發電廠同期并網調試技術及典型問題分析

摘 要：發電機同期并網是發電廠的一項重大操作，它直接影響到系統運行的穩定性及發電機組的安全。同期系統調試就是保障發電機與電網能夠在電壓幅值差、頻率差、相角差滿足定值要求的范圍內并列，防止非同期并列現象導致發電機定子繞組及大軸受損。

關鍵詞：發電廠同期并網；定相；假同期；設計優化；參數優化

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：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

發電機準同期并列是指發電機在并列合閘前將勵磁系統投入，發電機機端建壓完成后，待并側電壓的頻率、功角、幅值分別和并列點處的系統側電壓的頻率、功角、幅值滿足整定值范圍時，將發電機斷路器合閘。對于大中容量的發電機的同期均采用準同期并列。準同期又分為手動準同期、自動準同期。手動準同期指發電機的頻率調整、電壓調整、并列合閘操作由運行人員手動進行，只是在控制回路中裝設了非同期合閘的閉鎖裝置，現已極少采用或僅作為備用。自動準同期指由同期裝置自動進行發電機的頻率調整、電壓調整、捕捉到同期點后自動合閘，目前機組并網均采用自動準同期方式。

1 同期調試過程

1.1 自動同期裝置單體試驗

（1）同期裝置上電及內部回路檢查。此階段主要進行程序與版本檢查、開關量輸入檢查、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、網絡通訊檢查、絕緣檢查等。

（2）同期裝置參數實測及定值校驗。需要檢測的參數有：允許頻差、允許壓差、均頻控制脈寬、均壓控制脈寬、允許功角、過壓保護值、同頻調頻脈寬、系統側電壓轉角、低壓閉鎖值、同頻鑒別閾值等。

（3）同期裝置邏輯功能驗證。如：單側無壓邏輯，雙側無壓邏輯，閉鎖邏輯，調壓邏輯，調頻邏輯。

1.2 定相試驗

發電機定相試驗就是要測定待并發電機相序與系統相序一致、相別吻合；手動同期裝置還可以測定發電機電壓的轉角變壓器的轉角性能，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角角度設置是否正確、可靠。

某發電廠電氣主接線如圖1所示，機組采用發電機——變壓器組擴大單元接線接入500kV母線，發電機裝設出口斷路器。廠用電源由主變倒送后經2臺高壓廠用變降壓供廠用母線。發電機正常投退由發電機出口斷路器同期。同時該電廠機組具備FCB功能，當發電機帶廠用電運行一段時間后，在滿足并網條件的情況下，發電機需與系統再次并網，這時同期點在主變高壓側220JA、230JA斷路器上。當同期并列點選擇在主變高壓側220JA、230JA時，各斷路器兩側同期電壓采用同步電壓切換裝置，按照近區優先原則來采集。在調試過程中應在電壓切換裝置前端輸入二次電壓，通過對現場斷路器與隔離刀閘的操作來進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側與待并側電壓，在500kV升壓站首次受電過程中，通過對同期開關合環，驗證電壓回路的正確性。防止切換后電壓在同期裝置接反，造成并網時調頻、調壓反方向操作。而同期點在發電機出口斷路器時，如需核相，有兩種方法：斷開主變高壓側刀閘，發電機帶主變進行零起升壓或解開發電機出口與封閉母線的軟連接，合上發電機出口斷路器，由系統對主變和發電機出口斷路器進行反送電核相。由于本機組正常啟動時，廠用電源由主變倒送后經2臺高壓廠用變降壓供廠用母線，故其在發電機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方法的一種假并網，假同期試驗方法具體操作為斷開并網開關靠系統一側刀閘，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側電壓引入同期裝置，然后調節勵磁電壓、汽輪機或燃機轉速，通過自動準同期裝置自動升壓（降壓）、加速（減速），當捕捉到同期合閘點時自動合上并網開關。利用自動準同期裝置進行假同期試驗的目的是測量從自動準同期裝置發出“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；同時檢查自動準同期裝置的工作性能，防止發電機在第一次接入系統的過程中出現異常。

