亭子口電站機組同期裝置的優化改造

馮磊

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口電站機組同期裝置的優化改造

馮磊

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口電站1～4號機組監控系統原同期回路分為手準和自準回路（同期合閘和雙側無壓合閘），合閘出口回路串聯一個同步檢查閉鎖繼電器。自投產以來，先后多次發生由于同步檢查閉鎖繼電器接點動作不可靠造成同期并網不成功；且同期裝置存在硬件故障缺陷，使裝置內部接點誤開出；監控系統PLC的復歸“投PT信號”指令、復歸“啟動同期”指令流程不合理；在機組同期并網過程中，調速器系統不接受同期裝置下發的增速或減速等調頻指令，造成同期裝置采集到的頻差信號不滿足合閘條件，導致機組并網過程很慢或并網超時流程退出等現象；針對以上存在的問題對其同期裝置硬件和軟件進行優化改造、對調速器并網控制邏輯進行優化，使問題得以徹底解決。

同期裝置；監控系統；硬件故障；并網邏輯

0　引言

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內，是嘉陵江干流開發中唯一的控制性工程，是以防洪、發電及城鄉供水、灌溉為主，兼顧航運以及攔沙減淤等其他綜合利用工程。

1～4號機組監控系統原同期裝置采用南瑞集團公司生產的型號為SJ-12D系列產品，同步檢查閉鎖繼電器采用許繼生產的DT-1/200產品，其同期回路分為手準和自準回路（同期合閘和雙側無壓合閘），合閘出口回路串聯一個同步檢查閉鎖繼電器。當監控發同期合閘令后，檢測裝置是在自準方式和裝置正常后，啟動投PT，延時3 s，啟動同期，在3min內，同期裝置檢測頻差、壓差、相位差及同步檢查閉鎖繼電器閉鎖角在20°范圍內時，發出合閘脈沖至合閘回路，當出口斷路器合閘成功后，復歸投PT和復歸啟動同期。如出口斷路器合閘不成功或同期失敗時，在報警的同時，復歸投PT和復歸啟動同期，流程退出。

1　同期系統存在的問題及原因分析

亭子口公司1～4號機組同期裝置采用差頻并網方式，在機組同期并網過程中，多次發生由于硬件故障或軟件故障引起同期并網失敗，流程退出，嚴重影響機組安全穩定運行。主要問題如下：

（1）自投產以來，先后多次發生同期并網不成功，經檢查均為同步檢查閉鎖繼電器接點動作不可靠造成。

（2）在2014年7月28日，因同期裝置原因造成4號發電機出口斷路器兩次非正常合閘，經檢查該型號自動準同期裝置存在硬件故障缺陷[1]，使裝置內部接點誤開出。同時了解到該同期裝置在國內電力行業內其他電廠使用也發生過類似問題。

（3）通過檢查分析，發現監控系統PLC的復歸“投PT信號”指令、復歸“啟動同期”指令流程不合理。

（4）機組在并網時同期裝置采用差頻并網方式，調速器在其控制狀態下的控制方式為跟蹤頻率給定（即：比較調速器內部的頻率給定和機組當前頻率的差值并通過PID計算控制導葉開度，使機組頻率一直穩定在頻率給定值附近波動），在機組同期并網過程中，調速器系統不接收同期裝置下發的增速或減速等調頻指令，造成發電機頻率和電網頻率基本一致，相角差在0～360°之間隨機出現并非常緩慢變動，同期裝置并網緩慢或者同期裝置有一定概率（約50%）因不能在監控系統流程規定時間之內捕捉到合閘角度（相角差0°附近）而終止并網。

2　改造和優化

針對機組同期裝置在運行過程中存在的問題，結合亭子口水利樞紐實際情況，提出了相應的改進方案。

2.1同期裝置改造和優化

（1）對機組同期裝置進行改造換型，經過調研采用深圳國立智能生產的SID-2FY智能復用型同期裝置和SID-2SL-A微機多功能同步表。該裝置為深圳國立智能第九代同期裝置產品，既可用于發電機差頻并網，又可用于線路差頻和同頻并網。裝置具有自動識別并列點并網性質的功能，即能自動識別當前是差頻并網還是同頻并網，精確地在相角差為0°時完成無沖擊并網。在發電機并網過程中，按模糊控制理論的算法，對機組頻率及電壓進行自動控制，確保最快最平穩地使頻差及壓差進入整定范圍，實現更為快速的并網，同時一旦發生硬件故障，立即閉鎖裝置，防止裝置誤開出的可能，并報告故障原因便于維護。

（2）在機組同期合閘出口回路串聯一個SID-2SL-A微機多功能同步表，該裝置集同步表和同步檢查閉鎖繼電器于一體，具有手動同期相位角指示及手動同期和自動同期同期閉鎖功能。每個并列點可單獨設置允許壓差、允許頻差。當電壓差或頻率差超過允許值時，閉鎖繼電器自動閉鎖合閘回路。還實現了對壓差、頻差、相角差及功角的四重閉鎖[2]，確保自動同期操作的絕對安全，但它不是同期裝置，不具備實現差頻同期時捕捉零相角差合閘的功能。

