发电厂同期并网调试技术及典型问题分析

摘 要：发电机同期并网是发电厂的一项重大操作，它直接影响到系统运行的稳定性及发电机组的安全。同期系统调试就是保障发电机与电网能够在电压幅值差、频率差、相角差满足定值要求的范围内并列，防止非同期并列现象导致发电机定子绕组及大轴受损。

关键词：发电厂同期并网；定相；假同期；设计优化；参数优化

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）04-0035-03

Power plant Synchronization Grid-connected Debugging Technology and

Typical Problems Analysis

WANG Hongmeng

（Guangzhou Yueneng Power Technology Development Co.，Ltd.，Guangzhou 510080，China）

Abstract：Generator synchronization is an important operation of power plant，which directly affects the stability of system operation and the Safety of generating units. Synchronization system debugging is to ensure that generators and power grids can be juxtaposed within the range of voltage amplitude difference，frequency difference and phase angle difference to meet the fixed value requirements，and to prevent the occurrence of non-synchronous juxtaposition phenomenon leading to damage of generator stator windings and large axles.

Keywords：power plant synchronization；phase fixing；false synchronization；design optimization；parameter optimization

0 引 言

发电机准同期并列是指发电机在并列合闸前将励磁系统投入，发电机机端建压完成后，待并侧电压的频率、功角、幅值分别和并列点处的系统侧电压的频率、功角、幅值满足整定值范围时，将发电机断路器合闸。对于大中容量的发电机的同期均采用准同期并列。准同期又分为手动准同期、自动准同期。手动准同期指发电机的频率调整、电压调整、并列合闸操作由运行人员手动进行，只是在控制回路中装设了非同期合闸的闭锁装置，现已极少采用或仅作为备用。自动准同期指由同期装置自动进行发电机的频率调整、电压调整、捕捉到同期点后自动合闸，目前机组并网均采用自动准同期方式。

1 同期调试过程

1.1 自动同期装置单体试验

（1）同期装置上电及内部回路检查。此阶段主要进行程序与版本检查、开关量输入检查、开出回路检查、模拟量输入检查、装置故障报警检查、GPS对时检查、网络通讯检查、绝缘检查等。

（2）同期装置参数实测及定值校验。需要检测的参数有：允许频差、允许压差、均频控制脉宽、均压控制脉宽、允许功角、过压保护值、同频调频脉宽、系统侧电压转角、低压闭锁值、同频鉴别阈值等。

（3）同期装置逻辑功能验证。如：单侧无压逻辑，双侧无压逻辑，闭锁逻辑，调压逻辑，调频逻辑。

1.2 定相试验

发电机定相试验就是要测定待并发电机相序与系统相序一致、相别吻合；手动同期装置还可以测定发电机电压的转角变压器的转角性能，并与主变压器的接线组别相匹配。自动同期装置则可校验装置转角角度设置是否正确、可靠。

某发电厂电气主接线如图1所示，机组采用发电机——变压器组扩大单元接线接入500kV母线，发电机装设出口断路器。厂用电源由主变倒送后经2台高压厂用变降压供厂用母线。发电机正常投退由发电机出口断路器同期。同时该电厂机组具备FCB功能，当发电机带厂用电运行一段时间后，在满足并网条件的情况下，发电机需与系统再次并网，这时同期点在主变高压侧220JA、230JA断路器上。当同期并列点选择在主变高压侧220JA、230JA时，各断路器两侧同期电压采用同步电压切换装置，按照近区优先原则来采集。在调试过程中应在电压切换装置前端输入二次电压，通过对现场断路器与隔离刀闸的操作来进行电压切换装置逻辑及回路校验，按实际情况确定输入同期装置的各并列点系统侧与待并侧电压，在500kV升压站首次受电过程中，通过对同期开关合环，验证电压回路的正确性。防止切换后电压在同期装置接反，造成并网时调频、调压反方向操作。而同期点在发电机出口断路器时，如需核相，有两种方法：断开主变高压侧刀闸，发电机带主变进行零起升压或解开发电机出口与封闭母线的软连接，合上发电机出口断路器，由系统对主变和发电机出口断路器进行反送电核相。由于本机组正常启动时，厂用电源由主变倒送后经2台高压厂用变降压供厂用母线，故其在发电机出口断路器核相方案宜选择后者。

1.3 假同期试验

假同期，是一种模拟正常并网方法的一種假并网，假同期试验方法具体操作为断开并网开关靠系统一侧刀闸，并拉掉该刀闸控制电源，防止误合闸，同时将切换电压即系统侧电压引入同期装置，然后调节励磁电压、汽轮机或燃机转速，通过自动准同期装置自动升压（降压）、加速（减速），当捕捉到同期合闸点时自动合上并网开关。利用自动准同期装置进行假同期试验的目的是测量从自动准同期装置发出“合闸”命令的提前时间是否和出口断路器的合闸时间相一致；同时检查自动准同期装置的工作性能，防止发电机在第一次接入系统的过程中出现异常。

