3/2接線方式同期回路的設計與應用

張瓊

(廣東珠海金灣發電有限公司，廣東 珠海 519050)

0 引言

發電機并網操作直接涉及電網系統的穩定和發電機的安全，隨著電力系統容量及機組容量的不斷增大，機組能否快速、可靠、安全并網成為確保系統和發電機本體安全的重要問題。隨著技術的發展，先進的微機同期自動檢測裝置已投入使用，同期的檢測和捕捉已經得到較好的解決，在大多數變電站得到廣泛的應用，技術已十分成熟，可靠性高。為適應各種運行方式的靈活轉換，電網中的500 kV變電站大多數使用靈活的3/2接線方式，機組同期并列點的選取、同期判別的兩側電壓的選用都是同期回路設計的關鍵所在。本文以珠海金灣發電有限公司4機組同期回路的改造為例，對3/2接線方式同期回路設計的特點與同期試驗方法進行分析。

1 同期控制回路的設計特點

DL/T 5136—2001《火力發電廠、變電所二次接線設計技術規程》規定:發電廠每臺機組設1套自動準同期裝置，也可設1套帶有閉鎖的手動同步裝置。珠海金灣發電有限公司發電機同期是按規程要求進行配置的，但手動同步操作由于沒有自動選擇時機，合閘時機隨意性很大。頻差小時，在同期閉鎖裝置允許范圍內斷路器就能合閘，同期合閘導前時間不好把握;當斷路器實際合閘時，可能已不能滿足同期條件，從而造成非同期合閘，對斷路器、發電機以及系統都會造成沖擊。因此，大容量機組一般使用自動準同期進行并網操作。

珠海金灣發電有限公司#4機組自動準同期回路改造前，裝置的合閘指令出口直接接入并列點斷路器的合閘控制回路中。這種直接合閘的方式是依賴準同期裝置來保證機組安全并網的，一旦自動準同期裝置出錯，極易誤合閘，造成發電機非同期，帶來的后果極其嚴重。為避免出現這種情況，#4機組大修時對同期回路進行了改造，在2個斷路器并列點的交流電壓回路上各增加1個同期檢查繼電器TJJ，將TJJ的常閉接點串入同期合閘出口回路。另外，還增加了4個交流電壓空氣開關，并網操作前將所選取并列點對應的2個交流空氣開關合上，并網成功后，退出同期裝置并將這2個交流空氣開關斷開。由于SID－2CM同期裝置直流電源在發出合閘指令后會帶時限自動斷開，這就使得同期裝置在非操作時間里都不帶直流、交流電，同期裝置只發1次合閘指令，提高了裝置合閘的可靠性。圖1為改造后的電壓輸入回路及出口回路。

在珠海金灣發電有限公司的同期輸出回路中(如圖2所示)，采用的中間繼電器為HJ繼電器，該繼電器為電磁式中間繼電器。這種繼電器的線圈匝數較多、線徑較小、線圈電阻較大、繼電器的動作電流及動作功率較小、動作特性穩定。該繼電器線圈的電感較大，這個大電感不僅使繼電器動作時間延長了40～50 ms，而且在自動準同期裝置出口接點斷開回路電流時，會產生極大的自感電勢，這個電勢反饋到自動準同期內，可能會燒壞裝置內出口繼電器的觸點或形成一個多次放射的場干擾，造成微機裝置死機。因此，在繼電器的線圈上并接一個由反向二極管與阻值為200Ω電阻串接的消弧回路，以抵消該電勢。

3/2接線方式下運行的發電機如果選用出口斷路器作為機組并列點，只需將兩側的電壓接入同期裝置便可。若發電機出口沒有斷路器，則同期并列點選在主變壓器高壓側，同時，為配合3/2接線方式的靈活操作，配有2個并列點供選擇。以珠海金灣發電有限公司#4機組的同期配置為例，同期裝置選用SID－2CM，裝置本身設有8個通道，可供8臺斷路器并網使用，合閘輸出繼電器只有1對常開空觸點，在選擇并列點時，需要配備與同期裝置配套設計的SID－2X型選線器，將2個并列點各自對應的合閘控制、待并側電壓、系統側電壓、斷路器輔助觸點等信號接入選線器。在并網操作時，只要選擇并列點，同期裝置便會選擇其對應的通道做出反應。

