摘 要：發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)是發(fā)電廠的一項重大操作，它直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及發(fā)電機(jī)組的安全。同期系統(tǒng)調(diào)試就是保障發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)能夠在電壓幅值差、頻率差、相角差滿足定值要求的范圍內(nèi)并列，防止非同期并列現(xiàn)象導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子繞組及大軸受損。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠同期并網(wǎng)；定相；假同期；設(shè)計優(yōu)化；參數(shù)優(yōu)化

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）04-0035-03

Power plant Synchronization Grid-connected Debugging Technology and

Typical Problems Analysis

WANG Hongmeng

（Guangzhou Yueneng Power Technology Development Co.，Ltd.，Guangzhou 510080，China）

Abstract：Generator synchronization is an important operation of power plant，which directly affects the stability of system operation and the Safety of generating units. Synchronization system debugging is to ensure that generators and power grids can be juxtaposed within the range of voltage amplitude difference，frequency difference and phase angle difference to meet the fixed value requirements，and to prevent the occurrence of non-synchronous juxtaposition phenomenon leading to damage of generator stator windings and large axles.

Keywords：power plant synchronization；phase fixing；false synchronization；design optimization；parameter optimization

0 引 言

發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列是指發(fā)電機(jī)在并列合閘前將勵磁系統(tǒng)投入，發(fā)電機(jī)機(jī)端建壓完成后，待并側(cè)電壓的頻率、功角、幅值分別和并列點處的系統(tǒng)側(cè)電壓的頻率、功角、幅值滿足整定值范圍時，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘。對于大中容量的發(fā)電機(jī)的同期均采用準(zhǔn)同期并列。準(zhǔn)同期又分為手動準(zhǔn)同期、自動準(zhǔn)同期。手動準(zhǔn)同期指發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、并列合閘操作由運(yùn)行人員手動進(jìn)行，只是在控制回路中裝設(shè)了非同期合閘的閉鎖裝置，現(xiàn)已極少采用或僅作為備用。自動準(zhǔn)同期指由同期裝置自動進(jìn)行發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、捕捉到同期點后自動合閘，目前機(jī)組并網(wǎng)均采用自動準(zhǔn)同期方式。

1 同期調(diào)試過程

1.1 自動同期裝置單體試驗

（1）同期裝置上電及內(nèi)部回路檢查。此階段主要進(jìn)行程序與版本檢查、開關(guān)量輸入檢查、開出回路檢查、模擬量輸入檢查、裝置故障報警檢查、GPS對時檢查、網(wǎng)絡(luò)通訊檢查、絕緣檢查等。

（2）同期裝置參數(shù)實測及定值校驗。需要檢測的參數(shù)有：允許頻差、允許壓差、均頻控制脈寬、均壓控制脈寬、允許功角、過壓保護(hù)值、同頻調(diào)頻脈寬、系統(tǒng)側(cè)電壓轉(zhuǎn)角、低壓閉鎖值、同頻鑒別閾值等。

（3）同期裝置邏輯功能驗證。如：單側(cè)無壓邏輯，雙側(cè)無壓邏輯，閉鎖邏輯，調(diào)壓邏輯，調(diào)頻邏輯。

1.2 定相試驗

發(fā)電機(jī)定相試驗就是要測定待并發(fā)電機(jī)相序與系統(tǒng)相序一致、相別吻合；手動同期裝置還可以測定發(fā)電機(jī)電壓的轉(zhuǎn)角變壓器的轉(zhuǎn)角性能，并與主變壓器的接線組別相匹配。自動同期裝置則可校驗裝置轉(zhuǎn)角角度設(shè)置是否正確、可靠。