自动准同期装置假同期试验步骤如下。

（1）确认待并断路器及其隔离开关在分闸位置，拉开隔离开关的交直流操作控制电源小开关（防止隔离开关误动）。

（2）与断路器合闸相关的逻辑、联锁条件应满足要求，采取防止断路器合上后机组自动加载的措施。

（3）采用录波仪器接入如下录入量：

1）系统电压和发电机电压；

2）系统电压和发电机电压的包络线；

3）待并断路器的常开辅助触头；

4）自动准同期装置的“合闸”命令脉冲。

（4）发电机开机后，解开合闸出口接线，人为使转速和电压偏离额定值，投入同期装置，观察在初设定的均频和均压控制系数下的并网速度，多次改变均频和均压控制系数，重复上述试验，记录测试结果，找出能快速促成频率、电压满足并网条件的均频和均压控制系数值，并将其作为整定值。与此同时，观察同步表转向应正确，发出的调速、调压脉冲亦应全部正确。

（5）恢复合闸出口接线，投入同期装置，观察自动准同期装置工作正常，其发出合闸脉冲，“合闸”指示灯亮，待并断路器合闸成功。

（6）采用录波仪观察和录取波形。从所录波形观察，断路器应在一次系统两侧相角差为0°的位置合上。如在非0°位置合闸，则应修改整定的导前时间（如图2所示），并重复试验步骤（5）～（6）。

（7）确认自动准同期装置退出运行。

（8）断開断路器，拆除隔离开关辅助触头的短接线，恢复临时拆除接线。

1.4 自动准同期并列

自动准同期装置在经过假同期试验之后，即可进行自动准同期并列，并网时要注意观察在断路器合闸瞬间发电机电流、功率应有指示，但不能出现冲击。同时观察并网时的波形，以表明发电机已以自动准同期方式平稳地接入系统带初负荷。

2 同期调试过程典型问题分析

2.1 同期电压的选择

某调试机组发电机采用中性点经配电变压器的接地系统，发电机出口断路器同期电压采用开关两侧电压互感器相电压。因为相电压与三相的绝缘及对地电容量有很大的关系，正常时发电机三相对地电容量相差不大，中性点电压为零，发电机三相相电压相等，若某一相绝缘低时，则发电机的中性点电压会发生漂移，三相相电压会不同，但线电压保持不变。如果在发电机侧采用相电压作为同期电压，在发电机同期时会引起很大的冲击。因此此处发电机的同期电压应选用线电压。

2.2 增加同期检查继电器

某调试机组自动准同期回路在设计时未设计独立的同期检查继电器。但按照规定：微机自动准同期装置应安装独立的同期鉴定闭锁继电器。为防止因自动准同期装置内部软件出错，误发合闸指令造成发电机非同期合闸，后续对该同期回路进行了改造。改造后，加装了隔离变压器和同期闭锁继电器001XJ，如图3、图4所示。

2.3 自动准同期装置参数优化

在500kV开关站220JA、230JA同期并网过程中曾出现较大功率波动问题，经分析有如下几点原因。

（1）同期装置同期对象类型整定值为“同频/差频”模式。在这种模式下，装置先进行并网类型自动识别。装置进行同频/差频识别需数秒时间，判断过程如下。

1）若满足以下条件中任意一条，则判断为差频并网模式。

a.系统侧和待并侧频差>同频阈值；b.系统侧和待并侧相角差>90°。

2）若无法判断为差频模式，则同期装置会以2.5s（固定值）为周期发出同频调频脉宽信号，给待并侧加速，若6次信号发出后，仍不能满足差频判断条件，则装置进入同频同期模式。

当选择在220JA或230JA同期并网时，由于机组处于孤岛运行，其频率往往稳定在系统频率上。为避免这种“假同频”状态，装置在此期间会对机组实施加速控制使发电机脱离这种状态。此时采用“同频/差频”定值会导致并网过程缓慢，同时由于采用光纤远传传输指令，加速指令路径相对较长，造成指令堆积，导致在合闸指令发出至断路器合闸这段时间汽轮机调速系统仍在执行加速指令。

（2）根据仪控专业反馈：从汽机控制系统发出汽轮机转速命令至汽轮机本体转速达到设定值约需4s，500kV同期装置调速信号周期为1s，为躲过汽轮机调速响应时间，后将同期装置调速周期调整为6s。考虑到本核电机组为半速机，额定转速为1500转，同时将“同频调频脉宽”定值由500ms改为100ms。

综和以上两点原因，后将同期方式定值平时设为“同频/差频”模式，当机组通过主变高压侧开关并网时更改为“差频”模式。在整定同期装置定值过程中往往需要各专业相互配合，在参数实测的基础上反复调整定值，才能保证机组同期并网最优化。

参考文献：

[1] 河南省电力公司.火电工程调试技术手册 电气卷 [M].北京：中国电力出版社，2004.

[2] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答 [M].（第2版）.北京：中国电力出版社，2000.

[3] 孙浩波.大型发电机组同期回路的设计及防止非同期、误上电事故的应用分析 [J].电力系统保护与控制，2010，38（7）：109-111+131.

[4] SID-2FY同期装置技术说明书.

作者简介：王洪猛（1986.04-），男，汉族，四川雅安人，工程师，毕业于四川理工学院，本科，主要研究方向：发电厂电气分系统及机组整套启动调试与项目管理。