小型水电站扩容增效技改中同期点和同期方式选择

余建军

（四川水利职业技术学院双合教学科研电厂，都江堰 611830）

随着小型水电站扩容增效技改工作的推进以及计算机在小型水电站的运用逐步推广，许多原来常规监控的水电站将进行计算机监控改造。同期系统是水电站一个重要的二次系统。同期操作是水电站日常运行中每次开机并网都要遇到的基本操作。同期点选择是否正确，同期方式选择是否正确，同期系统接线是否正确，这些都是小型水电站扩容增效技改工程及新建工程中必须认真考虑的问题。

1 同期点的选择

同期点选择原则：某台断路器断开后，断开点两侧可能出现三相交流电压，且两侧电压有可能不满足同期条件，则该断路器必须选作同期点，该断路器合闸必须进行同期操作。

同期点选择原则不论是对常规监控还是微机监控的电站均适用。只不过微机监控方式中检查同期条件、调节、发合作命令均由微机来完成罢了。对小型水电站扩容增效技改采用微机监控的电站，只要电气主接线未改变，则同期点选择一般与原常规监控时相同。

2 同期方式选择

2.1 自动准同期方式

在常规监控方式时，水电站一般采用自动自同期和自动准同期方式，并且还要装设一套手动准同期并列装置。在微机监控方式时，现在一般微机监控设备生产厂家均已经将发电机、变压器、输电线路等 （主设备）的保护监控和自动准同期并列装置集成在主设备同一个监控单元之中。从目前使用情况来看不论是检测频差压差、调节频率、电压和越前时间发合闸命令、还是捕捉合闸时刻一般情况均较好，合闸时刻冲击电流能达到非常理想的工况，整个同期并列过程时间也很短。故微机监控改造时首选自动准同期并列装置。小型水电站可优先选用保护监控同期集成单元方式以简化接线减少成本。

2.2 自动自同期并列方式

对小型发电机来说，当采用微机监控并配套采用了集成或非集成的自动准同期装置时已经能够满足全部正常情况时的并列要求，没有必要再装设自动自同期并列装置。自同期方式并列主要特点是将未加励磁的发电机由水轮机带动到接近额定转速时先合上断路器再迅速合上灭磁开关，由于合断路器前未加励磁机端无电压，故断路器合闸时刻不会产生大于机端三相出口短路的短路电流，而我国电机制造标准规定发电机能够承担三相出口短路电流的冲击，故一般的设计手册和教科书都把此作为水轮发电机组自动自同期并列可行性的依据。加上并列时无需检查压差、频差、相位差而并列过程就非常快尤其适用于系统事故情况下的并列的优点而加以介绍和推广。确实在水电站常规控制方式下许多电站都设计了自动自同期并列装置。但自同期并列在每次并列时都将产生冲击，尽管每次冲击都小于三相出口短路电流，但是长期、多次的冲击引起的振动对机组是非常不利的，尤其对绕组端接部位，引出线、以及与之连接的电力电缆、电流互感器、断路器及连接母线都可能造成损失。而实际使用情况是一般数千千瓦的小电站几乎都是装设了自动自同期并列装置而很少使用，绝大部分电站是根本没有使用。原因如下，一是自同期并列每次有冲击电流对设备不利，尤其是小电站发电机制造厂家众多，小厂产品质量良莠不齐，特别是机组抵御大干扰抗御冲击的能力很难保证；二是小电站机组容量小，在系统重要程度低，当系统故障频率电压大幅度波动时，小机组勉强并上去也左右不了系统电压频率而无济于事，还徒劳的使自己电站的机组和设备受一次冲击；勉强并上去后还可能招来一次系统解列突然甩负荷引起电站其他部分故障；三是即使并上去了，电站也多发不了多少电；目前系统对小水电站并无可靠性考核指标，系统故障时电站快速并入电价也不会因此而高一点反而是拿自己的设备去冒险。所以在系统故障频率大幅度波动时，小电站一般都选取自保的办法，主动与系统解列等待，待系统稳定后再并入运行。更何况系统在故障时往往主动把小电站甩掉，任你怎么电话联系都置之不理。如此自同期并列技术上优势不突出反而增加风险，经济上无效益反而增加冒险。所以小电站从技术上和安全上说都没有必要设计这种装置。

2.3 手动准同期并列装置

是否选用手动准同期并列装置是业界颇有争议的问题。

主张小型水电站不需装设手动准同期并列装置的人多数为微机监控生产厂家的设计人员。他们认为同步发电机并列已经采用了自动准同步并列装置，这几年微机监控装置生产水平、元器件和整机装置的性能、可靠性、抗干扰能力已大大提高；而且自动准同期并列装置现场使用已经非常方便，使用效果也非常好，完全没有必要再去装设一套手动准同期并列装置。

