泰山抽水蓄能電站監控系統同期并網參數優化方法

王洪博，李新煜，白劍飛，劉曉波，谷東永

（1.山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東 泰安271000；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京100038）

0 引言

泰山抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5km，距濟南市約70km，電站在山東電網中主要擔負調峰、填谷作用，兼有調相和緊急事故備用等功能。泰安抽水蓄能電站（以下簡稱“泰蓄”）安裝有4臺單機容量為250MW的可逆式水泵水輪機組和發電電動機組，其正常運行工況主要有發電、發電調相、抽水、抽水調相等4種。

泰蓄電站每臺機組現地控制單元配置1套Woodward SPM-D10微機式同期裝置，用于GCB兩側同期條件的檢查、調節及發出GCB合閘令；各GCB合閘控制回路均配置1套同期檢查裝置Woodward MFR11，以保證機組平穩并入系統。本文針對泰蓄機組同期并網時，同期時間較長的問題，對影響同期并網的因素進行了分析，檢查了同期裝置和同期檢查繼電器的參數設定情況，并提出了優化調整方案。

1 影響同期并網效果的參數

蓄能機組同期并網可分為發電工況同期并網、SFC拖動工況同期并網和背靠背拖動工況同期并網3種類型[1]。由于SFC拖動工況同期并網采用了同期系統發出合閘令后就立即閉鎖SFC的方式，就同期而言，參數設置與發電工況同期參數設置一樣。背靠背拖動同期與SFC拖動同期基本原理相似，參數設置與SFC拖動同期參數設置相同。泰蓄機組發電工況并網、SFC拖動工況同期并網和背靠背拖動工況同期并網這3種同期并網類型采用了同樣的參數設置。

同期裝置參數中影響同期并網效果的關鍵參數為：允許壓差，允許頻差，允許角差和導前合閘時間。

1.1 合閘允許壓差值

當待并發電機與系統兩側電壓差值超過壓差允許值時，將導致無功性質的電流沖擊。沖擊電流對發電機定子繞組，尤其是繞組端部線棒產生較大威脅，因此需加以限制。

1.2 合閘允許頻差值

發電機同步并列時，由于必然存在的頻率差，系統和發電機之間將進行周期性的有功功率交換，直到將發電機拉入同步。如果頻率差較大，待并發電機需經歷劇烈的暫態過程（功率交換過程）才能進入同步運行狀態，所以必須對并列時的頻率差值進行限制。過大的頻率差無疑是不合適的，過小的頻率差將會大大延緩發電機的并網時間。綜合各因素，一般將頻差值限制在±0.15Hz范圍內。

1.3 導前時間

在并網過程中，若出現相角差將使系統同時受到無功性質和有功性質的沖擊。因此，在并網過程中，必須嚴加控制“相角差”這一指標，否則造成待并側設備的損壞，對電力系統造成一定沖擊。為此，對自動同期裝置導前時間的整定就必須要有嚴格的要求。用于并列的斷路器，從發出合閘脈沖開始，由分閘位置運動到合閘位置需要經過一段時間，這段時間稱為斷路器的合閘時間。由于合閘時間的存在，測控裝置合閘命令發出的正確時刻應在同期點出現前，而提前的這段時間稱為導前時間。導前時間等于輔助元件的動作時間與并列斷路器的合閘時間之和。導前時間需要在現場實際測試得到。

1.4 同期檢查繼電器

當前電力自動化設備的智能化水平越來越高，操作人員對于設備的過于依賴給電網安全帶來一定隱患。不同品牌微機準同期裝置雖然原理大同小異，但是技術成熟度、可靠性參差不齊，設備老化、故障，軟件程序異常等均可能導致在并網時誤發合閘指令造成事故。因此在《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（2016版）中，第10.9.1條明確要求，微機自動準同期裝置應安裝獨立的同期鑒定閉鎖繼電器。在合閘回路中串入同期檢查繼電器的常閉接點來限制誤發合閘脈沖命令，形成了1套“雙保險”，有效提高發電機并列操作的安全系數。

