同期系统整定问题分析.pdf

2 0 1 ( 年第 2 8卷第 5期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R M0NG0L I A E L E C TRI C P OWE R 2 7 同期 系统整定 问题分析 An a l y s i s t o S e t t i n g I s s ue s o f S y nc h r o n o u s S y s t e m 张鹏 ， 杨 平 ， 王蕴敏 ， 白全新 ， 云 峰 ( 1 内蒙古电力科 学研 究院 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ； 2 包头供 电局 ， 内蒙古 包头0 1 4 0 3 0 ) 【 摘要发 电机组 正 确， 将 造成 “ 压 差 并 导前 时 间整 定不精 确 额 定 电压 、 相 位 差 、 导 期二 次 系统错 误 导致 的非 同期 并列 的发 生。 关键词】同期系统； 定值整定 ； 相位差； 导前时间； 并网向量 文献标志码B 文章编 号1 0 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 2 7 0 3 0 引言 同期系统特别是大型发电机组 的自动准同期系 统和变 电站综合测控的同期并网系统 ，决定着 2解 列 运行 的 电源并 网时 能否 稳定 可靠 并 网 。同期 系统 并 网的 “ 理 想 ”参 数是 电压 压差 AU = O V，相 位 差 = 0 。 ， 频差 A f = O H z ； 同时通过测量法测得精确合 闸导前时间 t 。通过合理精确整定同期参数可有效 防止各类型并网冲击的产生 最大限度地避免由于 同期二次系统错误导致的非同期并列的发生 ，特别 是 对大 型机 组 和频繁进 行并 网操作 的调 峰机组 意 义 更 加重大 1 同期系统结构 同期系统结构图见图 1 所示。 发电侧 ， 通常设计 为“ 自动准 同期系统” ， 主要由 自动准同期装置 、 同期 测 量及 闭锁 回路 、 调 频 调压 回路 以及 E C S控 制 逻辑 等组成 ， 也有个别机组( 多为小型老式机组 ) 采用“ 手 动 同期系统 ” 。电 网侧 ， 在 综合 自动化变 电站 的综 合 测控系统中集成 了同期并网逻辑 ，并且可以通过测 控装置所设计的功能把手 、功能压板实现由运行人 断 并 图 1 同期系统结构 图 员 可控 操 作 的功 能 ； 在 电网侧 多 采 用 “ 检 同期 ” 方 式 进行 同期并列 。 2 同期系统参数整定不 当对 电网的影响 由于对 同期系 统参 数整 定 的合理性 缺 乏足 够 的 认识 ，许多运行机组及准备投运的新机组同期参数 量值设定不合理。 同期参数整定不合理 ， 往往导致并 网冲击较大，机组并 网即带大无功 、同期失败等问 ( 收稿 日期2 0 1 0 0 7 2 2 作者简介张鹏( 1 9 7 7 一) ， 男 ， 山西省人 ， 学士 ， 工程师 ， 从 事电力 系统及继 电保护研究工作。 2 8 内 蒙 古 电 力 技 术 2 1) 1 0 年第 2 8 卷第 5 期 题 ， 严重的可导致非同期并列， 对发电机组轴系造成 巨大损伤； 或对 2电网稳定运行造成破坏 ， 导致其他 保护装置动作 ， 从而使 2网解列运行。 并网同期参数 整 定不 合适会 对并 网带 来严 重后果 ， 主要 表现如 下 。 2 1 额定 电压 2 1 1 影 响 2侧额定电压 ( 或压差 ) 整定不正确将造成 “ 压 差并网” ， 引起系统及机组的“ 无功冲击” ， 主要表现 为： 机组并 网带大无功或并网时发电机进相运行 当 发 电厂 多机组并 联运行 时 ，这 种无 功波动会 影 响其 他机 组无 功出力 的重新 分配或 改变无 功潮 流 ，对 母 线电压产生较明显的扰动。