自動準同期裝置假同期試驗步驟如下。

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

（2）與斷路器合閘相關的邏輯、聯鎖條件應滿足要求，采取防止斷路器合上后機組自動加載的措施。

（3）采用錄波儀器接入如下錄入量：

1）系統電壓和發電機電壓；

2）系統電壓和發電機電壓的包絡線；

3）待并斷路器的常開輔助觸頭；

4）自動準同期裝置的“合閘”命令脈沖。

（4）發電機開機后，解開合閘出口接線，人為使轉速和電壓偏離額定值，投入同期裝置，觀察在初設定的均頻和均壓控制系數下的并網速度，多次改變均頻和均壓控制系數，重復上述試驗，記錄測試結果，找出能快速促成頻率、電壓滿足并網條件的均頻和均壓控制系數值，并將其作為整定值。與此同時，觀察同步表轉向應正確，發出的調速、調壓脈沖亦應全部正確。

（5）恢復合閘出口接線，投入同期裝置，觀察自動準同期裝置工作正常，其發出合閘脈沖，“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，斷路器應在一次系統兩側相角差為0°的位置合上。如在非0°位置合閘，則應修改整定的導前時間（如圖2所示），并重復試驗步驟（5）～（6）。

（7）確認自動準同期裝置退出運行。

（8）斷開斷路器，拆除隔離開關輔助觸頭的短接線，恢復臨時拆除接線。

1.4 自動準同期并列

自動準同期裝置在經過假同期試驗之后，即可進行自動準同期并列，并網時要注意觀察在斷路器合閘瞬間發電機電流、功率應有指示，但不能出現沖擊。同時觀察并網時的波形，以表明發電機已以自動準同期方式平穩地接入系統帶初負荷。

2 同期調試過程典型問題分析

2.1 同期電壓的選擇

某調試機組發電機采用中性點經配電變壓器的接地系統，發電機出口斷路器同期電壓采用開關兩側電壓互感器相電壓。因為相電壓與三相的絕緣及對地電容量有很大的關系，正常時發電機三相對地電容量相差不大，中性點電壓為零，發電機三相相電壓相等，若某一相絕緣低時，則發電機的中性點電壓會發生漂移，三相相電壓會不同，但線電壓保持不變。如果在發電機側采用相電壓作為同期電壓，在發電機同期時會引起很大的沖擊。因此此處發電機的同期電壓應選用線電壓。

2.2 增加同期檢查繼電器

某調試機組自動準同期回路在設計時未設計獨立的同期檢查繼電器。但按照規定：微機自動準同期裝置應安裝獨立的同期鑒定閉鎖繼電器。為防止因自動準同期裝置內部軟件出錯，誤發合閘指令造成發電機非同期合閘，后續對該同期回路進行了改造。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 自動準同期裝置參數優化

在500kV開關站220JA、230JA同期并網過程中曾出現較大功率波動問題，經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，裝置先進行并網類型自動識別。裝置進行同頻/差頻識別需數秒時間，判斷過程如下。

1）若滿足以下條件中任意一條，則判斷為差頻并網模式。

a.系統側和待并側頻差>同頻閾值；b.系統側和待并側相角差>90°。

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

當選擇在220JA或230JA同期并網時，由于機組處于孤島運行，其頻率往往穩定在系統頻率上。為避免這種“假同頻”狀態，裝置在此期間會對機組實施加速控制使發電機脫離這種狀態。此時采用“同頻/差頻”定值會導致并網過程緩慢，同時由于采用光纖遠傳傳輸指令，加速指令路徑相對較長，造成指令堆積，導致在合閘指令發出至斷路器合閘這段時間汽輪機調速系統仍在執行加速指令。

（2）根據儀控專業反饋：從汽機控制系統發出汽輪機轉速命令至汽輪機本體轉速達到設定值約需4s，500kV同期裝置調速信號周期為1s，為躲過汽輪機調速響應時間，后將同期裝置調速周期調整為6s。考慮到本核電機組為半速機，額定轉速為1500轉，同時將“同頻調頻脈寬”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為“同頻/差頻”模式，當機組通過主變高壓側開關并網時更改為“差頻”模式。在整定同期裝置定值過程中往往需要各專業相互配合，在參數實測的基礎上反復調整定值，才能保證機組同期并網最優化。

參考文獻：

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[3] 孫浩波.大型發電機組同期回路的設計及防止非同期、誤上電事故的應用分析 [J].電力系統保護與控制，2010，38（7）：109-111+131.

[4] SID-2FY同期裝置技術說明書.

作者簡介：王洪猛（1986.04-），男，漢族，四川雅安人，工程師，畢業于四川理工學院，本科，主要研究方向：發電廠電氣分系統及機組整套啟動調試與項目管理。