溧阳抽水蓄能电站发电机同期故障分析及处理

2019-01-19宋明亮于中舒

水力发电 2018年10期

许涛，宋明亮，于中舒

(江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司，江苏溧阳213334)

0 引言

抽水蓄能电站在电力系统中承担着调峰填谷、调频调相、事故备用等任务，机组启停十分频繁，经常需要把发电机并联投入电力系统运行。因此，发电机并网成为抽水蓄能电站的一项重大操作，直接关系到电力系统运行的稳定及发电机的安全。研究分析发电机同期并网情况，对提高机组并网的成功率，缩减机组启动时间和提高电力系统的可靠运行具有重大的现实意义。本文深入检查分析了溧阳抽水蓄能电站发生的同期合闸失败情况，并进行了技术改造，效果明显。

1 发电机同期基本方式

实现发电机并网的方式有2种：一种是准同期方式，另一种是自同期方式。准同期方式是将待并网的发电机升至额定转速和额定电压，满足准同期条件后，操作同期点断路器合闸，使发电机并网。准同期方式有4个条件[1]：①发电机电压相序与系统电压相序相同；②发电机电压与并列点系统电压相等；③发电机的频率与系统的频率基本相等；④合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。自同期方式是将发电机升速至额定转速后，在未加励磁的情况下合闸，将发电机并入系统，随即供给励磁电流，由系统将发电机拉入同步。自同期方式由于合闸及投入励磁时均有较大的电流冲击，故很少采用。目前，发电机的主要并网方式为准同期方式。

2 装置概况

溧阳抽水蓄能电站发电机并网采用准同期方式，由SJ-12D双微机手自动准同期装置来实现，正常使用自动准同期方式，同期点设置在机组出口断路器。同期装置参数设置如下：频差要求在±0.15 Hz之间，压差要求在±5 V之间，相位差要求小于20°。

2.1 自动准同期装置

SJ-12D双微机手自动同期装置采用频率跟踪交流采样技术，不断监测发电机和系统的电压、频率，并根据频差、压差大小发出宽窄不同的调节脉冲，直到频差、压差满足要求。在频差、压差满足要求的情况下，不断监测发电机电压和系统电压的相位差，准确预测断路器的合闸时刻，实现快速无冲击合闸[2]。同期装置原理见图1。

图1 同期装置原理

机组发电工况启动时，当机端电压大于90%额定电压时，继电器1KS6、1KS7、1KS9、1KS10动作，启动同期装置，同期装置选择发电模式，并投入发电工况PT和机组出口PT，此时励磁系统接受准同期装置的机端电压增减命令，调速器接受准同期装置的转速增减命令，当频差、压差和相位差满足同期并列条件后，同期装置发出同期合闸命令，继电器1KS20动作开出机组出口断路器合闸命令。

机组抽水工况启动时，当机端电压大于90%额定电压时，继电器1KS6、1KS8、1KS9动作，启动同期装置，同期装置投入抽水工况PT和机组出口PT，此时励磁系统接受准同期装置的机端电压增减命令，SFC装置接受准同期装置的转速增减命令，当频差、压差和相位差满足同期并列条件后，同期装置发出同期合闸命令，继电器1KS20动作开出机组出口断路器合闸命令。

2.2 同步检查继电器

机组同期装置设计时，为避免人为或同期装置原因导致非同期并列，造成发电机损坏甚至电网崩溃的事故，在准同期装置出口回路加装了独立的同步检查继电器，以进一步提高同期并列的可靠性。

溧阳抽水蓄能电站初期采用的是DT-1/200型同步检查继电器。该继电器的2组线圈分别接在运转和起动同步电压小母线上，当起动同步电压小母线上出现电压时，同步检查继电器即可工作。如果同步点两侧电压相角差大于同步检查继电器整定角度时，继电器动作，常闭触点TJJ打开，断开合闸脉冲回路，断路器就无法合闸。只有当相角差小于整定角度时，常闭触点才会闭合，允许发出合闸脉冲。这样就防止了非同期合闸，起到了闭锁作用。

3 同期故障分析及处理

3.1 同步检查继电器故障

2号机组抽水调相工况启动过程中，同期装置正常启动并下发机组出口断路器同期合闸命令，但机组出口断路器实际并未动作，监控由于没有收到断路器合位信号，于是判断同期合闸失败。经延时后，监控再次启动同期装置，第2次同期合闸命令下发后，机组出口断路器合闸成功。

现场查看2号机组同期装置显示屏历史信息发现，2号机组第1次同期合闸时同期装置确已发出同期合闸命令。从图1中的机组断路器同期合闸回路可以看出，继电器1KS20没有励磁，原因在于TJJ触点未闭合，同步检查继电器闭锁了同期合闸回路。

现场对同步检查继电器进行检查后发现，同步检查继电器相位差定值设置偏小。同时，根据机组调试、运行以来的情况看，DT-1/200型同步检查继电器存在以下问题：①定值设置准确度低，容易出现误差；②动作误差大(≥6%)；③触点容易卡死，闭合不可靠。这些问题造成同步检查继电器容易误闭锁同期合闸回路，实际运行过程中已出现多次误闭锁的情况。为解决该问题，提高同期合闸的成功率，已将全厂6台机组的同步检查继电器更换为DSLD1130数字式同步检查继电器，该类型继电器具有定值设置准确度高、动作误差小等优点，在保证安全可靠动作的同时，也不会出现误闭锁的情况。

3.2 水头传感器测量故障

4号机组发电工况启动过程中，出现2次同期合闸均失败的情况。系统及机组频率曲线见图2。从图2可以看出，系统频率为49.97 Hz，机组频率最大值为49.60 Hz，频差大于0.15 Hz，不满足同期合闸条件。

从上述现象可以看出，调速器未能将机组转速调节到额定转速。现场对调速器微机调节器及液压系统进行检查，均未发现异常。后查看机组水头和导叶开度，导叶开度曲线见图3，机组水头曲线见图4。从图3、4可知，机组启动过程中，水头测值偏高(比正常值高10 m左右)，相对应的调速器导叶空载开度降至约15.5%(正常的调速器导叶空载开度约17%)。受导叶空载开度限制，调速器未能将机组转速调节至额定转速。

调速器水头信号来自机组净水头压差传感器，测压管取自机组蜗壳和尾水管。由于机组启停和工况转换频繁，长时间运行后水头传感器测压管容易进气，造成机组水头测值偏高。对于水头传感器测值偏高的问题，采用了对传感器进行排气的处理方法，排气后水头传感器测值恢复正常。