大型发电机组非同期并网的原因分析及防范措施

田勤俭

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江 湖州313100）

0 引言

在发电行业“上大压小”的形势下，1 000 MW超超临界机组不断新建，电力系统要求发电机组并网时要快速、准确、安全。目前，华东地区机组并网大多采用的是自动准同期并网方式，本文以长兴电厂现有的4台330 MW机组为背景，讨论发电机自动准同期并网中存在的问题。

1 长兴电厂机组并网自动准同期装置情况

长兴电厂自建厂以来，采用的都是发电组接线形式，主变高压侧接入220 kV系统母线，4台机组独立，各配1套型号为SID-2CM型微机自动准同期装置，每次都能快速准确地并网，并不失时机地捕捉到第一次出现的并网机会，没有出现过因为此装置原因导致并网失败的现象。现以长兴电厂3号机为例进行讨论，3号机同期装置工作原理见图1。

2 同期二次回路的检查

如今华东多数电厂同期回路仍然用的是典型设计图，也就是靠在同期回路上安装TJJ继电器做最后一步的防止非同期并网的保障。若由于此继电器原因，同期装置开放出口但继电器闭接点仍旧打开，则无法合闸，无法同期并网。所以，加强TJJ继电器的检验至关重要。根据经验，目前火电厂普遍采用许继DT-1/L型同期检查继电器。

图1长兴电厂同期电压接线图

2.1 同期闭锁继电器动作角度简单试验方法

测定同步继电器的动作角度是机组大修中必做的项目之一。如果按照厂家说明书进行试验接线，不仅复杂而且影响工作效率。笔者以长兴电厂使用的DT-1/L型TJJ同步检查继电器（见图2）为例，介绍2种简单的试验方法。

图2 TJJ继电器

方法一。以电压型继电器为例，短接图2 TJJ继电器中线圈2端子3、4，将另一组线圈短接，用继保仪调节图2 TJJ继电器中其中一组线圈1两端1、2端子所加的电压，继保仪的返回节点接到TJJ的常开触点，测试其动作电压。如果测出的动作电压在35.7 V左右，则根据θ=算出动作角度20.56°。可以测试多次，然后取平均值以检验同期闭锁继电器是否合格。

方法二。图3为待并侧和并侧电压向量图。图3中，线圈1端子1、2两端和线圈2端子3、4两端分别加电压100 V，电压之间角度差大于30°，常闭触点断开。然后逐渐变换角度差使之减小到整定闭锁合闸角度，观察常开触点闭合，此时动作电压为UOP，则由余弦定理直接计算出电位差为34.72 V。将计算电压值与实测电压值进行比较，检验同期闭锁继电器是否合格。

图3待并侧和并侧电压向量图

2.2 发电机同期装置及二次回路的检查

华东梅雨季节容易发生机组直流接地，当发生直流一点接地时，要消除接地故障才能并网，否则当一点接地故障衍变为直流两点接地时，如果发电机并网中还没达到并网条件，直流控制回路通过两点接地直接导通合闸线圈，会发生非同期并网。因此，进行发电机同期装置及二次回路的检查十分重要。另外，机端侧电压必须经隔离变，因为电压变比为1∶1的隔离变比较安全，对干扰谐波还有消除作用。在机组小修或者大修过程中不能疏忽此点。

3 非同期并网的原因

3.1 同期电压的选取错误

发电机中性点一般都采用中性点不接地系统，因此应在发电机机端待并侧选用线电压。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，发电机的中性点电压会发生漂移，虽然三相相电压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，则在发电机同期时会引起很大的冲击。

图4为开口三角PT二次接线图，图5为机端PT电压和母线PT电压回路向量图。从图4、图5易得出，同期点两侧电压有2种选取方式。方法1，当机端电压取UL1L3时，220 kV电压取母线PT开口三角形U相电压；方法2，当机端电压取UL2L3时，220 kV电压取母线PT开口三角形U、V相电压矢量和SV630，即图4开口三角PT二次接线中YHW绕组的抽头SV630。若扩建改造时施工单位未按图施工，或者由于疏忽接错电压，很容易造成同期电压接错导致非同期并网。

图4开口三角PT二次接线图

图5机端PT电压和母线PT电压回路向量图

某电厂员工在接高压侧同期电压SU630时，现场错接为图4中SV630电压，导致每次开机过程中并网都会有电压及频率波动，尤其是在2016年的2次并网过程中均产生了较大的冲击，对发电机造成损害。