某發(fā)電廠電氣主接線如圖1所示，機(jī)組采用發(fā)電機(jī)——變壓器組擴(kuò)大單元接線接入500kV母線，發(fā)電機(jī)裝設(shè)出口斷路器。廠用電源由主變倒送后經(jīng)2臺高壓廠用變降壓供廠用母線。發(fā)電機(jī)正常投退由發(fā)電機(jī)出口斷路器同期。同時該電廠機(jī)組具備FCB功能，當(dāng)發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行一段時間后，在滿足并網(wǎng)條件的情況下，發(fā)電機(jī)需與系統(tǒng)再次并網(wǎng)，這時同期點在主變高壓側(cè)220JA、230JA斷路器上。當(dāng)同期并列點選擇在主變高壓側(cè)220JA、230JA時，各斷路器兩側(cè)同期電壓采用同步電壓切換裝置，按照近區(qū)優(yōu)先原則來采集。在調(diào)試過程中應(yīng)在電壓切換裝置前端輸入二次電壓，通過對現(xiàn)場斷路器與隔離刀閘的操作來進(jìn)行電壓切換裝置邏輯及回路校驗，按實際情況確定輸入同期裝置的各并列點系統(tǒng)側(cè)與待并側(cè)電壓，在500kV升壓站首次受電過程中，通過對同期開關(guān)合環(huán)，驗證電壓回路的正確性。防止切換后電壓在同期裝置接反，造成并網(wǎng)時調(diào)頻、調(diào)壓反方向操作。而同期點在發(fā)電機(jī)出口斷路器時，如需核相，有兩種方法：斷開主變高壓側(cè)刀閘，發(fā)電機(jī)帶主變進(jìn)行零起升壓或解開發(fā)電機(jī)出口與封閉母線的軟連接，合上發(fā)電機(jī)出口斷路器，由系統(tǒng)對主變和發(fā)電機(jī)出口斷路器進(jìn)行反送電核相。由于本機(jī)組正常啟動時，廠用電源由主變倒送后經(jīng)2臺高壓廠用變降壓供廠用母線，故其在發(fā)電機(jī)出口斷路器核相方案宜選擇后者。

1.3 假同期試驗

假同期，是一種模擬正常并網(wǎng)方法的一種假并網(wǎng)，假同期試驗方法具體操作為斷開并網(wǎng)開關(guān)靠系統(tǒng)一側(cè)刀閘，并拉掉該刀閘控制電源，防止誤合閘，同時將切換電壓即系統(tǒng)側(cè)電壓引入同期裝置，然后調(diào)節(jié)勵磁電壓、汽輪機(jī)或燃機(jī)轉(zhuǎn)速，通過自動準(zhǔn)同期裝置自動升壓（降壓）、加速（減速），當(dāng)捕捉到同期合閘點時自動合上并網(wǎng)開關(guān)。利用自動準(zhǔn)同期裝置進(jìn)行假同期試驗的目的是測量從自動準(zhǔn)同期裝置發(fā)出“合閘”命令的提前時間是否和出口斷路器的合閘時間相一致；同時檢查自動準(zhǔn)同期裝置的工作性能，防止發(fā)電機(jī)在第一次接入系統(tǒng)的過程中出現(xiàn)異常。

自動準(zhǔn)同期裝置假同期試驗步驟如下。

（1）確認(rèn)待并斷路器及其隔離開關(guān)在分閘位置，拉開隔離開關(guān)的交直流操作控制電源小開關(guān)（防止隔離開關(guān)誤動）。

（2）與斷路器合閘相關(guān)的邏輯、聯(lián)鎖條件應(yīng)滿足要求，采取防止斷路器合上后機(jī)組自動加載的措施。

（3）采用錄波儀器接入如下錄入量：

1）系統(tǒng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓；

2）系統(tǒng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓的包絡(luò)線；

3）待并斷路器的常開輔助觸頭；

4）自動準(zhǔn)同期裝置的“合閘”命令脈沖。

（4）發(fā)電機(jī)開機(jī)后，解開合閘出口接線，人為使轉(zhuǎn)速和電壓偏離額定值，投入同期裝置，觀察在初設(shè)定的均頻和均壓控制系數(shù)下的并網(wǎng)速度，多次改變均頻和均壓控制系數(shù)，重復(fù)上述試驗，記錄測試結(jié)果，找出能快速促成頻率、電壓滿足并網(wǎng)條件的均頻和均壓控制系數(shù)值，并將其作為整定值。與此同時，觀察同步表轉(zhuǎn)向應(yīng)正確，發(fā)出的調(diào)速、調(diào)壓脈沖亦應(yīng)全部正確。

（5）恢復(fù)合閘出口接線，投入同期裝置，觀察自動準(zhǔn)同期裝置工作正常，其發(fā)出合閘脈沖，“合閘”指示燈亮，待并斷路器合閘成功。

（6）采用錄波儀觀察和錄取波形。從所錄波形觀察，斷路器應(yīng)在一次系統(tǒng)兩側(cè)相角差為0°的位置合上。如在非0°位置合閘，則應(yīng)修改整定的導(dǎo)前時間（如圖2所示），并重復(fù)試驗步驟（5）～（6）。

（7）確認(rèn)自動準(zhǔn)同期裝置退出運(yùn)行。

（8）斷開斷路器，拆除隔離開關(guān)輔助觸頭的短接線，恢復(fù)臨時拆除接線。

1.4 自動準(zhǔn)同期并列

自動準(zhǔn)同期裝置在經(jīng)過假同期試驗之后，即可進(jìn)行自動準(zhǔn)同期并列，并網(wǎng)時要注意觀察在斷路器合閘瞬間發(fā)電機(jī)電流、功率應(yīng)有指示，但不能出現(xiàn)沖擊。同時觀察并網(wǎng)時的波形，以表明發(fā)電機(jī)已以自動準(zhǔn)同期方式平穩(wěn)地接入系統(tǒng)帶初負(fù)荷。

