水電機(jī)組手動(dòng)準(zhǔn)同期回路優(yōu)化探討

中國水利水電第十六工程局有限公司 陳劍青

眾所周知，發(fā)電機(jī)并列是發(fā)電站日常運(yùn)行、機(jī)組啟動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程的一項(xiàng)重要步驟，其同期操作過程的可靠性、平穩(wěn)性和安全性，考驗(yàn)了機(jī)組設(shè)備的性能和操作人員的水平。下面結(jié)合水電機(jī)組并網(wǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，分析探討非同期合閘可能導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，重點(diǎn)介紹同期回路優(yōu)化方案，提出防范非同期合閘的具體措施,以提高發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)手動(dòng)準(zhǔn)同期回路工作的可靠性、平穩(wěn)性及安全性。首先簡(jiǎn)單談?wù)劮峭诓⒘械奈：Γ峭诓⒘胁僮鲿?huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，對(duì)機(jī)組和系統(tǒng)不利，因此須采取有效措施加以規(guī)避[1-2]。

下面通過一個(gè)案例介紹手動(dòng)準(zhǔn)同期回路的優(yōu)化改進(jìn)過程，分析探討該優(yōu)化方案的合理性及必要性，以避免可能發(fā)生的非同期誤合閘操作，化解潛在的安全事故隱患風(fēng)險(xiǎn)：國外某水電站安裝有兩臺(tái)單機(jī)容量150MW 的水輪發(fā)電機(jī)組，該水電機(jī)組的同期裝置采用自動(dòng)準(zhǔn)同期為主、手動(dòng)準(zhǔn)同期為輔的工作方式[3]。其手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置布置在地面控制室模擬屏上，手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置包括：PT 隔離變壓器3GB和4GB、整步表（M2）、同步檢查繼電器（TJJ2)、同期選擇開（K2-SYN)、合閘選擇開關(guān)（K2-CE）、無壓選擇開關(guān)（K2-NV）、GCB 合閘開關(guān)（K2-CL）、勵(lì)磁增減開關(guān)（K2-V0）及調(diào)速器增減開關(guān)（K2-SP）等。

1 手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置正常運(yùn)行操作方法與回路分析

機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同期的必要條件：機(jī)組正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)是采用自動(dòng)準(zhǔn)同期并列方式的。自動(dòng)準(zhǔn)同期并列時(shí)須全部滿足以下前提條件才能操作同期點(diǎn)斷路器合閘、完成并網(wǎng)操作：待并發(fā)電機(jī)組的電壓相序與電力系統(tǒng)的電壓相序要相同；待并發(fā)電機(jī)組的電壓值與電力系統(tǒng)的電壓值相等，電壓差通常不要超5V；待并發(fā)電機(jī)組的頻率與電力系統(tǒng)的頻率要基本相等，頻差通常不超0.2Hz；合閘瞬間發(fā)電機(jī)組的電壓相位與電力系統(tǒng)的電壓相位要相同，相位角差通常不超10度[4-5]。

手動(dòng)準(zhǔn)同期回路：因該國電力系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓、頻率不穩(wěn)定，自動(dòng)同期裝置時(shí)常無法完成斷路器同期合閘，容易造成并網(wǎng)失敗，為此需手動(dòng)同期合閘并列，作為實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)的補(bǔ)充手段。

手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置正常運(yùn)行操作方法：首先將無壓選擇開關(guān)（K2-NV）切至有壓選擇位置；投同期選擇開關(guān)（K2-SYN）；此時(shí)將分別投入系統(tǒng)電壓小母線，機(jī)端電壓小母線，整步表（M2），同步檢查繼電器（TJJ2）；操作K2-V0進(jìn)行增勵(lì)磁↑或減勵(lì)磁↓調(diào)節(jié)；觀察整步表（M2）的電壓差；操作K2-SP 進(jìn)行增速↑或減速↓調(diào)節(jié)；觀察整步表（M2）的頻率差以及相角差指示；條件滿足時(shí)將合閘選擇開關(guān)（K2-CE）解鎖并投入；在條件滿足時(shí)刻合機(jī)組的GCB 合閘開關(guān)（K2-CL）；機(jī)組的GCB合閘成功。

