發(fā)電機(jī)并網(wǎng)波形分析及定值調(diào)整

段進(jìn)寬

[華能(天津)煤氣化發(fā)電有限公司　天津　300452]

汪 照

(天津華能楊柳青熱電有限公司　天津　300380)

陳 君

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發(fā)電機(jī)并網(wǎng)波形分析及定值調(diào)整

段進(jìn)寬

[華能(天津)煤氣化發(fā)電有限公司天津300452]

汪 照

(天津華能楊柳青熱電有限公司天津300380)

陳 君

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摘 要：在電力生產(chǎn)中，為了減少發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程中造成的沖擊，需要對發(fā)電機(jī)同期裝置進(jìn)行合適的設(shè)定．文章介紹了“一拖一”機(jī)組中燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)和蒸汽輪發(fā)電機(jī)的同期系統(tǒng)，通過理論計(jì)算和同期試驗(yàn)波形分析，得出了較為合理的同期裝置的參數(shù)設(shè)定值，對發(fā)電機(jī)同期裝置的整定計(jì)算有一定的借鑒意義．

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)同期裝置沖擊波形

1引言

自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置能夠自動(dòng)檢測電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的電壓、頻率和相位差，促使準(zhǔn)同期條件得到滿足，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)確并網(wǎng)．如果發(fā)電機(jī)非同步并列，會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)拉入同步運(yùn)行，將發(fā)生巨大的電流沖擊，使機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，發(fā)出鳴音．最嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生20至30倍額定電流的沖擊，產(chǎn)生的電動(dòng)力和發(fā)熱量很大，是發(fā)電機(jī)和所連設(shè)備(如斷路器、變壓器)不能承受的，它會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子繞組變形、彎曲、絕緣崩裂、定子繞組并頭套溶化，甚至將定子繞組燒毀等嚴(yán)重后果[1]．還會(huì)引起發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)間產(chǎn)生的振蕩，危機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行．所以為了避免發(fā)電機(jī)非同步并網(wǎng)，做好同期裝置定值的計(jì)算和調(diào)整是尤為關(guān)鍵的．

2主接線系統(tǒng)介紹

以某電廠“一拖一”機(jī)組為例，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)(簡稱燃機(jī))和蒸汽輪發(fā)電機(jī)(簡稱汽機(jī))容量分別為180MW和100MW，2臺(tái)發(fā)電機(jī)組均采用發(fā)電機(jī)——變壓器組單元接線方式接入220kV系統(tǒng)．燃機(jī)和汽機(jī)出口電壓分別為18kV和10.5kV，兩臺(tái)主變壓器為YNd11接線，變比分別為(242±2×2.5%)/18kV和(242±2×2.5%)/10.5kV．

3準(zhǔn)同期并列基本條件

發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并網(wǎng)必須滿足以下條件：

(1)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓應(yīng)接近相等，誤差不應(yīng)超過5%～10%．

(2)發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率應(yīng)接近相等，誤差不應(yīng)超過0.2%～0.5%．

(3)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相角差接近零度時(shí)，斷路器觸頭剛好接通[2]．

如果并網(wǎng)時(shí)電壓的差值越大，沖擊電流就越大；頻率的差值越大，沖擊電流的周期越短，引發(fā)電網(wǎng)振蕩就越強(qiáng)烈；電壓相角差越大，沖擊電流就越大．當(dāng)電壓相角差為120°時(shí)，沖擊電流類似于三相短路；當(dāng)相角差為180°時(shí)，沖擊電流是平常三相短路的2倍[3]．

4燃機(jī)同期并網(wǎng)系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)介紹

燃機(jī)同期裝置為西門子7VE63，裝置具有錄波功能，可以錄取斷路器合閘時(shí)刻各個(gè)參數(shù)的波形．系統(tǒng)側(cè)電壓互感器為Y0/Y0接線方式，三相電壓均接入同期裝置．發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器為Y0/Y0接線方式，三相電壓經(jīng)轉(zhuǎn)角變后接入同期裝置．轉(zhuǎn)角變的分接頭的擋位設(shè)置與主變壓器相同，變比為(0.11±2×2.5%)/0.1，接線方式與主變相反，為Dy1接線．系統(tǒng)電壓U1和機(jī)端電壓U2分別取AB兩相的線電壓(二次值)．

