水電站同期系統傳統試驗方法及簡化試驗方法

摘 要：電力系統對水電站同期并網有嚴格的要求，在調度令下達后要求在幾分鐘之內要并上網且帶上負荷。同時實現快速并網對滿足系統負荷供需平衡及減少機組空轉能耗有重要意義。同期系統的正常運行對水電站運行有重要的作用，水電站的初次投運、同期系統故障、電氣檢修后都要對同期系統進行調試，本文對同期系統的原理和正常調試及簡單調試方法進行探討。

關鍵詞：同期系統 傳統試驗 簡化試驗

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0116-01

1 同期裝置的基本原理

同期裝置是水電站的二次設備中極為重要的一個部分，它的工作正確與否直接決定了發電機能否安全快速的并入系統，所以在機組啟動或檢修后對同期裝置的試驗顯得極為重要。同期的方式有兩種，一般分為差頻并網和同頻并網。所謂差頻并網：按準同期條件并網時需實現并列點兩側的電壓相近、頻率相近在相角差為0度時完成并網操作。發電機與系統并網和已解列兩系統間聯絡線并網都屬差頻并網。而線路側斷路器并網一般是同頻并網，所謂同頻并網：未解列兩系統間聯絡線并網屬同頻并網（或合環）。這是因并列點兩側頻率相同，但兩側會出現一個功角δ，δ的值與聯接并列點兩側系統其它聯絡線的電抗及傳送的有功功率成比例。這種情況的并網條件應是當并列點斷路器兩側的壓差及功角在給定范圍內時即可實施并網操作。并網瞬間并列點斷路器兩側的功角立即消失，系統潮流將重新分布。因此，同頻并網的允許功角整定值取決于系統潮流重新分布后不致引起新投入線路的繼電保護誤動，或導致并列點兩側系統失步。

準同期的三個條件是壓差、頻差在允許值范圍內時應在相角差為零時完成并網。壓差和頻差的存在將導致并網瞬間并列點兩側會出現一定無功功率和有功功率的交換，不論是發電機對系統，或系統對系統并網對這種功率交換都有相當承受力。因此，并網過程中為了實現快速并網，不必對壓差和頻差的整定值限制太嚴，以免影響并網速度。但發電機并網時角差的存在將會導致機組的損傷，甚至會誘發后果更為嚴重的次同步諧振（扭振）。因此一個好的同期裝置應確保在相差為零時完成并網。

2 國內水電站同期系統的現狀

目前，國內水電站的自動化程度參差不齊，基本上的規律是越是后面建的水電站，自動化程度越高。同期設備的工作原理及試驗方法，從發展的階段和現存的設備來分有四種：第一種是最簡單的三燈法，就是在系統側和待并側的三相中接入三個燈泡，以三個燈亮滅的速度來判斷兩側的頻差，在三燈同時滅的時候手動迅速合上發電機出口斷路器。現在還廣泛用于400 V小水輪機組上，其優點是成本低，檢修更換方便，但對操作人員的操作技巧要求高；第二種是同步表法，應用于大部分水電站或已經有微機同期裝置水電站的備用手動同期系統中，其使用方法是觀察同步表的壓差指針和頻差指針，手動調整發電機的轉速和勵磁電流，壓差和頻差都平衡后，在角差指針指到零時，合上發電機出口斷路器，完成并網；第三種是晶體管同期裝置，國內代表作是ZZQ5，但是由于電子元件壽命的原因，大部分用此種同期裝置的電站如果沒有更換成微機同期裝置的話，就基本在使用手動用同期表并網了，第四種是微機同期裝置，經過十多年的發展，單片機在同期裝置中的發展已經相當的成熟，其自動化程度高，穩定可靠，已經是現在的主流。

