沈曉暉

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

0 引言

某核電廠每臺機組的發(fā)電機—主變壓器均采用單元制接線，經(jīng)由發(fā)電機、離相封閉母線、發(fā)電機出口斷路器、離相封閉母線、主變壓器、引至500 kV 聯(lián)合升壓站。發(fā)電機通過20 kV 發(fā)電機出口斷路器，由同期裝置與電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)。如果發(fā)電機出口斷路器已合上，即由發(fā)電機帶廠用電負(fù)荷運行，此時可以使發(fā)電機通過500 kV 斷路器并網(wǎng)。

1 概述

準(zhǔn)同期裝置是用于實現(xiàn)同期并網(wǎng)的重要自動設(shè)備，包括自動和手動兩種同期方式。其控制原理如圖1 所示。

圖1 發(fā)電機同期并網(wǎng)系統(tǒng)控制原理

自動準(zhǔn)同期裝置是一套完整的自動調(diào)節(jié)和控制裝置，該廠采用深圳市國立智能電力科技有限公司生產(chǎn)的SID-2CM 型微機同期裝置。該裝置通過比較采集到的待并側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的電壓和頻率，經(jīng)軟件邏輯運算后，向自動電壓調(diào)節(jié)器AVR 和汽機調(diào)速系統(tǒng)DEH 發(fā)出增速、減速、升壓、降壓的調(diào)節(jié)信號，自動實現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)頻，直至兩側(cè)電壓參數(shù)符合同期條件時，自動判斷合閘時機、發(fā)出合閘命令，接通斷路器的合閘回路，實現(xiàn)發(fā)電機的同期并網(wǎng)。

手動準(zhǔn)同期裝置作為自動準(zhǔn)同期裝置的備用，是把電壓表、頻率表、同步表(采用MZ-10 機械指針式)和全部操作開關(guān)如升、降壓、增、減速開關(guān)、同期點斷路器控制開關(guān)等匯集在主控室盤臺上，運行人員根據(jù)電壓、頻率、同步表的讀數(shù)，調(diào)整待并系統(tǒng)的電壓和頻率，人工判斷合閘時機，操作斷路器控制開關(guān)使同步點斷路器合閘。

2 系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

該系統(tǒng)雖運行較為穩(wěn)定，但是依然面臨諸多問題，例如：該廠同期系統(tǒng)各元器件已經(jīng)接近壽期，SID-2CM 型同期裝置2014 年已經(jīng)停產(chǎn)，備件采購難以得到保障。再如：隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)對同期系統(tǒng)的要求也日益苛刻，而SID-2CM 型同期裝置技術(shù)相對落后，難以滿足當(dāng)今電網(wǎng)對同期系統(tǒng)信息智能化的要求。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 587—2006《微機繼電保護裝置運行管理規(guī)程》的規(guī)定：微機型繼電保護裝置的運行年限為12 ～15 年。而深圳國立智能廠家驗收技術(shù)報告中，提出的使用年限為15 年?？梢奡ID-2CM 型同期裝置已接近其壽期末，隨著時間的推移，潛在的運行風(fēng)險加大。

同期系統(tǒng)的健康水平將直接影響機組同期操作和電力系統(tǒng)運行的安全性。機組發(fā)生非同期并網(wǎng)時，在斷路器合閘瞬間會產(chǎn)生巨大的沖擊電流,這種沖擊的累積將會給發(fā)電機、變壓器及系統(tǒng)造成致命的傷害，嚴(yán)重時會使待并發(fā)電機繞組變形、絕緣崩裂、軸系扭振，甚至將繞組燒毀，造成機組或系統(tǒng)的事故，安全隱患較大[1-3]。

因此，該廠制定了改造計劃，對同期裝置進(jìn)行升級改造，來提高系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性，確保機組的安全、穩(wěn)定運行。

3 發(fā)電機同期系統(tǒng)行業(yè)動態(tài)

3.1 國外品牌同期系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用情況

就國外品牌而言，ABB，SIEMENS 等品牌在國內(nèi)的石化行業(yè)還有少量的應(yīng)用，在火電、核電、水電等領(lǐng)域已基本上找不到國外品牌的應(yīng)用業(yè)績。

