0 引言

發(fā)電機并網(wǎng)無疑是發(fā)電廠的一項事關(guān)重大的操作，它直接涉及到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定及發(fā)電機組的安全。

發(fā)電機并網(wǎng)方式分為準同期并列和自同期并列。準同期并列是指發(fā)電機在并列合閘前已投入勵磁，當(dāng)發(fā)電機電壓的頻率、相位、大小分別和并列點處的系統(tǒng)側(cè)電壓的頻率、相位、大小接近相同時，將發(fā)電機斷路器合閘。自同期是先將未勵磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機投入系統(tǒng)，然后給發(fā)電機加上勵磁，利用原動機轉(zhuǎn)矩、同步轉(zhuǎn)矩把發(fā)電機拖入同步。自同期并列過程短，操作簡單，但是由于自同期并列時，發(fā)電機未經(jīng)勵磁，需要從系統(tǒng)中吸收很大的無功電流而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低，同時合閘時的沖擊電流較大，所以自同期方式僅在系統(tǒng)中的小容量發(fā)電機上采用。對大中容量的發(fā)電機的同期均采用準同期并列。準同期又分為手動準同期、自動準同期，手動準同期指發(fā)電機的頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、并列合閘操作由運行人員手動進行，只是在控制回路中裝設(shè)了非同期合閘的閉鎖裝置（同期閉鎖繼電器），用以防止由于運行人員誤發(fā)合閘脈沖造成的非同期合閘。自動準同期指由同期裝置自動進行發(fā)電機的頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、并列合閘。

《火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計規(guī)程》中規(guī)定發(fā)電廠的單元控制室每臺機組宜設(shè)一套自動準同期裝置；同時，也可設(shè)一套帶有閉鎖的手動同步裝置。

手動同步時，沒有自動選擇時機的功能，當(dāng)頻差很大時由TJJ閉鎖繼電器觸點提供的合閘回路的接通時間非常短，合閘時機很難把握，所以對操作人員的要求較高，經(jīng)常出現(xiàn)操作人員多次合閘不成功的事件。因此，閉鎖繼電器必須有一定的角度（一般設(shè)±20°的角差）保證手動合閘有一定的時間。同時合閘時機隨意性大。當(dāng)頻差很小時，只要操作人員合閘瞬間在同期閉鎖裝置的允許范圍之內(nèi)，斷路器就能合閘。但斷路器由于有機械和電氣傳動延時和斷路器的固有合閘時間，很可能斷路器在合閘時實際上已經(jīng)不在并列操作的允許范圍之內(nèi)，從而造成非同期合閘，對斷路器、發(fā)電機以及電系統(tǒng)造成沖擊。因此，對大容量機組一般設(shè)計只選用自動準同期。

1 非同期并網(wǎng)的原因分析及預(yù)防

自動準同期裝置的采用，極大地提高了發(fā)電機并網(wǎng)時的自動化水平和并網(wǎng)的質(zhì)量，但如果設(shè)計不合理或設(shè)備選型不當(dāng)，很有可能引發(fā)發(fā)電機非同期事故，而發(fā)電機的非同期并網(wǎng)不僅會引起發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子過電流損壞發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子，而且會造成發(fā)電機組軸系產(chǎn)生扭曲事故，現(xiàn)在的自動準同期裝置本身早已采用微機化，在調(diào)壓、調(diào)頻功能和頻差、壓差、相角差的判斷已實現(xiàn)的非常準確，而且應(yīng)用的已非常成熟。以下就如何優(yōu)化同期回路的設(shè)計以有效防止非同期事故的發(fā)生進行一些分析，以供設(shè)計及運行維護單位借鑒。

1.1 同期電壓的選擇

兩側(cè)同期電壓選用線電壓以防止并網(wǎng)時電壓差引起的并網(wǎng)沖擊。發(fā)電機中性點一般都采用中性點不接地系統(tǒng)，因此在發(fā)電機側(cè)的同期電壓應(yīng)選用線電壓，因為相電壓與三相的絕緣及對地電容量有很大的關(guān)系，正常時發(fā)電機三相對地電容量相差不大，中性點電壓為零，發(fā)電機三相相電壓相等，如某一相絕緣低時，發(fā)電機的中性點電壓會發(fā)生漂移，三相相電壓不同，但線電壓保持不變。如果在發(fā)電機側(cè)采用相電壓作為同期電壓，在發(fā)電機同期時會引起很大的沖擊。

