖4所示。從圖4可知，機端A6223-C6223電壓與高壓側開口三角形L730-Sb730電壓有60°的相位差，機端電壓超前高壓側電壓60°。也就是說，當同期裝置認為機端電壓與系統(tǒng)電壓達到同步時，實際上主變高壓側一次電壓與330 kV母線一次電壓之間是有60°相位差的。當裝置發(fā)出合閘命令后，發(fā)電機與系統(tǒng)非同期并網，因此會產生較大的沖擊電流。

圖3 PT二次接線

3 解決方案

此接線錯誤為擴建改造時施工單位未按圖施工造成的。由于330 kV母線仍在運行中，PT二次回路帶電改線安全風險較大，因此需設法在發(fā)電機側對二次回路進行修改以滿足同期需要。

由圖4可知，同期點兩側電壓有以下2種選取方式：

(1) 當機端電壓取UAC時，330 kV電壓取母線PT開口三角形a相電壓；

(2) 當機端電壓取UBC時，330 kV電壓取母線PT取開口三角形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)場選用第2種方式對二次回路進行改造，在同期柜內將機端電壓A6223-C6223改為B6223，C6223接線方式?；芈犯脑旌?，60°的測量誤差消除，重新開機后機組并網一次成功，并網時電流正常，系統(tǒng)無波動。運行中檢查機端電壓與系統(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 結束語

非同期并列的機組在合閘時會產生巨大的沖擊電流，對發(fā)電機和變壓器及系統(tǒng)造成嚴重沖擊；嚴重時會使待并發(fā)電機繞組變形、絕緣崩裂，甚至將定子繞組燒毀。即使當時沒有造成損壞，也會給設備埋下隱患。該公司在發(fā)現(xiàn)6號機組并網過程中沖擊電流異常增大后，立即組織人員進行了原因分析和故障排查，最終找到了導致機組非同期并網的原因并制定了解決方案，進行了整改。此次故障的分析查找過程對同類問題的排查具有一定的借鑒作用。同時，此次故障也進一步提醒廣大繼電保護工作人員，在新建工程調試期間和二次回路改造工作結束后，一定要仔細檢查二次回路，確保圖實相符；要按規(guī)定進行發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓之間的核相試驗并不得有漏項，確保包括同期電壓在內的二次電壓接線正確，杜絕類似事件的發(fā)生。

1 卓樂友，葉念國，翁樂陽，等.微機型自動準同步裝置的設計和應用[M].北京：中國電力出版社，2002.

2 周吉安.酒泉風電集中并網對電網安全穩(wěn)定的影響[J].電力安全技術，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事故的分析及處理[J].湖南水利水電，2007，12(6)：59-60.