3 同期系統的現場簡化調試方法

在機組大修、同期回路檢修、電氣檢修、或一些小水電站投產的時候，由于條件所限，現場沒有繼保儀、示波器等設備，而檢修后不對同期系統進行調試而導致惡性事故的情況已經有了先例，在江西一個水電站，由于母線電壓互感器燒壞，檢修人員對其進行了更換，那是一種羊角式電壓互感器，其首端和末端外觀上是一樣的，檢修人員未能對其進行區分，結果裝反了，導致發電機非同期合閘，差動保護動作。筆者通過十幾年的調試經驗，總結了在現場只用相序表和萬用表這兩樣最基本最常見的設備對同期系統進行調試，在多個水電站交接試驗和檢修調試中未出現任何安全事故，實踐證明此方法 適用于所有的同期裝置，其方法步驟如下。

（1）檢查一次系統是否正確和相序是否正確，發電機一次系統中發電機本體通過電纜或共箱母線接到高壓柜10 kV母線上，其通常會出現的錯誤有發電機廠家出線柱標錯相位指示、電纜或共箱母線相序接錯，電壓互感器相序接錯，其檢查方法是合上發電機出口斷路器，開啟發電機，發電機轉動后，由于轉子在出廠和交接試驗中會有一定的剩磁，所以發電機出口會產生幾十伏到一百多伏的殘壓，如果沒有殘壓，側可以停下機組，用直流焊機對發電機轉子充磁五分鐘，在用萬用表測量到電壓后，分別檢查發電機出口及發電機出口母線上和電壓互感器接線處的三相電壓是否平衡，相序是否是正序，如果不是，哪就要檢查接線是否正確了。對于主變的接線，除了目測外，最主要的是通過二次回路檢查法了。

（2）二次回路的檢查：二次回路的錯誤一般是接錯線，或者是一次回路錯了，二次回路跟著就錯了。通常的試驗方法是合上發電機出口斷路器和主變高壓側斷路器，利用發電機升壓，帶起發電機出口電壓互感器、發電機母線電壓互感器、主變高壓側電壓互感器，用相序表測量相序應該都是正序；在同期裝置的端子上，用萬用表測量系統側和待并側的各相電壓之差，對于發電機出口同期點，其測量的是發電機出口電壓和發電機母線電壓，同相之間的電壓差應該為零（由于電壓互感器有個變比誤差，其結果可能不為零，可能在零點幾到一兩伏之間），不同相之間的電壓一般為線電壓100 V左右，而對于主變高壓側同期點，由于主變壓器接線組別的原因，它和發電機出口同期點不一樣，主變壓器的接線主組別一般是YD-11所以，測量主變高壓側電壓互感器二次側和發電機母線電壓互感器二次側電壓差的時候，其同相之間的電壓差一般在40 V左右，而異相的電壓差一般會在130 V左右。

（3）同期裝置檢驗：通過一次回路檢查，二次回路檢查，基本上可以確定外部回路是正確的，這樣子就可能對同期裝置本體進行調試。其方法是開啟發電機，做假同期試驗，用萬用表測量系統側和待并側兩端的電壓，應該基本相等，再測量同相電壓，可以發現電壓在周期性的變化，觀察同期裝置的顯示，當其頻差相差較大時，其萬用表顯示的電壓周期性變化較快，調節發電機頻率，當萬用表電壓周期性變化較慢時，觀察同期裝置的角差位置，如果在180度時，萬用表顯示的壓差應該最大，如果是在0度時，萬用表顯示的壓差應該是最小的，由于數字式萬用表的顯示有一定的滯后性，通常用指針式萬用表會更直觀看到這一點。當角差在0度時，同期裝置應該發出合閘令，這樣證明同期系統是正常運行的。對于變壓器高壓側同期點，其原理也是一樣的。

4 結語

工程技術人員要善于總結經驗，在做維修和調試時能根據現場實際情況用現有設備或最容易得到的設備，達到最終的調試目的。

參考文獻

[1]JB/T3950-1999，自動準同期裝置.

[2]SID-2CM，同期說明書.