论文部分内容阅读
摘要：在发电厂的生产过程中，发电机组与系统的并列是一项非常重要的操作。由于各种原因在并列过程中发生事故的现象时有发生，这种事故对电力生产和电气设备造成的损害是非常严重的，因此有必要对发电机组的并列过程中详细了解，进行认真的分析提高认识。
关键词：同期并列;电压差;频率差;相角差
2014年6月4日，某厂机组检修后并网，发生非同期并列事故，造成主变损坏，机组延期并网的恶性事故。事后查明在机组检修过程中，对同期装置进行了校验，恢复措施时，将同期装置待并侧电压线接反。
1、发电机的同期
发电机并列方式可分为准同期并列和自同期并列。
准同期并列为待并发电机在并列前已加励磁，通过调节励磁，当发电机的电压、频率、相位与系统的电压、频率、相位接近时，将待并发电机出口断路器合闸，完成并列。
自同期并列即为先将励磁绕组经过一个电阻闭路，在不加励磁的条件下，当待并发电机频率与系统频率接近时，合上发电机断路器，随即加上励磁，利用电机的自整步作用，将发电机拉入同步[1]。
现在一般采用准同期并列，因为准同期并列的优点是发电机冲击电流很小甚至没有，对电力系统几乎无影响，但必须满足准同期并网的条件否则造成非同期并网，在最恶劣条件下非同期并网的冲击电流比机端三相短路电流还大，可达发电机额定电流的20-30倍。同期并列的条件为发电机电压、频率、相位与系统电压、频率、相位一致。我公司发电机的并列方式采用准同期并网。
当发电机电压升至额定电压范围时，由于发电机侧与系统侧两侧电压幅值和频率不同，并存在相位差，系统侧和待并侧存在的电压差会随着时间的变化而变化。在某一时刻电压差为最小值，此时即为同期点，如图1所示。在图1中，可以看到在同期点前同期点后待并侧与系统侧同相之间均存在着电压差，在同期点进行并网，是最理性的状态，此时并列瞬间的冲击电流，对系统电压几乎没有影响，并列后发电机组与电网立即进入同步运行，不会发生任何扰动。
所以准同期并网的一个要点为能够准确的捕捉同期点，否则极易造成非同期并网。以前，小容量机组一般采用手动并网。但随着机组容量的增加，自动化程度的提高，现在并网方式一般都采用自并列准同期并网。
实际并列操作中很难及时的扑捉到同期点，如此势必会延长并网时间，造成空转能耗，在实际中也没有这样苛刻的必要。因为并列合闸时只要冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步运行，对待并发电机和电网运行的影响较小，不致引起任何不良后果。因此，在实际并列操作中，允许有一定的偏差，称之为准同期。发电机实际并网时的准同期条件是：并列断路器两侧电源的电压差、频率差、相角差在允许范围内。发电机并网的准同期条件要求待并发电机合闸开关的主触头在相位差为零的瞬间闭合。此时发电机可以平滑地并入电网，而不会有任何冲击[2]。
因此，现实情况中同步电机并列应遵循的原则：
（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1～2倍的额定电流。
（2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
2、准同期并列装置及原理
如图2所示，準同期并列装置的控制单元有频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元。
（1）频率差控制单元。检测U（·）G与U（·）X间的滑差角频率wS，且调节待并发电机的转速n，使发电机的频率接近于电网的频率。
（2）电压控制单元。检测U（·）G与U（·）X间的电压差，且调节发电机的电压UG，使发电机的电压UX接近于电网的电压UG。
（3）合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，合闸控制单元就选择合适的时间发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差de接近于零或控制在允许范围内。
电压幅值差ΔU（·）=U（·）g-U（·）x，一般ΔU=
×100%≤±（5～10）%，我公司整定值-4%≤ΔU≤4%。
滑差频率fs=fg-fx或滑差角频率ωs=ωg-ωx，一般ωs%=
×100%≤（0.2～0.5）%，我公司整定值0%≤fs≤-0.4%，即0Hz≤fs≤0.2Hz。
