0 引言

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)無(wú)疑是發(fā)電廠的一項(xiàng)事關(guān)重大的操作，它直接涉及到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定及發(fā)電機(jī)組的安全。

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式分為準(zhǔn)同期并列和自同期并列。準(zhǔn)同期并列是指發(fā)電機(jī)在并列合閘前已投入勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓的頻率、相位、大小分別和并列點(diǎn)處的系統(tǒng)側(cè)電壓的頻率、相位、大小接近相同時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘。自同期是先將未勵(lì)磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，然后給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，利用原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、同步轉(zhuǎn)矩把發(fā)電機(jī)拖入同步。自同期并列過(guò)程短，操作簡(jiǎn)單，但是由于自同期并列時(shí)，發(fā)電機(jī)未經(jīng)勵(lì)磁，需要從系統(tǒng)中吸收很大的無(wú)功電流而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低，同時(shí)合閘時(shí)的沖擊電流較大，所以自同期方式僅在系統(tǒng)中的小容量發(fā)電機(jī)上采用。對(duì)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(dòng)準(zhǔn)同期、自動(dòng)準(zhǔn)同期，手動(dòng)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(dòng)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（同期閉鎖繼電器），用以防止由于運(yùn)行人員誤發(fā)合閘脈沖造成的非同期合閘。自動(dòng)準(zhǔn)同期指由同期裝置自動(dòng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、并列合閘。

《火力發(fā)電廠、變電站二次接線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)程》中規(guī)定發(fā)電廠的單元控制室每臺(tái)機(jī)組宜設(shè)一套自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置；同時(shí)，也可設(shè)一套帶有閉鎖的手動(dòng)同步裝置。

手動(dòng)同步時(shí)，沒(méi)有自動(dòng)選擇時(shí)機(jī)的功能，當(dāng)頻差很大時(shí)由TJJ閉鎖繼電器觸點(diǎn)提供的合閘回路的接通時(shí)間非常短，合閘時(shí)機(jī)很難把握，所以對(duì)操作人員的要求較高，經(jīng)常出現(xiàn)操作人員多次合閘不成功的事件。因此，閉鎖繼電器必須有一定的角度（一般設(shè)±20°的角差）保證手動(dòng)合閘有一定的時(shí)間。同時(shí)合閘時(shí)機(jī)隨意性大。當(dāng)頻差很小時(shí)，只要操作人員合閘瞬間在同期閉鎖裝置的允許范圍之內(nèi)，斷路器就能合閘。但斷路器由于有機(jī)械和電氣傳動(dòng)延時(shí)和斷路器的固有合閘時(shí)間，很可能斷路器在合閘時(shí)實(shí)際上已經(jīng)不在并列操作的允許范圍之內(nèi)，從而造成非同期合閘，對(duì)斷路器、發(fā)電機(jī)以及電系統(tǒng)造成沖擊。因此，對(duì)大容量機(jī)組一般設(shè)計(jì)只選用自動(dòng)準(zhǔn)同期。

1 非同期并網(wǎng)的原因分析及預(yù)防

自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的采用，極大地提高了發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的自動(dòng)化水平和并網(wǎng)的質(zhì)量，但如果設(shè)計(jì)不合理或設(shè)備選型不當(dāng)，很有可能引發(fā)發(fā)電機(jī)非同期事故，而發(fā)電機(jī)的非同期并網(wǎng)不僅會(huì)引起發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子過(guò)電流損壞發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子，而且會(huì)造成發(fā)電機(jī)組軸系產(chǎn)生扭曲事故，現(xiàn)在的自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置本身早已采用微機(jī)化，在調(diào)壓、調(diào)頻功能和頻差、壓差、相角差的判斷已實(shí)現(xiàn)的非常準(zhǔn)確，而且應(yīng)用的已非常成熟。以下就如何優(yōu)化同期回路的設(shè)計(jì)以有效防止非同期事故的發(fā)生進(jìn)行一些分析，以供設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)單位借鑒。

1.1 同期電壓的選擇

兩側(cè)同期電壓選用線(xiàn)電壓以防止并網(wǎng)時(shí)電壓差引起的并網(wǎng)沖擊。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)一般都采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，因此在發(fā)電機(jī)側(cè)的同期電壓應(yīng)選用線(xiàn)電壓，因?yàn)橄嚯妷号c三相的絕緣及對(duì)地電容量有很大的關(guān)系，正常時(shí)發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容量相差不大，中性點(diǎn)電壓為零，發(fā)電機(jī)三相相電壓相等，如某一相絕緣低時(shí)，發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)電壓會(huì)發(fā)生漂移，三相相電壓不同，但線(xiàn)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(shí)會(huì)引起很大的沖擊。