其数学模型为 ： 与 同相位 = 0 。 ， 且频差 A f = 0 H z ， 冲击电流为 = ( 一 U s ) j X ” d 。当 - 0 ， 即待并侧电压大于系统侧电 压时， 则冲击 电流滞后机端电压 9 0 。 ， 电流将对发电 机起去磁作用， 使机端电压降低 ， 同时发电机并网时 立 即输 出无功 ； 当 _ 0 ， 即待 并侧 电压 小 于系 统 侧电压 ， 冲击 电流超前机端电压 9 0 。 ， 电流将对发电 机起增磁作用， 使机端电压升高 ， 同时发 电机并 网时 立即吸收无功。压差整定范围参见表 1 1 ” 。 表 1 I N , 差及 相 位 差 整定 范 围 2 1 2典 型 案 例 某 发 电厂 属 于 特 大 型 发 电 厂( 4 x 3 3 0 MW+ 4 x 6 0 0 MW) ， 检查中发现其 4台 3 3 0 MW 机组系统侧 、 待并侧二次额定 电压定值均整定为 1 0 0 V，由于未 考虑 主变分接 位置 导致 的两侧 电压差 ，使得并 网二 次压 差约 为 二次 额定 电压 的 l 1 ， 因此 机组 并 网 即 带大无功运行( 约 1 0 0 Mv a r ) ，不仅机组无功冲击 大 ， 而 且影 响其他运 行机组 无功 出力 的分配 。 2 2相位 差 2 2 1 影 响 相 位差 ( 相 角 差 ) 的存 在 会 引起 “ 有 功 冲击 ” ， 机 组的轴系受到电磁扭矩的作用，极大地影响轴系的 安全 ， 增 加轴 系金 属疲 劳 度 ， 影 响寿命 ， 机组 容 量越 大 ， 影响越明显。相位差整定范围见表 1 。出现非同 期并网情况时， 当合闸相位差 A q = 1 2 0 。 时， 电磁扭矩 最大 ， 对轴系的扭转破坏最严重 ， 极端情况可导致大 轴扭断事故 ；当合 闸相位差 = 1 8 0 。 时 ，冲击电流 = ( 一 U s ) j x” d = 2 U s j X” d ， 冲击电流达到最大 ， 相当 于 2倍 额定 电压下发 电机 出 口三 相短路 2 1 ， 定 子将 承 受最大电压差带来的最大应力作用及过电压和过电 流 ， 直接导致定子绕组线棒变形 、 绝缘击穿和烧损。 如果并网时存在较大的相位差与电网系统物理参数 配合的情况，可能导致次同步谐振 ( 或称之为扭振 13 1 ) ， 会严 重影 响轴系 安全 。 2 2 2典 型案例 某 发 电厂机组 ( 2 x 6 0 0 MW) 系统 侧 为 5 0 0 k V三 相裂相升压变压器接入 ，机组大修后未能准确恢复 同期二次回路 ，导致其 l 号发电机合闸相位差 = 1 8 0 。 非同期并列 ，变压器 A、 B相绕组绝缘击穿接 地 ， 直 接烧毁 A、 B两 相变压 器 。 某 枢纽 变 电站 在测控 装置 同期 系统未整 定情 况 下 ， 进行 2侧 电源 系统 的并 列 ， 导 致 系统问非 同期并 列 ， 大电源侧系统受到冲击 ， 小电源侧解 网， 多台运 行机组保护动作停机 。 轴系受损。 2 3导前 时 间 2 _ 3 1 影 响 导前时间 t 整定的不精确将无法保证并列点在 并 网时相位差 恰好为 0 。 的精确并网条件。实际 运行过程 中发现，在其他参数整定较为精确的情况 下， 并网机组仍然无法避免并网冲击的发生， 其主要 原 因为导前时间 t 不是精确测量得到的， 而是通过 简单的参数相加或估算而确定的。 2 3 2典 型案例 某 电厂机 组 ( 2 x 2 0 0 MW) 同期 系 统导 前 时 间是 根据并网设备技术说明进行简单叠加估算 的，未进 行精确的系统导前时间测试 。 并网操作中。发现 ， 在 若干次并 网中总存在并 网冲击较大的现象，且冲击 类型不确定。 修正导前时间后 ， 并网冲击现象未再发 生 同期并网参数整定分析 3 1 并 网向量 的确 定及 调整 同期 向量是指给自动同期装置或同步表提供的 用 以识别 和判 断电源 之间相 对关 系的 向量 。 