相角差δ=δg-δx，一般δ=φg-φx=ωgt-ωxt=ωst=±10°，工程上一般取3°～5°，我公司整定值-5°≤δ≤10°[3]。
同步发电机并列时，发电机的频率和电压都由并列装置自动调节，使它与电网的频率、电压间的差值减小。当满足并列条件是，自动选择合适时机发出合闸信号，整个并列过程毋需人员参与。
在准同期并列操作中，合闸信号控制单元是准同期并列转装置的核心部件，所以准同期并列装置原理也往往是指该控制单元的原理。其控制原则是当频率和电压都满足并列条件的情况下，在UG与UX两相量重合之前发出合闸信号。两电压相量重合之前的信号称为提前量信号。
按提前量的不同，准同期并列装置可以分为恒定越前相角和恒定越前时间两种原理。我厂使用恒定越前时间，即脉冲信号发出时间加上发电机出口断路器合闸时间。
在准同期并列装置中，同期并列的所需的频率、电压、相位信号值均是从测量回路的二次侧取得，即测量用电压互感器的二次侧回路，所以对测量回路的接线要求非常严格，多起非同期事故也正是由于同期装置二次回路接线错误引起的。 3、如何避免非同同期并列
为防止发电机非同期并网事故，微机自动准同期装置应安装独立的同期鉴定闭锁继电器。新投产、A级检修机组及同期回路（包括电压交流回路、控制直流回路、整步表、自动准同期装置及同期把手等）发生改动以及设备更换的机组，在并网前必须进行以下工作：对装置及同期回路进行全面的检查、细致的校核、传动;利用发电机-变压器组带空载母线升压试验，校核同期电压检测二次回路的正确性，并对整步表及同期检定继电器进行实际校核;进行机组假同期试验，试验应包括断路器的手动准同期及自动准同期合闸试验、同期（继电器）闭锁等内容;不宜在自动准同期装置不正常时采取手动准同期并网，自动准同期合闸脉冲宜以同期闭锁继电器触点串联后出口。还应保证机组并网点断路器机械特性满足规程要求[4]。
4、假同期试验
发电机假同期试验是用模拟的方法进行假同期并列，试验时将发电机并网断路器的隔离开关断开，但将其辅助触点短接，此时系统电压就通过辅助触点进入同期回路。另外，待并发电机的电压也进入同期回路中。这两个电压经过同期并列条件比较，自动准同期装置就会自动对发电机进行调速、调压，待满足同期并列条件后，自动发出合闸脉冲，将出口断路器合上。
显然，若同期回路的接线有误，无论怎样都无法捕捉到同期点，而不能将待并发电机出口开关合上。因此，假同期实验是检查同期装置同期并列点回路接线是否正确的有效方法，新设备或新线路的并列点试运行时，均应进行假同期实验。
同期试验后，根据录波情况及主开关实际合闸时间，调整同期装置的导前时间参数等。正常后就可进行真正的同期并网了。
在做假同期实验时有两个条件：一个是发电机出口断路器两侧隔离刀闸拉开，但其辅助接点要短。另一个是将发电机并网带初试负荷的回路拆除，防止汽轮机超速。
发电机并网前假同期试验无法确认同期电压回路是否正确。例如系统侧取a相电压、待并侧也应取a相电压作为同期电压，然而由于某种原因，待并侧接入的是b相电压。因为是准同期并网两侧电压频率并不相同（一般待并侧稍高于系统侧），在某一时刻待并侧的b相电压与系统侧的a相电压相位相同，这时同期装置依然会判定同期条件满足而发出合闸命令。
所以在同期装置中待并侧或系统侧接线出现错误仍有可能假同期试验顺利进行，此时只有人为仔细的进行核相检查，才会避免非同期并列。如本文开始所提及的事故，即使能够顺利进行假同期试验，但并不能避免非同期事故。
所以发电机并网前假同期试验的真正目的：在于检查同期装置是否可靠动作，并网开关控制回路是否完好，检测并网开关的合闸反馈时间。
发电机并网前假同期试验时需注意的问题：断开并网断路器至汽机调速系统的并网信号，防止汽机切换为功率控制。断开并网开关间隔的隔离刀闸。另外试验中可以人为的将发电机频率、电压升高或者降低，检查同期装置发出的调压、调速信号是否正确。
在同期试验时，还应退出并列短路器的失灵保护。
5、我公司#2机准同期试验方案
6.1 在#2机同期装置屏内5022、5023开关系统侧电压端子、待并侧电压端子进行核相检查。
6.2 在#2发变组保护屏上解除5022、5023开关至DEH的并网用辅助接点回路，DEH进行强制。