1.2 防止同期裝置兩側(cè)電壓接錯(cuò)相引起的非同期合閘

一般自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘回路典型設(shè)計(jì)（如圖1：不正確的同期回路），同期裝置的電壓取自并列開(kāi)關(guān)兩側(cè)的PT的二次電壓回路，如果在檢修中誤將二次電壓接錯(cuò)，必然引起二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)相差一定的角度，從而引起發(fā)電機(jī)非同期事故。為此，在合閘回路中應(yīng)串入同期閉鎖繼電器，并且將該繼電器的電壓與同期裝置的電壓選用不同的 PT（如圖 2：優(yōu)化后的同期回路），這樣任一個(gè)電壓回路接錯(cuò)線(xiàn)，同期裝置與閉鎖繼電器出現(xiàn)不同步，發(fā)電機(jī)就不能并網(wǎng)，就可以避免由于電壓回路接線(xiàn)錯(cuò)誤引起的非同期合閘。

1.3 及時(shí)進(jìn)行同期回路核相試驗(yàn)

同期回路在機(jī)組投產(chǎn)時(shí)或電壓回路有變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行同期回路的核相工作，以防止非同期事故的發(fā)生。核相的原理是在同期的兩個(gè) PT一次側(cè)加相同的電壓，確定同期 PT二次電壓進(jìn)入同期裝置和同期閉鎖繼電器的相位關(guān)系正確性。

1.4 發(fā)電機(jī)同期并列點(diǎn)的選擇

如果柴油發(fā)電機(jī)出口有斷路器并且變壓器高壓側(cè)也有斷路器，發(fā)電機(jī)的同期并列點(diǎn)最好選在變壓器高壓側(cè)，這樣，即使發(fā)生了非同期，非同期電流為兩側(cè)電壓差與發(fā)電機(jī)、變壓器、系統(tǒng)阻抗三者之和的比值，短路電流小很多，對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器的沖擊、損壞程度相應(yīng)的也輕微。如同期點(diǎn)選擇在發(fā)電機(jī)出口斷路器處，發(fā)生非同期時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)的沖擊電流為兩側(cè)電壓差與發(fā)電機(jī)阻抗的比值，對(duì)變壓器的沖擊電流為兩側(cè)電壓差與變壓器、系統(tǒng)阻抗二者之和的比值。

大型機(jī)組升壓站一般以3/2接線(xiàn)為主的機(jī)組，如果同期電壓選擇在主變高壓側(cè)，在發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)前，同期開(kāi)關(guān)在合環(huán)時(shí)，可以很方便地檢查發(fā)電機(jī)同期開(kāi)關(guān)兩側(cè)二次電壓回路接線(xiàn)的正確性。而同期點(diǎn)在發(fā)電機(jī)出口斷路器時(shí)，由于并網(wǎng)前兩側(cè)的一次電壓相角差本身隨著兩側(cè)的頻差而脈動(dòng)變化，難以對(duì)兩側(cè)二次電壓回路進(jìn)行核相。同期點(diǎn)在發(fā)電機(jī)出口斷路器處時(shí)，如需核相，有兩種方法：斷開(kāi)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(kāi)發(fā)電機(jī)出口與封閉母線(xiàn)的軟連接，合上發(fā)電機(jī)出口斷路器，由系統(tǒng)對(duì)主變和發(fā)電機(jī)出口斷路器進(jìn)行反送電以進(jìn)行核相。而這兩種核相操作都比較復(fù)雜。

1.5 其他防止非同期事故的措施

為防止跳閘位置繼電器線(xiàn)圈短路后引起開(kāi)關(guān)非同期合閘，開(kāi)關(guān)合閘回路中的跳閘位置繼電器應(yīng)予以取消。為了避免在機(jī)組檢修時(shí)發(fā)生誤上電事故，在合閘回路中串入一合閘壓板，該合閘壓板在同期裝置檢修時(shí)退出，防止誤合開(kāi)關(guān)。為了防止開(kāi)關(guān)非同期合閘，應(yīng)將開(kāi)關(guān)的同期合閘回路與DCS、ECS、就在合閘回路分開(kāi)，在這些回路中應(yīng)串有合閘壓板，在同期合閘過(guò)程中，為防止非同期事故發(fā)生，應(yīng)退出這些回路中合閘壓板只投入同期合閘壓板。

2 非同期合閘和誤啟動(dòng)后的保護(hù)配置

為了防止發(fā)電機(jī)非同期合閘或誤啟動(dòng)對(duì)機(jī)組的損壞，應(yīng)配置有完善的發(fā)電機(jī)突加電壓保護(hù)和斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)，以盡快切除故障，將對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的損害降到最小。

 

2.1 發(fā)電機(jī)的突加電壓保護(hù)