由于 同 期并 列 时主要考 虑 2电源 问能否保 证在 “ 并 列 时刻 ” 同时满足同相位 = 0 。 、 同电压 = U s 、 同频厂 G 。 = 这 3个“ 理想” 的并网条件 ， 而上述 3个参数均可 通过采集 电压量得到，因此 同期向量特指待并侧与 系统侧对应的“ 电压向量” 。国内各类型发电厂一般 以发电机一变压器组系统设计 ( 小容量机组有出 口 断路器设 计方案 ) ， 即发 电机 出 口直 接连接 在变 压器 低压侧 ， 断路器连接在变压器高压侧， 并与系统母线 连接。 在发电机 同期向量的选取中， 常规设计为待并 2 0 1 0 年第2 8 卷第5 期 内 蒙 古 电 力 技 术 2 9 侧选取发电机机端电压向量 ，系统侧电压选取母线 侧电压向量， 系统接线见图 2 。由于发 电厂升压变压 器连 接方 式通 常为 Y o 一 1 l 接 法 ，决定 了待并 侧 与 系统侧 “ 同名 ” 向量 ， 如 超前 A N 3 0 。 ， 见 图 3 。 母 线 断 C 图 2发变组系统图 A 图 3发变组同期向量图 B 变压器连接方式导致 的待并侧与系统侧固有的 相位差 必须 通过 适 当的补 偿方 式解 决 ，通 常 的设 计 方案有 如下 2种 ： ( 1 )2侧选 取 同相 位 向量 ， 补偿 电压 幅值 。 从 图 3可以看 出， 系统侧相电压 与待并侧线电压 。 同相位 ， 同理 ， 与 ， 与 均为同相位。由 于线电压 U ： 、 3 U ( 相电压 ) ， 因此在典型设计 中 ，系统侧 取母 线 T V二 次 电压 为 1 0 0 V的抽 取 电 压 ， 用 以补偿 电压 幅值 。 ( 2 )完全取同名向量 ， 通过设计转角变或在 自 动准同期装置 内进行计算补偿转角的方法 ，补偿由 于变压器连接带来的固有相位差 ，如 与 相 位 超前 3 0 。 ， 电压幅值相等。 考虑转角变接线 或 同期装 置补偿 接线 及 相关 人员 对超前 、滞后 的理 解存在差异 ，因此必须通过一次系统核相确定转角 的补 偿方 向及 角度 。 所 谓 一次 系统 核相 ， 是 指利用 同 一 电源系统接带母线 T V ( 系统侧电压 )和机端 T v ( 待并 侧 电压 ) ，检验 二次 同期 向量 的相 位关 系 和确 定同期向量补偿的正确性。 3 2并 网点 待 并侧 、 系统 侧额 定 电压 的整定 同期装置通常 以分别整定系统侧 电压和待并侧 电压额定值的方式来确定同期向量电压幅值，作为 差电压的比较基准 。由于运行方式对 “ 主变分接位 置” 的要求不同 导致主变 2侧运行电压并不一定与 T V设计 的额定电压对应。如某发 电厂 2 2 0 k V升压 变 电压 变 比为 ( 2 4 2 2 2 5 ) k V 2 0 k V， 机端 T V变 比为( 2 0 、 3 )k V ( 0 1 、 3 )k V， 母线 T V变比为 ( 2 2 0 、 3)k V ( 0 1 、 3 ) k V。如果主变分接位置 为额定档位 ， 机端一次线电压升至额定 2 0 k V， 二次线 电压为 1 0 0 V时 ，主变高压侧一次线 电压应为 2 4 2 k V， 二次线电压为 1 1 0 V。 因此不能简单将系统侧电 压和待并侧 电压额定值同时整定为线电压 1 0 0 V或 相 电压 5 7 7 3 5 V，必 须通 过 一次核 相 确定 2侧 电压 对 应额 定基 准 。通 常采用 的方 法有 如下 2种 ： ( 1 )反 送 电 ( 或 倒送 电 ) ， 即将 发 电机 完 全与 系 统断开 ， 系统作为电源接带升压变及机端 T V， 记录 同期装置采样结果 ： ( 2 )带母线零起升压 ， 确定 2侧 T V二次采样 基 准 。 以上 2种方 法所 得二 次采样 值 可 以作 为 2侧 额 定 电压整 定依 据 。 