6.3 拉开5023断路器及其两侧50231、50232隔离刀闸，拉开5022断路器及其两侧50221、50222隔离刀闸，并断开50231、50232、50221、50222隔离刀闸控制及动力电源。
6.4 确认502217、502227、502317、502327、502367和5023617接地刀闸在断开位，并断开其控制及动力电源。
6.5 合上#2主变高压侧隔离开关50236，使5023开关具备远方合闸条件。
6.6 送上5023断路器的操作电源。
6.7 同期装置进行操作前，由热控检查DCS条件是否具备。
6.8 用继电保护测试仪在#2机同期装置屏系统侧、待并侧电压端子加电压，检查同期装置显示两组电压（57.7V）、频率、角度一致，用继电保护测试仪加电压前检查：
6.8.1 同期装置屏5023开关系统侧、待并侧电压端子连片已打开。
6.8.2 同期装置屏5022开关系统侧、待并侧电压端子连片已打开。
6.9 在DCS上发同期合闸指令，在NCS上及就地确认5023开关已合闸，在NCS上拉开5023开關。
6.10 确认汽轮机转速3000rpm。
6.11 检查励磁系统所有控制电源已送，AVR装置无异常。
6.12 合上#2发电机灭磁开关起励，调节#2发电机电压到额定值，将同期装置面板操作开关置于运行方式。合#2发电机灭磁开关前：
6.12.1 恢复同期装置屏5023开关系统侧、待并侧电压端子连片。
6.12.2 恢复同期装置屏5022开关系统侧、待并侧电压端子连片。
6.13 灭磁开关合闸后，进行同期装置二次核相检查。
6.14 核相检查正确无误后，由DCS操作发出自动准同期装置同期启动5023开关指令。
6.15 满足同期条件后，5023开关实现精确的零相差并列。
6.16 NCS操作拉开5023开关。
6.17 #2发电机减磁，分开灭磁开关。
6.18 恢复5022、5023开关至DEH的并网用辅助接点回路，恢复DEH已做的强制。
参考文献
[1] 唐东平.发电机非同期并网的危害、预防与处理.贵州.2012
[2] 任治坪. 同步发电机自动准同期并列装置综述.新疆.2013
[3] 国电蚌埠发电有限公司.2×600MW超临界机组集控运行规程继电保护和自动装置规程.安徽.2016
[4] 中国国电集团公司二十五项重点反事故措施.北京.中国电力出版社.2015
关键词：同期并列;电压差;频率差;相角差
2014年6月4日，某厂机组检修后并网，发生非同期并列事故，造成主变损坏，机组延期并网的恶性事故。事后查明在机组检修过程中，对同期装置进行了校验，恢复措施时，将同期装置待并侧电压线接反。
1、发电机的同期
发电机并列方式可分为准同期并列和自同期并列。
准同期并列为待并发电机在并列前已加励磁，通过调节励磁，当发电机的电压、频率、相位与系统的电压、频率、相位接近时，将待并发电机出口断路器合闸，完成并列。
自同期并列即为先将励磁绕组经过一个电阻闭路，在不加励磁的条件下，当待并发电机频率与系统频率接近时，合上发电机断路器，随即加上励磁，利用电机的自整步作用，将发电机拉入同步[1]。
现在一般采用准同期并列，因为准同期并列的优点是发电机冲击电流很小甚至没有，对电力系统几乎无影响，但必须满足准同期并网的条件否则造成非同期并网，在最恶劣条件下非同期并网的冲击电流比机端三相短路电流还大，可达发电机额定电流的20-30倍。同期并列的条件为发电机电压、频率、相位与系统电压、频率、相位一致。我公司发电机的并列方式采用准同期并网。
当发电机电压升至额定电压范围时，由于发电机侧与系统侧两侧电压幅值和频率不同，并存在相位差，系统侧和待并侧存在的电压差会随着时间的变化而变化。在某一时刻电压差为最小值，此时即为同期点，如图1所示。在图1中，可以看到在同期点前同期点后待并侧与系统侧同相之间均存在着电压差，在同期点进行并网，是最理性的状态，此时并列瞬间的冲击电流，对系统电压几乎没有影响，并列后发电机组与电网立即进入同步运行，不会发生任何扰动。
所以准同期并网的一个要点为能够准确的捕捉同期点，否则极易造成非同期并网。以前，小容量机组一般采用手动并网。但随着机组容量的增加，自动化程度的提高，现在并网方式一般都采用自并列准同期并网。