同期檢查繼電器也需要設置頻差、壓差、相角差和導前時間，這些參數的設置需要與同期裝置設置的參數相匹配，才能達到好的同期并網效果。

2 泰蓄機組同期系統參數設置

泰蓄電站機組GCB同期合閘回路圖見圖1。

圖1 機組GCB同期合閘回路圖

圖1中K009為自準同期方式選擇接點，K008B是手準同期方式選擇接點，K502是合閘脈沖接點，S010是手動合閘按鈕，K214是閉鎖解除繼電器接點，K501是同期檢查繼電器輸出接點，52C是機組GCB合閘線圈，K503是合閘監視繼電器。在自動準同期或手動準同期合閘過程中，都需要同期檢查繼電器同期參數的檢查，閉鎖非同期條件的同期命令。

泰蓄電站每臺機組GCB合閘控制回路配置的Woodward SPM-D10微機式同期裝置和檢同期裝置Woodward MFR11設置的參數如表1。

表1 同期參數設置表

3號、4號機組同期裝置的頻差范圍較1號、2號機組的頻差范圍設置的小，建議將3號、4號機組同期裝置的頻差范圍也調整為[-0.2Hz，0.2Hz]。

同期裝置設置最大相角差時是根據導前時間確定的，最大相角差的選擇根據公式δ=360×Δf×Tclose來確定，其中Δf是頻差，Tclose是導前時間，1號機組最大相角差為360×0.2×0.096=6.912，設置參數時要留有裕度，可設為10°。2號、3號、4號機組最大相角差為360×0.2×0.092=6.624，設置參數時要留有裕度，也可設為 10°。

在同期合閘中引入同期檢查繼電器，同期檢查繼電器的常閉接點引入同期合閘回路中，當待并側和系統側的電壓幅值、相位和頻率滿足檢同期裝置的預設值時，常閉接點接通，與同期裝置合閘輸出共同作為機組出口斷路器合閘令開出的必備條件，接通斷路器合閘回路，實現同期并網。為了保證同期裝置能在滿足預設值時第1次就合閘成功，同期檢查繼電器預設的參數值范圍應該大于同期裝置設置的參數范圍，按經驗一般取同期裝置設置的參數范圍的1.2～1.5倍。

以泰蓄電站機組自動準同期實際參數設置而言，1號機組、2號機組自動同期裝置參數為：最大頻差0.2Hz，最小頻差-0.2Hz，壓差4%，相角差10°和20°；3號機組、4號機組自動同期裝置參數為：最大頻差 0.18Hz，最小頻差 -0.1Hz，壓差 4%，相角差 10°。可以看出，4臺機組自動準同期參數設置是不一樣的。為維護方便，建議1～4號機組自動準同期參數統一設置為：最大頻差0.2Hz，最小頻差-0.2Hz，壓差4%，相角差10°。對于同期檢查繼電器而言，泰蓄的實際設置是，1～4號機組同期檢查繼電器參數均為：最大頻差0.15Hz，最小頻差-0.15Hz，壓差10%，相角差8°。可以看出，4臺機組同期檢查繼電器的頻差范圍、相角差均小于本機組自動準同期的相應參數，這樣的設置將會直接導致同期時間長、同期失敗機率高、背靠背成功率低的情況發生。以1號機為例，當待并兩側同期參數為：頻差0.17Hz、壓差4%、相角差8°時，同期檢查繼電器不滿足同期條件而其輸出接點不閉合，但此時自準同期符合同期條件可以發出同期并網脈沖。這樣就有一定概率在自準同期裝置發出GCB合閘脈沖時，但同期檢查繼電器檢查自己的同期條件未滿足而輸出接點未閉合的現象，導致同期并網時間延長甚至同期失敗，從而較低了BTB的成功率。建議4臺機組同期檢查繼電器參數設置應都大于自動準同期對應參數的20%～50%。針對泰蓄情況，建議同期檢查繼電器參數設置為：最大頻差設置范圍應為0.24～0.3Hz；最小頻差設置范圍應為-0.24～-0.3Hz；壓差設置范圍應為6%～10%；相角差設置范圍應25°～28°。

針對以上設置，建議適當降低同期裝置的頻率差、電壓幅值差和角度差的允許值并適當提高同期檢查繼電器的頻率差、電壓差和角度差的允許值，從而提高同期裝置與同期檢查繼電器的配合裕度。調整后的同期裝置和檢同期裝置的參數設置如表2。

表2 調整后同期參數設置表

3 結語

通過分析研究泰蓄機組同期系統的參數設置，找到了現有自動準同期裝置及同期檢查繼電器參數的不匹配問題，并對自動準同期裝置及同期檢查繼電器的參數給出了調整方案。