3.2 國內(nèi)品牌同期系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用情況

相對于國際品牌，國內(nèi)品牌及生產(chǎn)廠家隨著市場環(huán)境的變化而更新?lián)Q代速度很快，且大多的應(yīng)用集中在中小容量水電、火電機組，累計工程項目數(shù)量較大。近年來，隨著自身的技術(shù)升級及項目設(shè)備國產(chǎn)化要求的提高，在300 MW，600 MW 乃至1 000 MW 等級水電/火電機組也有運行良好的示范項目，其中，典型的企業(yè)是深圳國立智能。在國內(nèi)機組容量在600 MW 及以上的市場占有率達(dá)到80 %，核電市場占有率更是高達(dá)90 %。經(jīng)過了解，其主要的優(yōu)勢如下。

(1) 產(chǎn)品質(zhì)量可靠，公司成立于1987 年，30年來公司只做相位角度控制技術(shù)方面的研發(fā)，在國內(nèi)市場保持著發(fā)電機并網(wǎng)“零”事故率的表現(xiàn)。

(2) 技術(shù)功能先進(jìn)，可以根據(jù)模擬量的變化對并網(wǎng)性質(zhì)進(jìn)行在線自動識別。

(3) 控制理論領(lǐng)先，產(chǎn)品采用模糊控制方式，對機組的頻率進(jìn)行周期動態(tài)可變方式調(diào)節(jié)，避免發(fā)電機轉(zhuǎn)速出現(xiàn)過調(diào)現(xiàn)象，也是國內(nèi)唯一擁有該項控制技術(shù)的廠家。南瑞繼保的同期產(chǎn)品在國內(nèi)發(fā)電市場的應(yīng)用相對較少。

3.3 潛在品牌同期系統(tǒng)比較

綜合上述同期品牌的技術(shù)水平和應(yīng)用情況，將重點主要集中在ABB，SIEMENS、深圳國立智能、南瑞繼保4 個品牌上，圍繞這4 個品牌的同期產(chǎn)品開展具體調(diào)研。根據(jù)國內(nèi)外同期品牌在我國電力行業(yè)應(yīng)用的實際情況，制成各主要潛在供貨品牌綜合信息統(tǒng)計表（見表1）。

表1 潛在品牌的總體比較

4 同期裝置的選擇和設(shè)計

4.1 選擇方案

考慮到原同期裝置運行穩(wěn)定，系統(tǒng)總體狀況良好，且深圳國立智能的SID-2 微機同期裝置在國內(nèi)外都占有很大的市場份額，其技術(shù)、原理、性能指標(biāo)都十分可靠。核電大機組相關(guān)應(yīng)用統(tǒng)計見表2。

表2 核電大機組相關(guān)應(yīng)用統(tǒng)計

從以上統(tǒng)計來看，SID-2FY 最新型同期裝置作為SID-2CM 型同期裝置的替代型產(chǎn)品已經(jīng)是近幾年電力市場應(yīng)用的主流型號，未來在故障分析、經(jīng)驗反饋、故障處理的借鑒以及備件通用性等方面都有比較好的市場保障。

綜上所述，考慮核電市場占有率、品牌知名度、電廠認(rèn)可度、各設(shè)備制造商的綜合能力等因素，結(jié)合該廠同期變更項目的實際技術(shù)及項目施工要求，深圳國立智能在技術(shù)水平、市場應(yīng)用、品牌認(rèn)知、核電項目經(jīng)驗、產(chǎn)品質(zhì)量、項目適應(yīng)性等方面較為突出。經(jīng)過調(diào)研，決定采用深圳國立智能生產(chǎn)的SID-2FY 智能復(fù)用型同期裝置。

4.2 方案評估

該廠原使用的深圳市國立智能SID-2CM 與其最新一代產(chǎn)品SID-2FY 的比較如表3 所示。

表3 SID-2CM 與SID2FY 的比較

從表3 中可以看出，SID-2FY 裝置不僅滿足原有現(xiàn)場要求，而且擁有更加優(yōu)越的穩(wěn)定性，智能化程度更高，能實現(xiàn)更加簡單的運行控制和維護功能。而且深圳國立智能公司已經(jīng)有大量在其他電廠對SID-2CM 裝置改造為SID-2FY 的經(jīng)驗，采用原廠家的SID-2FY 型同期裝置進(jìn)行改造，改造施工僅涉及同期操作盤柜及同期繼電器屏的內(nèi)部接線部分，同期系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接線改動很小，改造后的調(diào)試工作及風(fēng)險相對較低。

