发电厂微机自动准同期参数整定研究

任鹏

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司发电厂，黑龙江 齐齐哈尔161005）

1 概 述

机组准同期并网是发电厂一项频繁的日常操作，并网瞬间往往伴随着电流和功率的冲击。随着微机自动准同期装置问世，它完全克服了模拟装置的缺点，高精度计算频差、电压差、相位差，智能快速自动调频、调压，以毫秒级的精度实现快速无冲击合闸。基于以上原因，微机自动准同期装置已广泛应用于各个发电厂，但由于各种原因导致装置参数整定不合理，会直接影响机组同期并列，严重时甚至造成机电设备损坏。发电机并网有3个条件：发电机的频率、电压、相位必须与电网的频率、电压、相位保持一致，才能并网发电。

2 准同期并网基本原理

2.1 概念

发电机并网就是通过发电机出口开关的合闸，把发电机和电网联接起来,让电能源源不断地输送出去。当发电机并网瞬间，发电机的频率、电压、相位与电网的频率、电压、相位保持一致或在允许的范围内叫准同期并网。

2.2 非同期并网危害

机组非同期并网瞬间的冲击电流极高，对机组及电网的瞬间冲击极大。非同期并网产生巨大的冲击电流和电磁扭矩，发电机和所连接的设备将承受20～30倍额定电流作用下所产生的电动力和发热量，会造成发电机定子线圈变形，扭弯、绝缘崩裂、线圈接头处熔化等,严重时致使发电机损坏烧毁，端部变形；就电网来讲，如果一台大型机组发生非同期并网，则有可能使这台发电机与系统间产生功率振荡，严重地扰乱电网的正常运行，甚至造成电网崩溃。

2.3 同期并网的三要素

影响同期三要素是电压差、频率差和相位差，理想的并列条件是以上三要素均为零，但实际现场却无法实现。以下分别分析三要素不为零时的影响及参数整定注意事项。并列基本原则是并网冲击小和暂态过程短。

2.3.1 电压不等的情况

假设：UX≠UG，fx=fG，δe=0，则冲击电流Iim

式中：UX为电网电压；UG为机端电压；fx为电网频率；fG为机组频率；δe为相位差。

当UG＞UX时，Iim滞后UG90°，系统电压对发电机产生去磁作用，并列后立即带无功负荷；当UG＜UX时，Iim超前UG90°，系统电压对发电机产生助磁，并列后立即从系统吸收无功功率。如果△U很大，则Im过大，因为次暂态电抗Xd″很小，将会引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受损。

2.3.2 频率不等的情况

假设UX=UG，fX=fG，δe=0最大允许频差△f：

式中：△tc，△tDL——自动并列装置、断路器的动作误差时间。

发电机在频率差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对发电机转子产生制动（或加速）的力矩,将使发电机产生机械振动，严重时导致失步，造成并列不成功。如果发电机频率低于系统频率，并列后发电机将会吸收电网有功，其逆功率对水轮机（或汽轮机）末级叶片造成损坏，严重时使汽轮机末级叶片疲劳端裂。

2.3.3 相位不一致的情况

假设UX＝UG，fX=fG，δe≠0则冲击电流

当δe=0时，△U=0，则Iim=0；当δe=180°时，△U=2UG=2UX，则Iim最大；当δe=360°时，△U=0，则Iim=0。如果δe=180°时，其有功分量电流在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机。

3 工程上自动准同期参数的整定方法

在发电厂，发电机在并入系统前与其他发电机组和电力系统是不同步的，存在着电压差、频差和相位差，通过微机自动准同期装置的同步操作和调整，能够将发电机组安全、准确、快速地并网，确保电力系统的稳定、经济运行和发电机组的安全。为使同期装置动作可靠需对以下3个主要参数进行整定。

3.1 压差的整定

压差闭锁整定原则为并网时的冲击电流和电动力不至于对发电机定子绕组（尤其是机械强度较弱的端部）造成危害为宜。工程上的经验值将△U整定在额定电压的4%~5%，冲击电流的有效值可通过公式（1）得出，不超过可完全满足要求。

3.2 频差的整定

频差的整定可参照工程计算值和机组调速器空载摆动试验实测数据进行。而工程上通过公式推导计算将△f整定在额定频率的0.2%～0.5%。GB/T 9652.1-1997《水轮机调速器与油压装置技术条件》4.4.1规定对大型调速器转速摆动相对值不超±0.15%；对于中小型调速器不超过±0.25%。因此大中机组可将△f整定在0.2～0.3 Hz是比较合理的。

3.3 导前时间tδ整定（相位差整定）

工程上通过公式推导计算得到合闸相位δe不应大于5°，由于断路器动作有一个固有的机械动作过程，为了弥补这个过程造成的延时，同期装置的合闸命令发出就要超前相同的时间，这个时间就是导前时间，因此现场一般通过整定导前时间来实现相位差的整定。根据断路器合闸时间特性，一般将油断路器整定为300 ms，真空断路器为100 ms。现在广泛应用的微机型自动准同期装置也可以通过断路器辅助触点自动检测合闸所用时间作为导前时间，由于导前时间以毫秒级计算，因此断路器主触头与辅助触点之间的同期性也应考虑。所以，在安装时，使用毫秒计和准同期装置本身分别测试一下断路器的合闸时间，以上测试数据即可作为的整定值。

4 现场实际应用

尼尔基发电厂装有单机容量为62.5 MW轴流转桨式水轮发电机组，发电初期自动准同期装置△U、△f及tδ分别整定为4.8 V，0.32 Hz和200 ms，并网冲击很大。在发电机并网瞬间，机组有功、无功功率表指针大范围摆动，在发电机层、母线层和中控室均会听到较大的冲击合闸造成机组振动产生的声响，机组瞬间振动也相当明显，而且经常导致发电厂220 kV失灵保护的过流继电器也随之启动。由于机组参与电网调峰，开停机频繁，经过两年多的运行，在停机检修期间发现由于剧烈振动造成机组出口母线与绝缘子螺栓松动。

后来，现场实测断路器合闸所用时间为80 ms，于是将自动准同期装置的修改为80 ms，修改为0.2 Hz，修改为3 V。参数修改后，机组并网冲击明显减小，功率表摆动现象、断路器合闸声音及机组振动现象基本消失，收到了很满意的效果。

［1］电力系统继电保护规定汇编（第二版）［M］.北京：中国电力出版社.

［2］西北电力设计院.电力工程电气设计手册［M］.北京：水利电力出版社.

［3］电力规划设计总院.电力系统设计手册［M］.北京：中国电力出版社.

［4］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.