手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置正常操作存在的缺陷分析。上述手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，該手動(dòng)準(zhǔn)同期合閘控制回路存在嚴(yán)重缺陷，一旦操作錯(cuò)誤將會(huì)造成斷路器（GCB）的非同期合閘，引發(fā)嚴(yán)重的后果，可能造成設(shè)備及人身事故：手動(dòng)準(zhǔn)同期合閘控制回路中沒有串接同期選擇開關(guān)（K2-SYN）的常開閉鎖接點(diǎn)。在誤操作合閘選擇（K2-SYN）并合閘時(shí)將會(huì)造成非同期合閘事故；準(zhǔn)同期合閘控制回路中串接了同步檢查繼電器（TJJ2）的常閉接點(diǎn)，會(huì)存在一些問題，若PT 沒有切入或斷線時(shí)、或當(dāng)同步檢查繼電器（TJJ2）的線圈斷線時(shí)，該常閉接點(diǎn)就起不到閉鎖的作用，因此只要操作合閘選擇（K2-SYN）并同時(shí)合閘，同樣會(huì)造成非同期合閘事故；手動(dòng)準(zhǔn)同期合閘控制的回路中的無壓選擇（K2-NV）過于簡(jiǎn)單，完全依靠操作人員的個(gè)人主觀意識(shí)來決定或判斷是否無壓，安全可靠性不高。若當(dāng)系統(tǒng)側(cè)有壓時(shí)，誤操作投入了無壓選擇開關(guān)（K2-NV），此時(shí)一旦操作了合閘選擇（K2-SYN）并合閘，同樣會(huì)造成非同期合閘事故。

2 手動(dòng)準(zhǔn)同期控制回路的優(yōu)化改造說明

手動(dòng)同期合閘線路優(yōu)化分析與改造。根據(jù)以上分析可以判定，該電廠手動(dòng)準(zhǔn)同期控制回路存在重大的安全事故隱患，必須優(yōu)化改造。

圖1 改造后的同期原理圖

圖2 改造后的同期合閘控制回路圖

在手動(dòng)準(zhǔn)同期合閘控制回路中串接同期選擇開關(guān)（K2-SYN）的常開閉鎖接點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是操作人員如忘記投入手動(dòng)同期選擇開關(guān)（K2-SYN）而進(jìn)行手動(dòng)同期操作，則控制回路會(huì)因常開接點(diǎn)的閉鎖而使合閘回路未接通，從而使機(jī)組的GCB 無法合閘，可避免非同期合閘事故發(fā)生。

國內(nèi)設(shè)計(jì)單位在選用國內(nèi)同步檢查繼電器（TJJ2）時(shí)，通常會(huì)采用同步檢查繼電器的常閉接點(diǎn)作為控制回路的閉鎖條件，也因此易造成非預(yù)期非同期并列的可能。所以為安全起見現(xiàn)場(chǎng)更換了同步檢查繼電器（TJJ2），采用DEIF 的Check Synchroscope Type CSQ-3同步檢查繼電器，利用其常開接點(diǎn)用于閉鎖合閘回路。這樣替換的優(yōu)點(diǎn)是，在PT 沒有切入或斷線時(shí)，或即使CSQ-3的電壓輸入回路損壞時(shí)，因?yàn)槭浅ｉ_接點(diǎn)閉鎖控制回路，使得機(jī)組的GCB 無法合閘，從而避免非同期合閘事故發(fā)生。

由于CSQ-3繼電器具有系統(tǒng)～機(jī)端電壓差整定和系統(tǒng)～機(jī)端相位角差整定的功能，因此將電壓差整定為5V，相位角差整定為10度，這樣就增加了手動(dòng)準(zhǔn)同期的穩(wěn)定性和可靠性，可進(jìn)一步避免非同期合閘事故發(fā)生的可能。

在系統(tǒng)電壓小母線上固定并接一只低電壓繼電器（＊JY)用于檢查系統(tǒng)側(cè)是否有壓，并采用其常開接點(diǎn)用于閉鎖無壓合閘。優(yōu)點(diǎn)是即使錯(cuò)誤合閘無壓選擇開關(guān)（K2-W)，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)有壓時(shí)控制回路被閉鎖使得機(jī)組的GCB 無法合閘，從而可避免非同期合閘斷路器造成對(duì)機(jī)組的沖擊事故，此時(shí)若要合閘機(jī)組的GCB 開關(guān)須經(jīng)過CSQ-3繼電器支路，通過手動(dòng)同期方式操作機(jī)組的GCB 合閘，如此可避免非同期合閘事故的發(fā)生。

該水電站另一臺(tái)機(jī)組的手動(dòng)準(zhǔn)同期控制回路也參照做了同樣的優(yōu)化改造，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組經(jīng)兩年多時(shí)間的多次運(yùn)行操作，驗(yàn)證了改造后的手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置具有更高的可靠性、平穩(wěn)性和安全性，有效減少了發(fā)電機(jī)組非同期并列操作事故發(fā)生的可能、減少了對(duì)機(jī)組和系統(tǒng)可能造成的沖擊損害。對(duì)同期回路的優(yōu)化改進(jìn)，也可進(jìn)一步提高試驗(yàn)人員及相關(guān)技術(shù)人員對(duì)手動(dòng)同期裝置原理的認(rèn)識(shí)，為今后同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作的開展提供借鑒，為調(diào)試及運(yùn)行人員分析此類問題提供思路參考[6]。