（3）對機組監控系統PLC程序進行優化。自準同期回路同期合閘時，裝置進入同期工作狀態后，首先進行裝置自檢，如果自檢不通過，裝置報警并進入閉鎖裝置，自檢通過后裝置對輸入量進行檢查，如果輸入量正常，輸出“就緒”信號，投PT信號使裝置上電，延時6 s判同期裝置正常（如裝置故障同時自動開出2 s脈沖遠方復位命令復歸故障信號），啟動同期（3 s脈沖），裝置會檢測頻差、壓差、相位差在設定值范圍內時，發出合閘脈沖至合閘回路（合閘回路串合閘繼電器2對常開接點和微機多功能同步表），當出口斷路器合閘成功后，延時10 s復歸投PT（裝置掉電）。如出口斷路器合閘不成功或同期失敗時，在報警的同時，延時10s復歸投PT（裝置掉電），流程退出。

（4）單側或雙側無壓合閘時，先現地無壓切換把手置“單側”或“雙側”位，再投PT信號使裝置上電，延時6 s判同期裝置正常（如裝置故障同時自動開出2 s脈沖遠方復位命令復歸故障信號），啟動同期（3 s脈沖），裝置會檢測頻差、壓差、相位差在設定值范圍內時，閉鎖繼電器一直導通，發出合閘脈沖至合閘回路（合閘回路串合閘繼電器2對常開接點和微機多功能同步表），當出口斷路器合閘成功后，延時10 s復歸投PT（裝置掉電）。如出口斷路器合閘不成功或同期失敗時，在報警的同時，延時10 s復歸投PT（裝置掉電），流程退出。

2.2同期裝置與調速器并網邏輯改造和優化

（1）在機組進行同期并網發電操作時，調速器頻率給定方式由頻給模擬量方式自動切換為頻給脈沖方式（“空載態”AND“自動”AND“遠方”AND“頻給脈沖方式”），可接收同期裝置給出的增/減速脈沖命令，并根據所接收到脈沖命令來調節調速器的頻率給定[3]。為防止過速等異常現象，根據調速器最小識別脈寬（10ms，對應0.001Hz），對頻給脈沖方式下的頻率給定進行限幅，即頻率給定最小值為49.5Hz，最大值為50.5Hz。

（2）在調速器退出空載模式（停機或發電）或進入空載模式的第1個周期及程序初始化和不滿足條件時，為避免頻率給定不當，造成調速器非正常動作，將調速器頻率給定賦值為機組額定頻率。

（3）針對機組檢修完成需進行擾動試驗時，不能在“頻給脈沖方式”下進行試驗，需要在“頻給模擬量方式”，可通過觸摸屏選擇頻給模擬量方式，再直接修改頻率給定值，此方法主要用于空載擾動試驗，此時頻率給定最小值為45 Hz，最大值為55 Hz，試驗完成后需恢復至頻給脈沖方式。

3　改造后效果

針對以上機組同期裝置改造及調速器并網邏輯優化的改進方案，目前已全部實施完成，達到的效果如下：

（1）由于同步檢查閉鎖繼電器的工藝質量問題經常引起接點氧化，使絕緣電阻增大，導致接點動作不可靠，開機失敗，選用SID-2SL-A微機多功能同步表后，未發生一起因同步檢查閉鎖繼電器接點不可靠而引起的開機不成功，提高了機組開機成功率。

（2）對機組同期裝置硬件改造換型和軟件優化后，未發生由于同期裝置內部硬件問題引起開機失敗和非正常合閘事件，未發生由于機組監控系統PLC軟件問題引起開機失敗和非正常合閘事件，提高了設備可靠性和開機成功率。

（3）對機組調速器并網控制邏輯進行程序優化后，未發生由于同期裝置與調速器在并網過程中的配合問題引起的并網超時現象，提高了機組并網的快速性和準確性。

4　結論

通過對1～4號機組同期裝置的改造和優化，提高了機組自動開機成功率，減少了水能損失，提高了設備運行的可靠性和機組開機并網的快速性和準確性，為企業創造了良好的經濟效益。

[1]董占旺，王亞君，田振宙，等.SID-2M微機同期裝置的應用[J].內蒙古電力技術，2003，21（S1）：122-123.

[2]肖華賓.微機型自動準同期裝置在大中型發電廠中的應用與設計探討 [C]//全國電廠電氣專業技術交流研討會，2008.

[3]周二保.微機自動準同期裝置的運行分析與技術發展探討[J].水電廠自動化，2002（2）：17-20.

TV736

B

1672-5387（2016）11-0028-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.009

2016-07-28

馮磊（1982-），男，工程師，從事設備管理和維護工作。