2 同期交流電壓回路的設計特點

2.1 同期交流電壓的選擇

大型發電機通常采用中性點經電阻接地的接地系統，根據DL/T 5136—2001《火力發電廠、變電所二次接線設計技術規程》中關于電壓互感器二次繞組的接地要求，電壓互感器二次繞組應采用B相接地，如果采用N相接地方式，當系統發生一相接地時，相電壓會偏移;也可以采用V－V接線方式的電壓互感器來避免此情況。另外，大型發電機發生一相接地時相電壓產生偏移，選取相電壓進行同期比較，僅能進行某一相的比較，另外兩相若存在相序錯誤等其他問題則無法檢測到，從而會產生非同期合閘或合閘時沖擊電流大的重大隱患。因此，3/2接線方式下發電機選取出口斷路器作為并列點時，必須選用線電壓作為同期電壓才可靠、合理。若3/2接線方式的發電機選取變壓器高壓側斷路器作為并列點，此時待并側與系統側電壓互感器均接在500 kV中性點直接接地系統，因為中性點直接接地系統的距離、零序方向保護要求電壓互感器二次繞組中性點接地較優越，因此，兩側電壓互感器二次繞組同為中性點接地，同期電壓選用相電壓便可。珠海金灣發電有限公司便是此種情況，采用A相電壓進行同期判別合閘條件。

2.2 交流電壓切換回路設計

3/2接線方式同期并列點選用主變壓器高壓側斷路器時，同期電壓的選取較靈活多變，需要經過電壓切換來滿足需求。電壓切換的設計以就近區優先取電壓邏輯為原則。圖3為珠海金灣發電有限公司#4機組所掛的第2串500kV接線PT布置圖。例如，當選用GS111斷路器作為并列點時，此時判斷GS218刀閘在合閘位置，待并側電壓就取至主變壓器高PT2;若GS218刀閘斷開，而GS210在合閘位置，待并側電壓選至線路電壓PT3;若GS218，GS210都斷開，系統電壓選至II母電壓PT4，而系統側電壓只判GS211在合閘位置取至I母電壓PT1。圖4為隔離開關從動繼電器回路，圖5為電壓切換就近區優先邏輯接線圖。

3 同期回路檢查試驗方法

當發電機同期回路在檢修中接線發生變動時，特別是在控制回路和交流電壓回路發生異動、新回路投入使用之前，必須做同期模擬試驗以驗證接線是否正確。這點非常重要，回路中只要有1根線接錯位置，都會帶來極其嚴重的后果。

3/2接線的發電機同期電壓選擇在出口斷路器，需要進行核相試驗，有2種方法:斷開主變壓器高壓側刀閘，發電機帶主變壓器進行零起升壓;解開發電機出口與封閉母線的軟連接，合上發電機出口斷路器，由系統對主變壓器和發電機出口斷路器發送電進行核相。2種核相操作都比較復雜。

若同期電壓并列點選擇在主變壓器高壓側，在發電機并網前，高壓側開關在合環時，系統側和待并側電壓都為系統電壓，投入同期裝置，檢查裝置上顯示的兩側電壓、頻率一致，相位差指示燈保持在同期點，表示電壓回路接線正確。最后，為保證同期回路的正確性，需分別做高壓側2個并列點的假同期試驗。主變壓器高刀閘斷開并切斷其動力電源，高壓側并列點斷路器斷開，各刀閘保持合閘狀態，將主變壓器高刀閘輔助接點短接，將主變壓器高電壓送進同期裝置的待并側，帶斷路器出口模擬假同期并網，錄波檢查自動準同期發出合閘指令至發電機出口開關的導前時間設置正確，發電機開關應在電壓差約為0 V、相位差為0°的時刻合閘。圖6為珠海金灣發電有限公司#4發電機假同期試驗錄波圖。

圖5 電壓切換就近區優先邏輯接線圖

圖6 #4發電機假同期試驗錄波圖

4 結束語

發電機同期并網大都是在差頻方式下合閘，不考慮功角、壓差的同頻合環操作，可能導致系統繼電保護誤動作，甚至還會至造成系統振蕩。另外，發電機的非同期合閘會引發發電機軸系統出現扭轉，導致轉子軸系發生嚴重損壞。因此，同期回路應根據機組的實際接線方式來設計，確保其合理、正確、可靠。

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