發(fā)電機(jī)突加電壓分以下兩種情況。

(1) 發(fā)電機(jī)在盤(pán)車(chē)、轉(zhuǎn)子靜止或在啟動(dòng)過(guò)程中，突然并入電網(wǎng)的突加電壓。

發(fā)電機(jī)在盤(pán)車(chē)或轉(zhuǎn)子靜止過(guò)程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加上三相電壓，其電抗xd＂在啟動(dòng)過(guò)程中基本不變。計(jì)及升壓變壓器的電抗xt和系統(tǒng)聯(lián)接電抗xs，并且在xs較小時(shí)，流過(guò)發(fā)電機(jī)定子繞組的電流可達(dá)3～4倍額定值。定子電流所建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生差頻電流（頻率在變），如果不及時(shí)切除電源，流過(guò)電流的持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的熱效應(yīng)將超過(guò)允許值，引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱而遭到損壞。此外，突然加速還可能因潤(rùn)滑油壓低而使軸瓦遭受損壞。

發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，有了一定的轉(zhuǎn)速或在額定轉(zhuǎn)速下升壓過(guò)程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加上三相電壓，此時(shí)流過(guò)發(fā)電機(jī)定子繞組的電流會(huì)相應(yīng)的減小。

以上情況的發(fā)電機(jī)突加電壓特點(diǎn)是發(fā)電機(jī)未給電壓或電壓低，采用電流型突加電壓保護(hù)。為了提高保護(hù)的靈敏度，增加一個(gè)低電壓判據(jù)，低電壓值取 80%額定電壓，當(dāng)發(fā)電機(jī)升壓至 80%額定電壓時(shí)，可認(rèn)為發(fā)電機(jī)即將并網(wǎng)，此時(shí)電流型突加電壓保護(hù)退出，而自動(dòng)投入阻抗型突加電壓保護(hù)。

(2) 發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)前或解列后，此時(shí)斷路器在分閘狀態(tài)，勵(lì)磁開(kāi)關(guān)在合閘狀態(tài)，機(jī)端電壓超過(guò)80%額定電壓值，由于某種原因非同期合閘的突加電壓。這種情況采用阻抗型突加電壓保護(hù)，阻抗元件按在正常同期并網(wǎng)瞬間躲過(guò) 30%額定負(fù)荷對(duì)應(yīng)的阻抗整定。因此，誤上電保護(hù)的動(dòng)作邏輯如圖3。

誤上電保護(hù)在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后自動(dòng)退出運(yùn)行，解列后自動(dòng)投入運(yùn)行。但為了防止保護(hù)在并網(wǎng)后可能的誤動(dòng)，在并網(wǎng)后退出該保護(hù)壓板，在解列前投入該壓板。

2.2 發(fā)電機(jī)斷路器的斷口閃絡(luò)保護(hù)

接在220 kV及以上電壓系統(tǒng)中的大型發(fā)電機(jī)－變壓器組，在進(jìn)行并列過(guò)程中，斷路器合閘之前，作用于斷口上的電壓，隨待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)待效電源電動(dòng)勢(shì)之間角度差的變化而不斷變化，當(dāng)角度差為 180°時(shí)，其值最大，為兩者電動(dòng)勢(shì)之和。當(dāng)兩電動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，則有兩倍的運(yùn)行電壓作用于斷口上，有時(shí)要造成斷口閃絡(luò)事故。發(fā)電機(jī)剛退出運(yùn)行之后也可能發(fā)生此事故。

斷口閃絡(luò)給斷路器本身造成損壞，并且可能由此引起事故擴(kuò)大，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，此外，閃絡(luò)一般是一相或兩相閃絡(luò)，一是要產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩作用于發(fā)電機(jī)上，二是要產(chǎn)生負(fù)序電流，在轉(zhuǎn)子上引起附加損耗，威脅發(fā)電機(jī)的安全。為盡快排除斷口閃絡(luò)故障，在大機(jī)組上可裝設(shè)斷口閃絡(luò)保護(hù)。

為了防止非同期合閘后開(kāi)關(guān)發(fā)生多次重合閘，同期合閘繼電器應(yīng)采用快速返回的繼電器，確保合閘脈沖只能合閘一次，同時(shí)在同期開(kāi)關(guān)合閘回路必須具備開(kāi)關(guān)防跳躍功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

同期裝置是發(fā)電廠的重要自動(dòng)裝置，其直接影響著發(fā)電機(jī)的安全與壽命，這種沖擊的累積將會(huì)給發(fā)電機(jī)造成致命的傷害。因此必須重視發(fā)電機(jī)同期回路的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，確保不發(fā)生非同期事故。同時(shí)必須重視發(fā)電機(jī)非同期保護(hù)，以將損失降到最小。