任鵬

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司發(fā)電廠，黑龍江 齊齊哈爾161005）

1 概 述

機(jī)組準(zhǔn)同期并網(wǎng)是發(fā)電廠一項(xiàng)頻繁的日常操作，并網(wǎng)瞬間往往伴隨著電流和功率的沖擊。隨著微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置問(wèn)世，它完全克服了模擬裝置的缺點(diǎn)，高精度計(jì)算頻差、電壓差、相位差，智能快速自動(dòng)調(diào)頻、調(diào)壓，以毫秒級(jí)的精度實(shí)現(xiàn)快速無(wú)沖擊合閘?；谝陨显颍C(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置已廣泛應(yīng)用于各個(gè)發(fā)電廠，但由于各種原因?qū)е卵b置參數(shù)整定不合理，會(huì)直接影響機(jī)組同期并列，嚴(yán)重時(shí)甚至造成機(jī)電設(shè)備損壞。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)有3個(gè)條件：發(fā)電機(jī)的頻率、電壓、相位必須與電網(wǎng)的頻率、電壓、相位保持一致，才能并網(wǎng)發(fā)電。

2 準(zhǔn)同期并網(wǎng)基本原理

2.1 概念

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)就是通過(guò)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)的合閘，把發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)聯(lián)接起來(lái),讓電能源源不斷地輸送出去。當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間，發(fā)電機(jī)的頻率、電壓、相位與電網(wǎng)的頻率、電壓、相位保持一致或在允許的范圍內(nèi)叫準(zhǔn)同期并網(wǎng)。

2.2 非同期并網(wǎng)危害

機(jī)組非同期并網(wǎng)瞬間的沖擊電流極高，對(duì)機(jī)組及電網(wǎng)的瞬間沖擊極大。非同期并網(wǎng)產(chǎn)生巨大的沖擊電流和電磁扭矩，發(fā)電機(jī)和所連接的設(shè)備將承受20～30倍額定電流作用下所產(chǎn)生的電動(dòng)力和發(fā)熱量，會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子線圈變形，扭彎、絕緣崩裂、線圈接頭處熔化等,嚴(yán)重時(shí)致使發(fā)電機(jī)損壞燒毀，端部變形；就電網(wǎng)來(lái)講，如果一臺(tái)大型機(jī)組發(fā)生非同期并網(wǎng)，則有可能使這臺(tái)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間產(chǎn)生功率振蕩，嚴(yán)重地?cái)_亂電網(wǎng)的正常運(yùn)行，甚至造成電網(wǎng)崩潰。

2.3 同期并網(wǎng)的三要素

影響同期三要素是電壓差、頻率差和相位差，理想的并列條件是以上三要素均為零，但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)。以下分別分析三要素不為零時(shí)的影響及參數(shù)整定注意事項(xiàng)。并列基本原則是并網(wǎng)沖擊小和暫態(tài)過(guò)程短。

2.3.1 電壓不等的情況

假設(shè)：UX≠UG，fx=fG，δe=0，則沖擊電流Iim

式中：UX為電網(wǎng)電壓；UG為機(jī)端電壓；fx為電網(wǎng)頻率；fG為機(jī)組頻率；δe為相位差。

當(dāng)UG＞UX時(shí)，Iim滯后UG90°，系統(tǒng)電壓對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生去磁作用，并列后立即帶無(wú)功負(fù)荷；當(dāng)UG＜UX時(shí)，Iim超前UG90°，系統(tǒng)電壓對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生助磁，并列后立即從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率。如果△U很大，則Im過(guò)大，因?yàn)榇螘簯B(tài)電抗Xd″很小，將會(huì)引起發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)熱，或定子繞組端部在電動(dòng)力的作用下受損。

2.3.2 頻率不等的情況

假設(shè)UX=UG，fX=fG，δe=0最大允許頻差△f：

式中：△tc，△tDL——自動(dòng)并列裝置、斷路器的動(dòng)作誤差時(shí)間。

發(fā)電機(jī)在頻率差較大的情況下并入系統(tǒng)，立即帶上較多正的（或負(fù)的）有功功率，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)（或加速）的力矩,將使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致失步，造成并列不成功。如果發(fā)電機(jī)頻率低于系統(tǒng)頻率，并列后發(fā)電機(jī)將會(huì)吸收電網(wǎng)有功，其逆功率對(duì)水輪機(jī)（或汽輪機(jī)）末級(jí)葉片造成損壞，嚴(yán)重時(shí)使汽輪機(jī)末級(jí)葉片疲勞端裂。

