330 MW机组非同期并网原因分析及解决方案

杨朝蓬

(大唐略阳发电有限责任公司，陕西 汉中 724300)

0 引言

某公司6号330 MW机组为单台建设机组，工程预留二期1台330 MW级火电机组及1条330 kV出线的场地。为节省造价，原工程采用过渡接线方式，电气主接线采用发电机-变压器组-线路单元接线方式接入330 kV系统，如图1虚线框内所示。2014年2期工程开工后对原有330 kV变电站进行扩建改造，新增1个母联间隔，2个PT间隔，1个主变间隔，1个启动/备用间隔，1个出线间隔，并补齐前期出线间隔和主变进线间隔的刀闸。最终接线方式为双母运行方式，如图1所示。改造完成后，发现6号机组在每次同期并网时都会引起330 kV母线电压及频率的波动，尤其是在2016年的2次并网过程中均产生了较大的冲击电流。

1 同期装置工作原理

图1 改造后接线方式

该公司6号机组采用自动准同期并网方式，同期装置选用南京东大金智电气自动化有限公司生产的MFC2061微机自动准同期装置。该装置采用高性能双微机(双CPU)结构，双机间互相独立，合闸结果由双机表决输出。该装置采用现代控制理论，快速跟踪电压和频率，调节待并发电机组，同期速度快、精度高。软件采用多重冗余设计，加上全面的自检措施，具有极高的可靠性和稳定性。

6号发电机原同期装置工作原理如图2所示。发电机机端电压经6号主变升压，再通过3306开关送电至330 kV母线系统。发电机与系统并网由自动同期装置完成。同期电压取高压侧330 kV线路PT开口三角形L730-Sa730电压(100 V)引至同期装置作为系统电压。取机端二次电压A6223-C6223(100 V)引至同期装置作为发电机电压。扩建改造后，机端电压保持不变，高压侧同期电压取自330 kV母线PT切换后的开口三角形L730-Sa730电压(6号机组在I母并网时取I母电压，在II母并网时取II母电压)。机组正常运行时，机端电压A6223-C6223和系统电压L730-Sa730幅值和相位相同，相位差为0。当发电机定速后，起励至额定机端电压，投入同期装置，此时同期装置自动调节压差、频差、相位差，使发电机机端电压与系统电压以一定的差频周期旋转。当同期装置检测到系统电压与机端电压同时满足压差、频差、相位差并网条件时，同期装置以整定的导前时间发出同期合闸指令，合上3306开关，6号机组与系统同期并网。

2 并网时出现较大冲击电流的原因分析

6号机组停机期间，组织专业人员对引发同期并网时出现较大冲击电流的各种因素和环节进行逐项分析和排查。

(1) 检查故障录波动作情况发现，发变组、线路故障录波装置均有录波记录，录波报文为电流突变量启动录波，三相电流幅值大幅增加，330 kV母线电压幅值降低，且有畸变。检查分布式控制系统(distributed control system，DCS)运行监控记录，发现发电机励磁电流、无功功率、有功功率在机组并网瞬间均有较大增幅。

(2) 检查同期装置定值及性能。检查同期装置定值如下：允许频差为±0.2 Hz，允许压差上限为0、下限为-11 V，导前角20°，导前时间160 ms，均符合要求。核查新更换的同期装置送检试验报告，压差闭锁、频差闭锁、角差闭锁动作值符合整定值要求。调频、调压性能完好，同步指示、同期合闸脉冲正确动作，未发现异常。

图2 同期装置二次电压回路原理

(3) 在6号机组停机前对同期装置上电检查，发现装置测量机端电压与系统的幅值、频率均相同，但相位相差66°。正常情况下机组并网后机端电压与系统电压相位应保持一致或有很小的测量误差，而此时有66°的相位差，说明电压二次回路存在接线错误，使得测量值与实际值不符，导致机组在并网时与系统实际有60°的相位差，造成非同期并网。停机后对二次回路检查发现，现场实际是将L730-Sb730接入了同期装置(见图3虚线框内)，而图纸要求将L730-Sa730电压引入同期装置(见图3)。

电压回路向量如图4所示。从图4可知，机端A6223-C6223电压与高压侧开口三角形L730-Sb730电压有60°的相位差，机端电压超前高压侧电压60°。也就是说，当同期装置认为机端电压与系统电压达到同步时，实际上主变高压侧一次电压与330 kV母线一次电压之间是有60°相位差的。当装置发出合闸命令后，发电机与系统非同期并网，因此会产生较大的冲击电流。

图3 PT二次接线

3 解决方案

此接线错误为扩建改造时施工单位未按图施工造成的。由于330 kV母线仍在运行中，PT二次回路带电改线安全风险较大，因此需设法在发电机侧对二次回路进行修改以满足同期需要。

由图4可知，同期点两侧电压有以下2种选取方式：

(1) 当机端电压取UAC时，330 kV电压取母线PT开口三角形a相电压；

(2) 当机端电压取UBC时，330 kV电压取母线PT取开口三角形a，b相电压矢量和(L730-Sb730电压)。

以上2种接线方式引入同期装置的电压均大小相等、方向相同，满足同期要求。故现场选用第2种方式对二次回路进行改造，在同期柜内将机端电压A6223-C6223改为B6223，C6223接线方式。回路改造后，60°的测量误差消除，重新开机后机组并网一次成功，并网时电流正常，系统无波动。运行中检查机端电压与系统电压幅值、频率均正常一致，相位相差为6°(属正常PT制造误差及同期装置采样误差)。

图4 电压回路向量

4 结束语

非同期并列的机组在合闸时会产生巨大的冲击电流，对发电机和变压器及系统造成严重冲击；严重时会使待并发电机绕组变形、绝缘崩裂，甚至将定子绕组烧毁。即使当时没有造成损坏，也会给设备埋下隐患。该公司在发现6号机组并网过程中冲击电流异常增大后，立即组织人员进行了原因分析和故障排查，最终找到了导致机组非同期并网的原因并制定了解决方案，进行了整改。此次故障的分析查找过程对同类问题的排查具有一定的借鉴作用。同时，此次故障也进一步提醒广大继电保护工作人员，在新建工程调试期间和二次回路改造工作结束后，一定要仔细检查二次回路，确保图实相符；要按规定进行发电机电压与系统电压之间的核相试验并不得有漏项，确保包括同期电压在内的二次电压接线正确，杜绝类似事件的发生。

1 卓乐友，叶念国，翁乐阳，等.微机型自动准同步装置的设计和应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

2 周吉安.酒泉风电集中并网对电网安全稳定的影响[J].电力安全技术，2011，13(6)：1-4.

3 袁志刚，何享鸿，李湘琪.一起小型水电站非同期并网事故的分析及处理[J].湖南水利水电，2007，12(6)：59-60.