2 同期調(diào)試過程典型問題分析

2.1 同期電壓的選擇

某調(diào)試機(jī)組發(fā)電機(jī)采用中性點經(jīng)配電變壓器的接地系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)出口斷路器同期電壓采用開關(guān)兩側(cè)電壓互感器相電壓。因為相電壓與三相的絕緣及對地電容量有很大的關(guān)系，正常時發(fā)電機(jī)三相對地電容量相差不大，中性點電壓為零，發(fā)電機(jī)三相相電壓相等，若某一相絕緣低時，則發(fā)電機(jī)的中性點電壓會發(fā)生漂移，三相相電壓會不同，但線電壓保持不變。如果在發(fā)電機(jī)側(cè)采用相電壓作為同期電壓，在發(fā)電機(jī)同期時會引起很大的沖擊。因此此處發(fā)電機(jī)的同期電壓應(yīng)選用線電壓。

2.2 增加同期檢查繼電器

某調(diào)試機(jī)組自動準(zhǔn)同期回路在設(shè)計時未設(shè)計獨立的同期檢查繼電器。但按照規(guī)定：微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置應(yīng)安裝獨立的同期鑒定閉鎖繼電器。為防止因自動準(zhǔn)同期裝置內(nèi)部軟件出錯，誤發(fā)合閘指令造成發(fā)電機(jī)非同期合閘，后續(xù)對該同期回路進(jìn)行了改造。改造后，加裝了隔離變壓器和同期閉鎖繼電器001XJ，如圖3、圖4所示。

2.3 自動準(zhǔn)同期裝置參數(shù)優(yōu)化

在500kV開關(guān)站220JA、230JA同期并網(wǎng)過程中曾出現(xiàn)較大功率波動問題，經(jīng)分析有如下幾點原因。

（1）同期裝置同期對象類型整定值為“同頻/差頻”模式。在這種模式下，裝置先進(jìn)行并網(wǎng)類型自動識別。裝置進(jìn)行同頻/差頻識別需數(shù)秒時間，判斷過程如下。

1）若滿足以下條件中任意一條，則判斷為差頻并網(wǎng)模式。

a.系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)頻差>同頻閾值；b.系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)相角差>90°。

2）若無法判斷為差頻模式，則同期裝置會以2.5s（固定值）為周期發(fā)出同頻調(diào)頻脈寬信號，給待并側(cè)加速，若6次信號發(fā)出后，仍不能滿足差頻判斷條件，則裝置進(jìn)入同頻同期模式。

當(dāng)選擇在220JA或230JA同期并網(wǎng)時，由于機(jī)組處于孤島運(yùn)行，其頻率往往穩(wěn)定在系統(tǒng)頻率上。為避免這種“假同頻”狀態(tài)，裝置在此期間會對機(jī)組實施加速控制使發(fā)電機(jī)脫離這種狀態(tài)。此時采用“同頻/差頻”定值會導(dǎo)致并網(wǎng)過程緩慢，同時由于采用光纖遠(yuǎn)傳傳輸指令，加速指令路徑相對較長，造成指令堆積，導(dǎo)致在合閘指令發(fā)出至斷路器合閘這段時間汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仍在執(zhí)行加速指令。

（2）根據(jù)儀控專業(yè)反饋：從汽機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速命令至汽輪機(jī)本體轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值約需4s，500kV同期裝置調(diào)速信號周期為1s，為躲過汽輪機(jī)調(diào)速響應(yīng)時間，后將同期裝置調(diào)速周期調(diào)整為6s。考慮到本核電機(jī)組為半速機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)，同時將“同頻調(diào)頻脈寬”定值由500ms改為100ms。

綜和以上兩點原因，后將同期方式定值平時設(shè)為“同頻/差頻”模式，當(dāng)機(jī)組通過主變高壓側(cè)開關(guān)并網(wǎng)時更改為“差頻”模式。在整定同期裝置定值過程中往往需要各專業(yè)相互配合，在參數(shù)實測的基礎(chǔ)上反復(fù)調(diào)整定值，才能保證機(jī)組同期并網(wǎng)最優(yōu)化。

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作者簡介：王洪猛（1986.04-），男，漢族，四川雅安人，工程師，畢業(yè)于四川理工學(xué)院，本科，主要研究方向：發(fā)電廠電氣分系統(tǒng)及機(jī)組整套啟動調(diào)試與項目管理。