機(jī)端和系統(tǒng)電壓取不同倍數(shù)的標(biāo)稱電壓值，這樣也會(huì)影響到兩側(cè)二次電壓的幅值，而主變接線方式又影響兩側(cè)電壓相角．所以要采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施，保證發(fā)電機(jī)安全可靠的并網(wǎng)．在機(jī)端PT回路中使用轉(zhuǎn)角變是非常準(zhǔn)確有效的方法，這是西門子同期裝置慣用的．

系統(tǒng)額定電壓為242kV，發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓為18kV，所以系統(tǒng)電壓U1和經(jīng)轉(zhuǎn)角變后機(jī)端電壓U2的二次值可按下式計(jì)算

U1=242kV(1+N%)/(220/0.1)=

110(1+N%)V

U2=18kV×1.1(1+n%)/(18/0.1)=

110(1+n%)V

式中：N,n分別為主變分接頭擋位和轉(zhuǎn)角變擋位，在此可取0，±1×2.5，±2×2.5；220/0.1為系統(tǒng)電壓互感器變比，18/0.1為機(jī)端電壓互感器變比．

由此可見，只有當(dāng)N=n時(shí)U2和U1電壓幅值相等．再從相位角度看，主變壓器為YNd11接線方式，機(jī)端電壓超前系統(tǒng)電壓30°，而通過轉(zhuǎn)角變后，機(jī)端PT電壓被矯正30°后得到U2和U1同相位．

4.2同期裝置主要參數(shù)設(shè)定

在發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)準(zhǔn)備工作中，要使同期屏上的轉(zhuǎn)角變與主變壓器的分接頭檔位一致．這樣，拆開發(fā)電機(jī)出口軟連接銅排，發(fā)電機(jī)與主變壓器在電氣回路上斷開，而機(jī)端電壓互感器與主變壓器保持連接．手動(dòng)合上斷路器(主變壓器高壓側(cè))后，由系統(tǒng)向主變壓器送電，進(jìn)行同期核相，同期裝置就可以測量到系統(tǒng)和機(jī)端電壓幅值、相位；若壓差和相角差較大，需要檢查一二次電壓相序是否一致，確認(rèn)壓差和相角差是否由于二次接線引起，再計(jì)算電壓補(bǔ)償系數(shù)和相角補(bǔ)償角度．

相角補(bǔ)償角度=ΦU2-ΦU1

如果沒有外部補(bǔ)償裝置，或者兩組PT的測量誤差比較大，則需要根據(jù)主變壓器倒送電時(shí)所測實(shí)際值按上述兩計(jì)算式進(jìn)行補(bǔ)償，并在裝置中進(jìn)行設(shè)定．本例中待并斷路器兩側(cè)的電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)角變補(bǔ)償，同期裝置中主要參數(shù)設(shè)置見表1．

表1　燃機(jī)同期裝置主要參數(shù)

表1中“壓差”和“頻差”項(xiàng)的+號(hào)表示機(jī)端數(shù)值大于系統(tǒng)，這樣沖擊電流的方向是由發(fā)電機(jī)流向系統(tǒng)，可以一定程度上減少發(fā)電機(jī)受到的沖擊．越前時(shí)間值保證系統(tǒng)與機(jī)端電壓相角差接近零度時(shí)，斷路器觸頭剛好接通，該時(shí)間值需要在假同期過程中進(jìn)行實(shí)測．假同期與同期合閘的唯一區(qū)別是在斷路器兩側(cè)隔離刀閘分開的條件下合上斷路器．

4.3分析波形

假同期和同期合閘時(shí)裝置所錄波形如圖1和圖2，圖中SyncON1-Sig，SyncON2-Sig，SyncON-

Sig，UNITCBON分別代表裝置合閘出口1，裝置合閘出口2，發(fā)出合閘脈沖、斷路器合閘反饋．當(dāng)同期裝置的兩個(gè)合閘出口節(jié)點(diǎn)SyncON1-Sig和SyncON2-Sig都閉合后，同期裝置發(fā)出合閘脈沖SyncON-Sig接通斷路器合閘回路．圖中從同期裝置發(fā)出合閘脈沖SyncON-Sig到斷路器合閘反饋信號(hào)UNITCBON返回的時(shí)間(如圖中豎線C1和豎線C2間)分別為88ms和87ms，裝置內(nèi)部的繼電器動(dòng)作時(shí)間為100-88(87)=12ms(13ms)，這部分時(shí)間未錄入波形中．