实际并列操作中很难及时的扑捉到同期点，如此势必会延长并网时间，造成空转能耗，在实际中也没有这样苛刻的必要。因为并列合闸时只要冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步运行，对待并发电机和电网运行的影响较小，不致引起任何不良后果。因此，在实际并列操作中，允许有一定的偏差，称之为准同期。发电机实际并网时的准同期条件是：并列断路器两侧电源的电压差、频率差、相角差在允许范围内。发电机并网的准同期条件要求待并发电机合闸开关的主触头在相位差为零的瞬间闭合。此时发电机可以平滑地并入电网，而不会有任何冲击[2]。
因此，现实情况中同步电机并列应遵循的原则：
（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1～2倍的额定电流。
（2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
2、准同期并列装置及原理
如图2所示，準同期并列装置的控制单元有频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元。
（1）频率差控制单元。检测U（·）G与U（·）X间的滑差角频率wS，且调节待并发电机的转速n，使发电机的频率接近于电网的频率。
（2）电压控制单元。检测U（·）G与U（·）X间的电压差，且调节发电机的电压UG，使发电机的电压UX接近于电网的电压UG。
（3）合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，合闸控制单元就选择合适的时间发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差de接近于零或控制在允许范围内。
电压幅值差ΔU（·）=U（·）g-U（·）x，一般ΔU=
×100%≤±（5～10）%，我公司整定值-4%≤ΔU≤4%。
滑差频率fs=fg-fx或滑差角频率ωs=ωg-ωx，一般ωs%=
×100%≤（0.2～0.5）%，我公司整定值0%≤fs≤-0.4%，即0Hz≤fs≤0.2Hz。
相角差δ=δg-δx，一般δ=φg-φx=ωgt-ωxt=ωst=±10°，工程上一般取3°～5°，我公司整定值-5°≤δ≤10°[3]。
同步发电机并列时，发电机的频率和电压都由并列装置自动调节，使它与电网的频率、电压间的差值减小。当满足并列条件是，自动选择合适时机发出合闸信号，整个并列过程毋需人员参与。
在准同期并列操作中，合闸信号控制单元是准同期并列转装置的核心部件，所以准同期并列装置原理也往往是指该控制单元的原理。其控制原则是当频率和电压都满足并列条件的情况下，在UG与UX两相量重合之前发出合闸信号。两电压相量重合之前的信号称为提前量信号。
按提前量的不同，准同期并列装置可以分为恒定越前相角和恒定越前时间两种原理。我厂使用恒定越前时间，即脉冲信号发出时间加上发电机出口断路器合闸时间。
在准同期并列装置中，同期并列的所需的频率、电压、相位信号值均是从测量回路的二次侧取得，即测量用电压互感器的二次侧回路，所以对测量回路的接线要求非常严格，多起非同期事故也正是由于同期装置二次回路接线错误引起的。 3、如何避免非同同期并列
为防止发电机非同期并网事故，微机自动准同期装置应安装独立的同期鉴定闭锁继电器。新投产、A级检修机组及同期回路（包括电压交流回路、控制直流回路、整步表、自动准同期装置及同期把手等）发生改动以及设备更换的机组，在并网前必须进行以下工作：对装置及同期回路进行全面的检查、细致的校核、传动;利用发电机-变压器组带空载母线升压试验，校核同期电压检测二次回路的正确性，并对整步表及同期检定继电器进行实际校核;进行机组假同期试验，试验应包括断路器的手动准同期及自动准同期合闸试验、同期（继电器）闭锁等内容;不宜在自动准同期装置不正常时采取手动准同期并网，自动准同期合闸脉冲宜以同期闭锁继电器触点串联后出口。还应保证机组并网点断路器机械特性满足规程要求[4]。
4、假同期试验
发电机假同期试验是用模拟的方法进行假同期并列，试验时将发电机并网断路器的隔离开关断开，但将其辅助触点短接，此时系统电压就通过辅助触点进入同期回路。另外，待并发电机的电压也进入同期回路中。这两个电压经过同期并列条件比较，自动准同期装置就会自动对发电机进行调速、调压，待满足同期并列条件后，自动发出合闸脉冲，将出口断路器合上。