1.2 防止同期裝置兩側(cè)電壓接錯相引起的非同期合閘

一般自動準同期合閘回路典型設(shè)計（如圖1：不正確的同期回路），同期裝置的電壓取自并列開關(guān)兩側(cè)的PT的二次電壓回路，如果在檢修中誤將二次電壓接錯，必然引起二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)相差一定的角度，從而引起發(fā)電機非同期事故。為此，在合閘回路中應(yīng)串入同期閉鎖繼電器，并且將該繼電器的電壓與同期裝置的電壓選用不同的 PT（如圖 2：優(yōu)化后的同期回路），這樣任一個電壓回路接錯線，同期裝置與閉鎖繼電器出現(xiàn)不同步，發(fā)電機就不能并網(wǎng)，就可以避免由于電壓回路接線錯誤引起的非同期合閘。

1.3 及時進行同期回路核相試驗

同期回路在機組投產(chǎn)時或電壓回路有變化時，應(yīng)及時進行同期回路的核相工作，以防止非同期事故的發(fā)生。核相的原理是在同期的兩個 PT一次側(cè)加相同的電壓，確定同期 PT二次電壓進入同期裝置和同期閉鎖繼電器的相位關(guān)系正確性。

1.4 發(fā)電機同期并列點的選擇

如果柴油發(fā)電機出口有斷路器并且變壓器高壓側(cè)也有斷路器，發(fā)電機的同期并列點最好選在變壓器高壓側(cè)，這樣，即使發(fā)生了非同期，非同期電流為兩側(cè)電壓差與發(fā)電機、變壓器、系統(tǒng)阻抗三者之和的比值，短路電流小很多，對發(fā)電機和變壓器的沖擊、損壞程度相應(yīng)的也輕微。如同期點選擇在發(fā)電機出口斷路器處，發(fā)生非同期時，對發(fā)電機的沖擊電流為兩側(cè)電壓差與發(fā)電機阻抗的比值，對變壓器的沖擊電流為兩側(cè)電壓差與變壓器、系統(tǒng)阻抗二者之和的比值。

大型機組升壓站一般以3/2接線為主的機組，如果同期電壓選擇在主變高壓側(cè)，在發(fā)電機未并網(wǎng)前，同期開關(guān)在合環(huán)時，可以很方便地檢查發(fā)電機同期開關(guān)兩側(cè)二次電壓回路接線的正確性。而同期點在發(fā)電機出口斷路器時，由于并網(wǎng)前兩側(cè)的一次電壓相角差本身隨著兩側(cè)的頻差而脈動變化，難以對兩側(cè)二次電壓回路進行核相。同期點在發(fā)電機出口斷路器處時，如需核相，有兩種方法：斷開主變高壓側(cè)刀閘，發(fā)電機帶主變進行零起升壓或解開發(fā)電機出口與封閉母線的軟連接，合上發(fā)電機出口斷路器，由系統(tǒng)對主變和發(fā)電機出口斷路器進行反送電以進行核相。而這兩種核相操作都比較復(fù)雜。

1.5 其他防止非同期事故的措施

為防止跳閘位置繼電器線圈短路后引起開關(guān)非同期合閘，開關(guān)合閘回路中的跳閘位置繼電器應(yīng)予以取消。為了避免在機組檢修時發(fā)生誤上電事故，在合閘回路中串入一合閘壓板，該合閘壓板在同期裝置檢修時退出，防止誤合開關(guān)。為了防止開關(guān)非同期合閘，應(yīng)將開關(guān)的同期合閘回路與DCS、ECS、就在合閘回路分開，在這些回路中應(yīng)串有合閘壓板，在同期合閘過程中，為防止非同期事故發(fā)生，應(yīng)退出這些回路中合閘壓板只投入同期合閘壓板。

2 非同期合閘和誤啟動后的保護配置

為了防止發(fā)電機非同期合閘或誤啟動對機組的損壞，應(yīng)配置有完善的發(fā)電機突加電壓保護和斷路器斷口閃絡(luò)保護，以盡快切除故障，將對柴油發(fā)電機組的損害降到最小。