3 - 3 导 前 时 间的整定 导前 时间 t 是 同期 系统从合 闸指令发 出到断 路器完全闭合操作过程 中回路所有的固有时间的累 加 ， 其 中包 括合 闸继 电器 、 中间继 电器 、 断 路 器 的动 作时 间 ， 通 常导 前 时 间为 5 0 6 0 0 m s ， 时 间长 短 主要 取 决 于断 路器 的机 械动作 时间 ，精 确 整定导 前 时 问 决定着并 网时是否相位差 0 。 。因此， 笔者认为 导前时间定值的整定必须通过测量方法取得 。通常 自动准 同期装置设计 了导前时间测量功能 ，可以通 过多次带 断路器 同期试验测得 每次动作的导前时 间， 剔除其中离散性较大的数据， 计算得出精确的导 前 时间 。 3 4其他 典型 整定 问题 同期系统装设“ 同期检查继 电器” 时特别注意 如果同期 向量选取为同名电压且 回路 中未装设转角 变时， 由于固有的 3 0 。 角差 的存在 ， 当整定同期检查 继电器“ 闭锁角” 时， 角度定值应叠加固有转角。 准 同 期 允 许 并 列 频 差 范 围 一 般 为 额 定 频 率 的 0 2 - 0 5 ，对于工频 5 0 H z 系统 ，其整定范围为 0 1 - 0 2 5 H z ， 为保证机组快速并 网， 频差允许应大于 0 1 H z 。通常 自动准同期装置会调整( 下转 第3 5页) 2 0 1 0 年第 2 8 卷第 5 期 内 蒙 古 电 力 技 术 3 5 工作情况考核完成后 ，系统根据考核标准计算 定 量考 核工 日；根据 定性 与定 量考 核结 果计 算 最终 考核分数 ：根据考核结果及计算规则计算各部 门产 值 ； 根 据考 核管 理规 定对 考 核分数 进行 加 ( 扣 ) 分 。 最 后 ， 根据 考 核结 果 出具 专业 所 、 管理 部 门绩效 考 核统 计表 ， 并根据专业所工作情况 ， 按照集团公 司、 发供 电企业 分类 进行 统计 。 3 2 功 能整 合 ( 1 )电 科 院 科 研 开 发 工 作 情 况 每 月 填 报 在 基 于Ma x i m o平 台 的科 研 管 理系 统 中 ， 绩 效管 理 系统 中 专业 所 关于科 研 开发 的工 作情 况可 直接从 科 研管 理 系统 中链 接 。 ( 2 )为避免重复填写专业所定量考核部分的内 容 。 目前在电科 院管理信息系统 中可直接操纵 Ma x i mo 数据库 ， 实现此部分 内容的添加或修改。另外 ， 也可在 电科院管理信息 系统 中编写 We b S e r v i c e 在 Ma x i m o中调 用 获取 。 _ ( 上接 2 9页) 发 电机频 率 略高于 系统 频率 且 由于 合闸继 电器动作时间、断路器合闸时间等中间时延 环节存在一定的离散性 ，无法绝对保证 同期并列点 完全满足相位差 A q = 0 。 ， 因此 ， 通常希望并列时刻发 电机相位略超前于系统 ，这样可实现同期并列时发 电机立 即发 出有 功负荷 ，系统 在发 电机 定子 内形 成 阻碍转子运动的制动力矩 ， 快速将发 电机拉入同步 。 这里 要特 别强 调 ，同期 系统 必须 经过 一 次系 统 核相( 定相) 来进行系统检验 ， 无论采用反送 电方式 ， 还是 带母 线零 起升 压方 式 ，均可 以有 效地 检查 同期 向量 的相 序 、 相位 、 幅值 、 频 率 以及 闭锁逻 辑等 内容 最大 限度 地保 障 同期 系统 的准确 性 和完 整性 ，确保 同期系统能够安全可靠工作。 4 结束语 精确合理地整定 同期系统各相关参数是保证 同 4 结论 电科 院绩 效管 理 系统 的设计 遵循 了电科 院绩 效 考核 管理 办法 不 仅 可减少 工作 人 员填报 及绩 效 考 核 的工作 量 ， 提 高绩 效 考核 的准确 性 和时效 性 ， 而且 对未来绩效管理方式的变化能作出快速响应 ，为绩