許 濤，宋明亮，于中舒

(江蘇國(guó)信溧陽(yáng)抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇溧陽(yáng)213334)

0 引 言

抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用等任務(wù)，機(jī)組啟停十分頻繁，經(jīng)常需要把發(fā)電機(jī)并聯(lián)投入電力系統(tǒng)運(yùn)行。因此，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)成為抽水蓄能電站的一項(xiàng)重大操作，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定及發(fā)電機(jī)的安全。研究分析發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)情況，對(duì)提高機(jī)組并網(wǎng)的成功率，縮減機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間和提高電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文深入檢查分析了溧陽(yáng)抽水蓄能電站發(fā)生的同期合閘失敗情況，并進(jìn)行了技術(shù)改造，效果明顯。

1 發(fā)電機(jī)同期基本方式

實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的方式有2種：一種是準(zhǔn)同期方式，另一種是自同期方式。準(zhǔn)同期方式是將待并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)升至額定轉(zhuǎn)速和額定電壓，滿(mǎn)足準(zhǔn)同期條件后，操作同期點(diǎn)斷路器合閘，使發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。準(zhǔn)同期方式有4個(gè)條件[1]：①發(fā)電機(jī)電壓相序與系統(tǒng)電壓相序相同；②發(fā)電機(jī)電壓與并列點(diǎn)系統(tǒng)電壓相等；③發(fā)電機(jī)的頻率與系統(tǒng)的頻率基本相等；④合閘瞬間發(fā)電機(jī)電壓相位與系統(tǒng)電壓相位相同。自同期方式是將發(fā)電機(jī)升速至額定轉(zhuǎn)速后，在未加勵(lì)磁的情況下合閘，將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，隨即供給勵(lì)磁電流，由系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)拉入同步。自同期方式由于合閘及投入勵(lì)磁時(shí)均有較大的電流沖擊，故很少采用。目前，發(fā)電機(jī)的主要并網(wǎng)方式為準(zhǔn)同期方式。

2 裝置概況

溧陽(yáng)抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)并網(wǎng)采用準(zhǔn)同期方式，由SJ-12D雙微機(jī)手自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，正常使用自動(dòng)準(zhǔn)同期方式，同期點(diǎn)設(shè)置在機(jī)組出口斷路器。同期裝置參數(shù)設(shè)置如下：頻差要求在±0.15 Hz之間，壓差要求在±5 V之間，相位差要求小于20°。

2.1 自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置

SJ-12D雙微機(jī)手自動(dòng)同期裝置采用頻率跟蹤交流采樣技術(shù)，不斷監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的電壓、頻率，并根據(jù)頻差、壓差大小發(fā)出寬窄不同的調(diào)節(jié)脈沖，直到頻差、壓差滿(mǎn)足要求。在頻差、壓差滿(mǎn)足要求的情況下，不斷監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的相位差，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)斷路器的合閘時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)快速無(wú)沖擊合閘[2]。同期裝置原理見(jiàn)圖1。

圖1 同期裝置原理

機(jī)組發(fā)電工況啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)機(jī)端電壓大于90%額定電壓時(shí)，繼電器1KS6、1KS7、1KS9、1KS10動(dòng)作，啟動(dòng)同期裝置，同期裝置選擇發(fā)電模式，并投入發(fā)電工況PT和機(jī)組出口PT，此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)接受準(zhǔn)同期裝置的機(jī)端電壓增減命令，調(diào)速器接受準(zhǔn)同期裝置的轉(zhuǎn)速增減命令，當(dāng)頻差、壓差和相位差滿(mǎn)足同期并列條件后，同期裝置發(fā)出同期合閘命令，繼電器1KS20動(dòng)作開(kāi)出機(jī)組出口斷路器合閘命令。

機(jī)組抽水工況啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)機(jī)端電壓大于90%額定電壓時(shí)，繼電器1KS6、1KS8、1KS9動(dòng)作，啟動(dòng)同期裝置，同期裝置投入抽水工況PT和機(jī)組出口PT，此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)接受準(zhǔn)同期裝置的機(jī)端電壓增減命令，SFC裝置接受準(zhǔn)同期裝置的轉(zhuǎn)速增減命令，當(dāng)頻差、壓差和相位差滿(mǎn)足同期并列條件后，同期裝置發(fā)出同期合閘命令，繼電器1KS20動(dòng)作開(kāi)出機(jī)組出口斷路器合閘命令。

2.2 同步檢查繼電器

機(jī)組同期裝置設(shè)計(jì)時(shí)，為避免人為或同期裝置原因?qū)е路峭诓⒘?，造成發(fā)電機(jī)損壞甚至電網(wǎng)崩潰的事故，在準(zhǔn)同期裝置出口回路加裝了獨(dú)立的同步檢查繼電器，以進(jìn)一步提高同期并列的可靠性。