 

2.1 發(fā)電機的突加電壓保護

發(fā)電機突加電壓分以下兩種情況。

(1) 發(fā)電機在盤車、轉(zhuǎn)子靜止或在啟動過程中，突然并入電網(wǎng)的突加電壓。

發(fā)電機在盤車或轉(zhuǎn)子靜止過程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加上三相電壓，其電抗xd＂在啟動過程中基本不變。計及升壓變壓器的電抗xt和系統(tǒng)聯(lián)接電抗xs，并且在xs較小時，流過發(fā)電機定子繞組的電流可達3～4倍額定值。定子電流所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，將在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生差頻電流（頻率在變），如果不及時切除電源，流過電流的持續(xù)時間過長，則在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的熱效應(yīng)將超過允許值，引起轉(zhuǎn)子過熱而遭到損壞。此外，突然加速還可能因潤滑油壓低而使軸瓦遭受損壞。

發(fā)電機在啟動過程中，有了一定的轉(zhuǎn)速或在額定轉(zhuǎn)速下升壓過程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加上三相電壓，此時流過發(fā)電機定子繞組的電流會相應(yīng)的減小。

以上情況的發(fā)電機突加電壓特點是發(fā)電機未給電壓或電壓低，采用電流型突加電壓保護。為了提高保護的靈敏度，增加一個低電壓判據(jù)，低電壓值取 80%額定電壓，當(dāng)發(fā)電機升壓至 80%額定電壓時，可認為發(fā)電機即將并網(wǎng)，此時電流型突加電壓保護退出，而自動投入阻抗型突加電壓保護。

(2) 發(fā)電機在并網(wǎng)前或解列后，此時斷路器在分閘狀態(tài)，勵磁開關(guān)在合閘狀態(tài)，機端電壓超過80%額定電壓值，由于某種原因非同期合閘的突加電壓。這種情況采用阻抗型突加電壓保護，阻抗元件按在正常同期并網(wǎng)瞬間躲過 30%額定負荷對應(yīng)的阻抗整定。因此，誤上電保護的動作邏輯如圖3。

誤上電保護在發(fā)電機并網(wǎng)后自動退出運行，解列后自動投入運行。但為了防止保護在并網(wǎng)后可能的誤動，在并網(wǎng)后退出該保護壓板，在解列前投入該壓板。

2.2 發(fā)電機斷路器的斷口閃絡(luò)保護

接在220 kV及以上電壓系統(tǒng)中的大型發(fā)電機－變壓器組，在進行并列過程中，斷路器合閘之前，作用于斷口上的電壓，隨待并發(fā)電機與系統(tǒng)待效電源電動勢之間角度差的變化而不斷變化，當(dāng)角度差為 180°時，其值最大，為兩者電動勢之和。當(dāng)兩電動勢相等時，則有兩倍的運行電壓作用于斷口上，有時要造成斷口閃絡(luò)事故。發(fā)電機剛退出運行之后也可能發(fā)生此事故。

斷口閃絡(luò)給斷路器本身造成損壞，并且可能由此引起事故擴大，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，此外，閃絡(luò)一般是一相或兩相閃絡(luò)，一是要產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩作用于發(fā)電機上，二是要產(chǎn)生負序電流，在轉(zhuǎn)子上引起附加損耗，威脅發(fā)電機的安全。為盡快排除斷口閃絡(luò)故障，在大機組上可裝設(shè)斷口閃絡(luò)保護。

為了防止非同期合閘后開關(guān)發(fā)生多次重合閘，同期合閘繼電器應(yīng)采用快速返回的繼電器，確保合閘脈沖只能合閘一次，同時在同期開關(guān)合閘回路必須具備開關(guān)防跳躍功能。

3 結(jié)束語

同期裝置是發(fā)電廠的重要自動裝置，其直接影響著發(fā)電機的安全與壽命，這種沖擊的累積將會給發(fā)電機造成致命的傷害。因此必須重視發(fā)電機同期回路的設(shè)計、試驗，確保不發(fā)生非同期事故。同時必須重視發(fā)電機非同期保護，以將損失降到最小。