綜合而言，本次改造項目選用深圳市國立智能SID-2FY 同期裝置可提供相應(yīng)滿足現(xiàn)場安裝條件限制，且滿足系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及電網(wǎng)要求，具有較好的適應(yīng)性，被認(rèn)為是符合本次改造項目要求的最合適的同期系統(tǒng)。

4.3 系統(tǒng)設(shè)計和基本要求

為保持同期裝置具備原有功能，保證回路與外部接口變化不大的原則，改造采用原廠升級。同期裝置的配置如下。

(1) 自動準(zhǔn)同期裝置雙重化配置。對于核電大容量發(fā)電機組，可靠性要求極高，不容許因任何原因?qū)е聶C組并網(wǎng)失敗或損壞發(fā)電機。原采用的一套自動同期設(shè)計已不符合主流設(shè)計模式，因此本次改造每臺機組均按照兩套自動同期一用一備方式進(jìn)行設(shè)計，2 套自動準(zhǔn)同期裝置互為備用，實現(xiàn)了同期裝置的雙重化，當(dāng)工作套同期裝置失效后，通過工作/備用轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至備用套同期裝置進(jìn)行同期并網(wǎng)，避免了因同期裝置故障而導(dǎo)致機組并網(wǎng)失敗的風(fēng)險，大大提高了同期并網(wǎng)的可靠性。

(2) 每臺機組有三個同期點，分別是發(fā)電機出口斷路器和主變高壓側(cè)兩個斷路器，同期裝置應(yīng)保證同一時間只有一個同期點。

(3) 安裝獨立的同期鑒定閉鎖繼電器。為了防止兩個系統(tǒng)相角差較大時非同期合閘產(chǎn)生危害性沖擊電流，在同期合閘控制回路中設(shè)有同期鑒定繼電器，即檢角度繼電器，將其接點串在同期合閘回路中，檢測兩側(cè)相角差在不大于20°時允許同期裝置的合閘命令通過，使同期鑒定繼電器與微機自動準(zhǔn)同期裝置和手動同期操作相互閉鎖，從而極大地提高了同期操作回路的可靠性。

(4) 同期裝置投入按主控室發(fā)出的“同期投入”命令通過擴展繼電器執(zhí)行，“停止同期”可以通過同期裝置屏配置的時間延時斷開準(zhǔn)同期回路，或者同期屏上緊急操作實現(xiàn)；同期裝置的工作電源、PT 信號、合閘回路均由選擇重動繼電器接點進(jìn)行投切。PT 信號的引入要求通過隔離變壓器，當(dāng)雙側(cè)有電時，才允許啟動DEH的調(diào)速回路。合閘回路、調(diào)速、調(diào)壓控制信號通過擴展繼電器輸出，采用快速繼電器。

(5) 自動準(zhǔn)同期裝置對發(fā)電機的電壓和頻率同時進(jìn)行控制，若同期電壓和頻率在整定范圍內(nèi)，便給出一個合閘信號，當(dāng)檢測到合閘成功后，閉鎖同期裝置。

(6) 每次并網(wǎng)時，都自動測量和顯示“斷路器操作回路實際合閘時間”，作為是否需要修改原來設(shè)置的“斷路器導(dǎo)前時間”整定值的依據(jù)。

5 結(jié)束語

介紹了核電廠同期并網(wǎng)系統(tǒng)的基本配置和工作原理，進(jìn)行市場調(diào)研和現(xiàn)狀分析，對比了不同品牌同期裝置的優(yōu)缺點。結(jié)合升級改造工作，闡述了同期裝置的選型和同期回路設(shè)計方案，確保改造后的同期系統(tǒng)在保障機組準(zhǔn)確、快速、可靠并網(wǎng)發(fā)揮更大作用，為電廠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益；同時，為其他電廠同期裝置的選型、改造提供了技術(shù)參考。