显然，若同期回路的接线有误，无论怎样都无法捕捉到同期点，而不能将待并发电机出口开关合上。因此，假同期实验是检查同期装置同期并列点回路接线是否正确的有效方法，新设备或新线路的并列点试运行时，均应进行假同期实验。
同期试验后，根据录波情况及主开关实际合闸时间，调整同期装置的导前时间参数等。正常后就可进行真正的同期并网了。
在做假同期实验时有两个条件：一个是发电机出口断路器两侧隔离刀闸拉开，但其辅助接点要短。另一个是将发电机并网带初试负荷的回路拆除，防止汽轮机超速。
发电机并网前假同期试验无法确认同期电压回路是否正确。例如系统侧取a相电压、待并侧也应取a相电压作为同期电压，然而由于某种原因，待并侧接入的是b相电压。因为是准同期并网两侧电压频率并不相同（一般待并侧稍高于系统侧），在某一时刻待并侧的b相电压与系统侧的a相电压相位相同，这时同期装置依然会判定同期条件满足而发出合闸命令。
所以在同期装置中待并侧或系统侧接线出现错误仍有可能假同期试验顺利进行，此时只有人为仔细的进行核相检查，才会避免非同期并列。如本文开始所提及的事故，即使能够顺利进行假同期试验，但并不能避免非同期事故。
所以发电机并网前假同期试验的真正目的：在于检查同期装置是否可靠动作，并网开关控制回路是否完好，检测并网开关的合闸反馈时间。
发电机并网前假同期试验时需注意的问题：断开并网断路器至汽机调速系统的并网信号，防止汽机切换为功率控制。断开并网开关间隔的隔离刀闸。另外试验中可以人为的将发电机频率、电压升高或者降低，检查同期装置发出的调压、调速信号是否正确。
在同期试验时，还应退出并列短路器的失灵保护。
5、我公司#2机准同期试验方案
6.1 在#2机同期装置屏内5022、5023开关系统侧电压端子、待并侧电压端子进行核相检查。
6.2 在#2发变组保护屏上解除5022、5023开关至DEH的并网用辅助接点回路，DEH进行强制。
6.3 拉开5023断路器及其两侧50231、50232隔离刀闸，拉开5022断路器及其两侧50221、50222隔离刀闸，并断开50231、50232、50221、50222隔离刀闸控制及动力电源。
6.4 确认502217、502227、502317、502327、502367和5023617接地刀闸在断开位，并断开其控制及动力电源。
6.5 合上#2主变高压侧隔离开关50236，使5023开关具备远方合闸条件。
6.6 送上5023断路器的操作电源。
6.7 同期装置进行操作前，由热控检查DCS条件是否具备。
6.8 用继电保护测试仪在#2机同期装置屏系统侧、待并侧电压端子加电压，检查同期装置显示两组电压（57.7V）、频率、角度一致，用继电保护测试仪加电压前检查：
6.8.1 同期装置屏5023开关系统侧、待并侧电压端子连片已打开。
6.8.2 同期装置屏5022开关系统侧、待并侧电压端子连片已打开。
6.9 在DCS上发同期合闸指令，在NCS上及就地确认5023开关已合闸，在NCS上拉开5023开關。
6.10 确认汽轮机转速3000rpm。
6.11 检查励磁系统所有控制电源已送，AVR装置无异常。
6.12 合上#2发电机灭磁开关起励，调节#2发电机电压到额定值，将同期装置面板操作开关置于运行方式。合#2发电机灭磁开关前：
6.12.1 恢复同期装置屏5023开关系统侧、待并侧电压端子连片。
6.12.2 恢复同期装置屏5022开关系统侧、待并侧电压端子连片。
6.13 灭磁开关合闸后，进行同期装置二次核相检查。
6.14 核相检查正确无误后，由DCS操作发出自动准同期装置同期启动5023开关指令。
6.15 满足同期条件后，5023开关实现精确的零相差并列。
6.16 NCS操作拉开5023开关。
6.17 #2发电机减磁，分开灭磁开关。
6.18 恢复5022、5023开关至DEH的并网用辅助接点回路，恢复DEH已做的强制。
参考文献
[1] 唐东平.发电机非同期并网的危害、预防与处理.贵州.2012
[2] 任治坪. 同步发电机自动准同期并列装置综述.新疆.2013
[3] 国电蚌埠发电有限公司.2×600MW超临界机组集控运行规程继电保护和自动装置规程.安徽.2016
[4] 中国国电集团公司二十五项重点反事故措施.北京.中国电力出版社.2015