主张装设一套手动准同期并列装置的人多数为电站方面的主管技术方面的同志。这些同志从电站生产实际出发，特别是见识过早期微机监控改造电站的运行情况的同志。他们认为自动准同期并列装置发展到现在确实性能优良、效果不错，但是整个微机监控装置到目前还远未达到令人 “非常满意”的程度，尤其是运行可靠性、抗干扰能力还有待大大提高。在这种情况下万一微机监控装置故障或者受到强干扰而不能正常工作，只能靠手动准同期并列装置来执行并列操作任务。事实证明这几年进行了微机监控改造的小电站几乎都不同程度的受到监控装置可靠性的困扰，即使监控装置本身没有故障而目前微机监控的通讯系统这一薄弱环节极大影响整个微机监控系统，也包括影响自动准同期系统的正常运行。这些电站在微机监控系统因故不能工作时，往往靠手动开机、手动合灭磁开关、手动准同期并列保证电站在危急情况下能够开机发电泄水，保证厂用电供电，解决抢提泄洪闸门、调速器油泵、技术供水泵以及集水井排水泵应急供电的问题。尽管这种事件发生机率较小，但每年一个电站总要碰到一至二次。那怕遇到一次这样的事件，处理不好造成的损失不可估量。因此目前技术情况下小电站微机监控改造宜采用一套手动准同期并列装置作为自动准同期并列装置的后备，何况此套装置花钱也不多。

是否设置手动准同期并列装置不能简单而论，以目前微机监控装置的运行情况而言以装设手动准同期并列装置为宜。小型水电站运行中不能预料但又经常发生还可能造成重大损失的是满负荷运行时系统因故而突然全甩负荷。这种情况下很容易造成小电站发电机出口断路器跳闸、灭磁开关跳闸、机组过速紧急事故停机、落压力前池闸门。随之厂用电中断，全厂停止运行。此时应采用一切办法迅速开启一台机、合灭磁开关、起励建压、合发电机断路器送厂用电、提泄洪闸门。这种事故全年均可发生但雷雨季节较为频繁，往往同时伴随雷雨、洪水，对小电站安全运行威胁极大。大雷雨时微机监控装置受到的威胁也很大，往往在这时也很难保证正常运行，甚至自身难保。这时一套手动准同期并列装置往往会发挥很大作用，即使利用其解除非同期闭锁的合闸功能能将发电机断路器合闸也可解救燃眉之急。正是有这一优势，电站的同志一般会坚持要求配置手动准同期并列装置。

但是必须看到，这种配置方式仅仅是目前阶段微机监控装置的可靠性不够高的暂时过渡办法，从长远看早迟会取消微机监控配置手动准同期装置的办法。从另一角度看，是一种现代化装置加原始手动方式作最后保险的所谓 “中国式的现代化”的缩影。当小型水电站单机容量较小时往往电气主接线较为简单而仅在发电机出口设一套电压互感器，保护、测量、控制公用。当微机监控装置 （含自动准同期并列）与手动准同期并列同用一组电压信号源而电压互感器回路故障时，监控装置不能正常工作，手动准同期装置也不起作用。而两套同期装置同取一个信号时连接线路增加，电缆转接较多，引入附加干扰的可能性增加对微机监控极为不利。采用手动准同期并列装置后必然要使用一个手动、自动切换开关，更使接线复杂化，并且设备布置位置都较紧张。

原来手动准同期同期系统一般采用b相接地方式，而微机监控装置一般为避免干扰而采用对称性较好的中性点接地方式，这时手动准同期系统只能服从微机监控装置要求而改动接线了。为防止手动准同期接线引入干扰，宜采用分散同期方式，即每一个同期点设置一套手动准同期并列装置，取消原所有同期小母线、取消所有同期点的同期开关。可采用用单相组合式同期表并配非同期闭锁手动合闸的手动同期方式。目前有一种电子式非同期闭锁装置，体积小安装方便，当待合闸断路器两侧有电压时自动检测是否满足同期电压、频率、相位条件，不满足同期条件时自动闭锁；当检测到母线侧无电压时自动解除非同期闭锁，不需再加非同期闭锁 “投入”和 “解除”手动开关，使用起来较方便。笔者建议，将此非同期闭锁装置集成到微机监控保护单元模块中去，只需检测待合闸断路器母线侧无压一个条件，再加一个小小的手动合闸按纽即可满足上述小电站应急合闸要求，这样就可不再配置手动准同期装置了，整个系统接线可大大简化，干扰也大大减少，可靠性会更高。

3 结语

只要我们搞清同期系统中同期点选择的基本原理，搞清常规监控方式下同期方式及同期系统接线的基本方法，搞清计算机监控方式下同期系统及其接线的基本特点，结合每一座小型水电站的在系统中的地位及特点，从融会贯通到古为今用再到推陈出新，就一定能做好小型水电站扩容增效技改工作的计算机监控改造中的同期系统设计工作。