3.2 同期装置两侧电压线接错

长兴电厂的自动准同期合闸回路典型设计如图6所示，进同期装置的电压和TJJ继电器一侧待并侧的电压都是取自同一组——A613、C613。以下2起非同期并网事故，就是因为对同期装置两侧电压没有一个清楚的认识，再加上工作上的疏忽导致事故的发生。

某电厂2007年检修人员对同期装置进行检查时，未对引入同期装置的系统电压和发电机电压4根外接线做任何标记，在恢复二次回路接线时发生错误，造成了相位差180°的非同期并网。

2019年4月19日12时39分，安徽省某电厂机组在3 000转和升压站500 kV母线进行并网时，其他一切参数正常，运行人员进行到最后一步，在CRT上发出同期装置合闸命令。13时3分，3/2接线形式的升压站5003开关合闸后即跳闸。最后事故报告写的是：因为检修人员对同期装置两侧电压没有一个清楚的认识，致使待并侧电网侧的2个电压线接反，导致发生180°非同期并网。

长兴电厂4台机组同期装置的电压和同期闭锁继电器采自发电机机端PT1，若在检修过程中误接线，也会发生类似以上2起事故中的非同期并网，即图6中的TJJ常闭节点不会打开，当同期装置准备就绪，即2DTZ、HJ1、HJ2常开触点闭合之后，合发变组220 kV开关回路仍会导通。

图6同期简要操作控制回路

4 防范措施及解决方案

4.1 假同期试验

人为短接图1中隔离开关相应的辅助触点，这时系统母线电压通过这对辅助触点进入同期系统，让并网开关合闸。其重要性在于进一步验证了同期装置命令发出的正确性及合闸回路的正确性，以及进行同期合闸导前时间的验证。

电气二次工作者需要特别注意的是假同期试验并不能检查同期电压回路的正确性，只能检查同期装置及合闸回路。这个知识点有些书籍上存在误导，比如浙江电力公司组编的《继电保护培训题库》一书中第237页，描述利用假同期方法检查同期回路接线的正确性。

4.2 同源核相试验

如果在检修过程中同期电压的二次回路动过线，或者更换过同期装置的某个元件，在并网前应该腾出一条空母线，利用机组零起升压对两侧TV二次回路进行核相。合上机组的待并断路器，使其待并侧与系统侧成为同一系统，开机零起升压至正常值。利用同源来核对二次回路电压的大小、相位、频率是否一致，以及同期装置中待并侧和系统侧的电压采样值。

4.3 二次同期回路的改进

根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》2014版第10.9.1条，微机自动准同期装置应安装独立的同期鉴定闭锁继电器，在合闸回路中串入同期检查继电器的常闭接点来限制误发合闸脉冲命令，有效提高发电机并列操作的安全系数。虽然电力行业中国家电网和众多发电集团发布了许多的标准和反事故措施，但究其本质，很多条款只是做了方向性的、大致性的描述，并没有要求各大设计院怎么设计二次图纸。因此，在具体的实践环节中，应该在理解标准和反事故措施的基础上做到联系实际，用二次回路的完善去避免因为人为原因发生非同期并网的事故。

目前电厂的同期回路基本都加装了同期闭锁继电器，但由于二次回路中同期闭锁继电器的机端电压和进同期装置的机端电压取自同一组PT。这种接线形式，在常年频繁的检修期间仍会存在类似上述发生的非同期并网事件。若采用2个不同的PT，这样在机组大小修或平时日常检修过程中接错一组电压，则图6中HJ和TJJ继电器必有一个不开放，就可以杜绝类似上述2起非同期并网事故的发生。优化后的接线形式如图7所示。

图7改进后的二次同期回路

5 结束语

虽然电力行业中国家电网公司和众多发电集团发布了许多的标准和反事故措施，但究其本质，很多的条款只是做了方向性的、大致性的描述，并没有要求各大设计院怎么设计二次图纸。设计图纸的人员对发电机并网要素的错误理解，设计的典型同期二次回路不完善，加上平时检修人员工作的疏忽，30万KW机组的发电厂面临着调峰趋势启停越来越频繁，很容易发生发电机非同期合闸或合闸角较大时产生扭震荡，甚至引起转子弯曲的毁灭性损伤。虽然由于同期装置智能性的发展，已经具备智能计算同期闭锁功能，有的电站已取消同期闭锁继电器在同期回路中的应用，但在二次回路工作结束后，一定要仔细检查二次回路，确保图实相符；二次工作人员也要提升自己的专业技能水平，能从原理上辨认出设计图纸的不足，杜绝类似事件的发生。