2.3.3 相位不一致的情況

假設(shè)UX＝UG，fX=fG，δe≠0則沖擊電流

當(dāng)δe=0時(shí)，△U=0，則Iim=0；當(dāng)δe=180°時(shí)，△U=2UG=2UX，則Iim最大；當(dāng)δe=360°時(shí)，△U=0，則Iim=0。如果δe=180°時(shí)，其有功分量電流在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生沖擊力矩，嚴(yán)重時(shí)損壞發(fā)電機(jī)。

3 工程上自動(dòng)準(zhǔn)同期參數(shù)的整定方法

在發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)在并入系統(tǒng)前與其他發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)是不同步的，存在著電壓差、頻差和相位差，通過(guò)微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的同步操作和調(diào)整，能夠?qū)l(fā)電機(jī)組安全、準(zhǔn)確、快速地并網(wǎng)，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和發(fā)電機(jī)組的安全。為使同期裝置動(dòng)作可靠需對(duì)以下3個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行整定。

3.1 壓差的整定

壓差閉鎖整定原則為并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流和電動(dòng)力不至于對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組（尤其是機(jī)械強(qiáng)度較弱的端部）造成危害為宜。工程上的經(jīng)驗(yàn)值將△U整定在額定電壓的4%~5%，沖擊電流的有效值可通過(guò)公式（1）得出，不超過(guò)可完全滿足要求。

3.2 頻差的整定

頻差的整定可參照工程計(jì)算值和機(jī)組調(diào)速器空載擺動(dòng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行。而工程上通過(guò)公式推導(dǎo)計(jì)算將△f整定在額定頻率的0.2%～0.5%。GB/T 9652.1-1997《水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件》4.4.1規(guī)定對(duì)大型調(diào)速器轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值不超±0.15%；對(duì)于中小型調(diào)速器不超過(guò)±0.25%。因此大中機(jī)組可將△f整定在0.2～0.3 Hz是比較合理的。

3.3 導(dǎo)前時(shí)間tδ整定（相位差整定）

工程上通過(guò)公式推導(dǎo)計(jì)算得到合閘相位δe不應(yīng)大于5°，由于斷路器動(dòng)作有一個(gè)固有的機(jī)械動(dòng)作過(guò)程，為了彌補(bǔ)這個(gè)過(guò)程造成的延時(shí)，同期裝置的合閘命令發(fā)出就要超前相同的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是導(dǎo)前時(shí)間，因此現(xiàn)場(chǎng)一般通過(guò)整定導(dǎo)前時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)相位差的整定。根據(jù)斷路器合閘時(shí)間特性，一般將油斷路器整定為300 ms，真空斷路器為100 ms?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置也可以通過(guò)斷路器輔助觸點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)合閘所用時(shí)間作為導(dǎo)前時(shí)間，由于導(dǎo)前時(shí)間以毫秒級(jí)計(jì)算，因此斷路器主觸頭與輔助觸點(diǎn)之間的同期性也應(yīng)考慮。所以，在安裝時(shí)，使用毫秒計(jì)和準(zhǔn)同期裝置本身分別測(cè)試一下斷路器的合閘時(shí)間，以上測(cè)試數(shù)據(jù)即可作為的整定值。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

尼爾基發(fā)電廠裝有單機(jī)容量為62.5 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電初期自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置△U、△f及tδ分別整定為4.8 V，0.32 Hz和200 ms，并網(wǎng)沖擊很大。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間，機(jī)組有功、無(wú)功功率表指針大范圍擺動(dòng)，在發(fā)電機(jī)層、母線層和中控室均會(huì)聽(tīng)到較大的沖擊合閘造成機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的聲響，機(jī)組瞬間振動(dòng)也相當(dāng)明顯，而且經(jīng)常導(dǎo)致發(fā)電廠220 kV失靈保護(hù)的過(guò)流繼電器也隨之啟動(dòng)。由于機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰，開(kāi)停機(jī)頻繁，經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，在停機(jī)檢修期間發(fā)現(xiàn)由于劇烈振動(dòng)造成機(jī)組出口母線與絕緣子螺栓松動(dòng)。

后來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)斷路器合閘所用時(shí)間為80 ms，于是將自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的修改為80 ms，修改為0.2 Hz，修改為3 V。參數(shù)修改后，機(jī)組并網(wǎng)沖擊明顯減小，功率表擺動(dòng)現(xiàn)象、斷路器合閘聲音及機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象基本消失，收到了很滿意的效果。

［1］電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編（第二版）［M］.北京：中國(guó)電力出版社.

［2］西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：水利電力出版社.

［3］電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社.

［4］微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社.