從圖1中可以看到，同期合閘時(shí)壓差、頻差及角差瞬時(shí)值分別為

dU1=U2-U1=+0.2V

df1=f2-f1≈+0.05

dA1=-0.6°

圖1　燃機(jī)假同期合閘波形圖

從圖2中可以看到，同期合閘時(shí)壓差、頻差及角差瞬時(shí)值分別為

dU2=U2-U1=+1.0V

df2=f2-f1≈+0.05

dA2=-0.4°

圖2　燃機(jī)同期合閘波形

兩次合閘過程的壓差、頻差和角差均在定值范圍內(nèi)，所以同期裝置沒有發(fā)出對U2及f2調(diào)整的指令．另外，從波形中可以清楚的看到假同期合閘后壓差、頻差和角差依然存在；而同期并網(wǎng)后，發(fā)電機(jī)已被拉入同步，壓差、頻差和角差基本為零．合閘時(shí)其他參數(shù)見表2．

表2　燃機(jī)假同期與同期合閘時(shí)主要參數(shù)

4.4修改定值

假同期合閘時(shí)角差dA1=-0.6°，滿足角差基本為零的要求．由兩次合閘波形數(shù)據(jù)可見，220kV斷路器合閘時(shí)的壓差都在1V以內(nèi)，頻差都在0.05Hz以內(nèi)，角差基本為零．最終將壓差定值由2V修改為1V，將頻差值由0.07Hz修改為0.05Hz，維持合閘越前時(shí)間100ms不變．

5汽機(jī)同期并網(wǎng)系統(tǒng)

5.1系統(tǒng)介紹

汽機(jī)同期裝置是深圳市智能SID-2C型，系統(tǒng)電壓取用的是母線PT開口三角的UA，機(jī)端電壓用Uac．

5.2汽機(jī)同期裝置主要參數(shù)

圖3　汽機(jī)同期電壓向量圖

在變壓器倒送電進(jìn)行同期核相時(shí)，要記錄系統(tǒng)和機(jī)端PT二次電壓．拆開發(fā)電機(jī)出口三相連接銅排，做好安全隔離措施，合上斷路器，對變壓器進(jìn)行全壓沖擊．檢查斷路器兩側(cè)二次電壓，測得系統(tǒng)二次電壓為104V，機(jī)端二次電壓為97V，作兩側(cè)電壓整定值的參考[4]，此過程中汽機(jī)主變分接頭在-2.5%擋．合閘越前時(shí)間可以參照裝置實(shí)測數(shù)值，同期裝置發(fā)出合閘指令后自動(dòng)測量斷路器合閘時(shí)間．假同期試驗(yàn)前同期裝置中主要參數(shù)定值見表3．

表3　汽機(jī)同期裝置主要參數(shù)定值

5.3分析波形

假同期合閘時(shí)裝置所錄波形如圖4和圖5，圖中K豎線為斷路器合閘時(shí)刻，UA1和UA2分別為系統(tǒng)和機(jī)端電壓值，錄波器中已經(jīng)將機(jī)端電壓UA2換算到系統(tǒng)，KK1和K1為接入裝置的斷路器狀態(tài)，圖中最底部顯示斷路器由分到合變位情況．

圖4　第一次假同期合閘波形

圖5　第二次假同期合閘波形

第一次假同期合閘波形中壓差值為10 137V，而機(jī)端電壓為227 470V(已折算至系統(tǒng)側(cè))，計(jì)算壓差百分比為

dU1=10 137/227 470=0.445=4.45%

5.4修改定值

由兩次合閘波形可知，220kV斷路器合閘時(shí)壓差可以控制在1.1%以內(nèi)，角差基本為零．最終壓差和頻差定值分別修改為+1.5%和+0.15Hz，維持合閘越前時(shí)間125ms不變．

6結(jié)束語

同期裝置定值的設(shè)定需要在分析假同期波形后，適當(dāng)調(diào)整壓差、頻差和越前時(shí)間等，可以減輕對發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，如果設(shè)定值調(diào)整的過小可能會(huì)發(fā)生并網(wǎng)超時(shí)．本例兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的同期裝置各有特點(diǎn)，在回路設(shè)計(jì)上有很大不同．同期裝置的設(shè)定值關(guān)系到電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行，要做好其設(shè)定需要綜合考慮裝置原理、回路特點(diǎn)、現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)．

參 考 文 獻(xiàn)

1溫玲玲，邵玉,等．某電廠非同期合閘事故分析報(bào)告．現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010

2許正亞．電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置．上海：電力工業(yè)出版社，1980

3許揚(yáng)，陸于平.非同期合閘對發(fā)電機(jī)-變壓器組差動(dòng)保護(hù)的影響及解決措施.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008

4SID-2CM同期說明書．

收稿日期：(2014-11-21)