溧陽(yáng)抽水蓄能電站初期采用的是DT-1/200型同步檢查繼電器。該繼電器的2組線(xiàn)圈分別接在運(yùn)轉(zhuǎn)和起動(dòng)同步電壓小母線(xiàn)上，當(dāng)起動(dòng)同步電壓小母線(xiàn)上出現(xiàn)電壓時(shí)，同步檢查繼電器即可工作。如果同步點(diǎn)兩側(cè)電壓相角差大于同步檢查繼電器整定角度時(shí)，繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)TJJ打開(kāi)，斷開(kāi)合閘脈沖回路，斷路器就無(wú)法合閘。只有當(dāng)相角差小于整定角度時(shí)，常閉觸點(diǎn)才會(huì)閉合，允許發(fā)出合閘脈沖。這樣就防止了非同期合閘，起到了閉鎖作用。

3 同期故障分析及處理

3.1 同步檢查繼電器故障

2號(hào)機(jī)組抽水調(diào)相工況啟動(dòng)過(guò)程中，同期裝置正常啟動(dòng)并下發(fā)機(jī)組出口斷路器同期合閘命令，但機(jī)組出口斷路器實(shí)際并未動(dòng)作，監(jiān)控由于沒(méi)有收到斷路器合位信號(hào)，于是判斷同期合閘失敗。經(jīng)延時(shí)后，監(jiān)控再次啟動(dòng)同期裝置，第2次同期合閘命令下發(fā)后，機(jī)組出口斷路器合閘成功。

現(xiàn)場(chǎng)查看2號(hào)機(jī)組同期裝置顯示屏歷史信息發(fā)現(xiàn)，2號(hào)機(jī)組第1次同期合閘時(shí)同期裝置確已發(fā)出同期合閘命令。從圖1中的機(jī)組斷路器同期合閘回路可以看出，繼電器1KS20沒(méi)有勵(lì)磁，原因在于TJJ觸點(diǎn)未閉合，同步檢查繼電器閉鎖了同期合閘回路。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)同步檢查繼電器進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，同步檢查繼電器相位差定值設(shè)置偏小。同時(shí)，根據(jù)機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行以來(lái)的情況看，DT-1/200型同步檢查繼電器存在以下問(wèn)題：①定值設(shè)置準(zhǔn)確度低，容易出現(xiàn)誤差；②動(dòng)作誤差大(≥6%)；③觸點(diǎn)容易卡死，閉合不可靠。這些問(wèn)題造成同步檢查繼電器容易誤閉鎖同期合閘回路，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中已出現(xiàn)多次誤閉鎖的情況。為解決該問(wèn)題，提高同期合閘的成功率，已將全廠6臺(tái)機(jī)組的同步檢查繼電器更換為DSLD1130數(shù)字式同步檢查繼電器，該類(lèi)型繼電器具有定值設(shè)置準(zhǔn)確度高、動(dòng)作誤差小等優(yōu)點(diǎn)，在保證安全可靠動(dòng)作的同時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)誤閉鎖的情況。

3.2 水頭傳感器測(cè)量故障

4號(hào)機(jī)組發(fā)電工況啟動(dòng)過(guò)程中，出現(xiàn)2次同期合閘均失敗的情況。系統(tǒng)及機(jī)組頻率曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，系統(tǒng)頻率為49.97 Hz，機(jī)組頻率最大值為49.60 Hz，頻差大于0.15 Hz，不滿(mǎn)足同期合閘條件。

從上述現(xiàn)象可以看出，調(diào)速器未能將機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到額定轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)調(diào)速器微機(jī)調(diào)節(jié)器及液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。后查看機(jī)組水頭和導(dǎo)葉開(kāi)度，導(dǎo)葉開(kāi)度曲線(xiàn)見(jiàn)圖3，機(jī)組水頭曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。從圖3、4可知，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，水頭測(cè)值偏高(比正常值高10 m左右)，相對(duì)應(yīng)的調(diào)速器導(dǎo)葉空載開(kāi)度降至約15.5%(正常的調(diào)速器導(dǎo)葉空載開(kāi)度約17%)。受導(dǎo)葉空載開(kāi)度限制，調(diào)速器未能將機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至額定轉(zhuǎn)速。

調(diào)速器水頭信號(hào)來(lái)自機(jī)組凈水頭壓差傳感器，測(cè)壓管取自機(jī)組蝸殼和尾水管。由于機(jī)組啟停和工況轉(zhuǎn)換頻繁，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后水頭傳感器測(cè)壓管容易進(jìn)氣，造成機(jī)組水頭測(cè)值偏高。對(duì)于水頭傳感器測(cè)值偏高的問(wèn)題，采用了對(duì)傳感器進(jìn)行排氣的處理方法，排氣后水頭傳感器測(cè)值恢復(fù)正常。

圖2 系統(tǒng)及機(jī)組頻率

圖3 導(dǎo)葉開(kāi)度

圖4 機(jī)組水頭

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)同期合閘失敗的情況，溧陽(yáng)抽水蓄能電站將同步檢查繼電器更換為DSLD1130數(shù)字式同步檢查繼電器，并對(duì)機(jī)組水頭傳感器定期檢查排氣。截至目前，溧陽(yáng)抽水蓄能電站沒(méi)有再出現(xiàn)類(lèi)似的同期合閘失敗案例，機(jī)組同期合閘成功率顯著提高。