330 MW機組非同期并網原因分析及解決方案

楊朝蓬

(大唐略陽發電有限責任公司，陜西 漢中 724300)

0 引言

某公司6號330 MW機組為單臺建設機組，工程預留二期1臺330 MW級火電機組及1條330 kV出線的場地。為節省造價，原工程采用過渡接線方式，電氣主接線采用發電機-變壓器組-線路單元接線方式接入330 kV系統，如圖1虛線框內所示。2014年2期工程開工后對原有330 kV變電站進行擴建改造，新增1個母聯間隔，2個PT間隔，1個主變間隔，1個啟動/備用間隔，1個出線間隔，并補齊前期出線間隔和主變進線間隔的刀閘。最終接線方式為雙母運行方式，如圖1所示。改造完成后，發現6號機組在每次同期并網時都會引起330 kV母線電壓及頻率的波動，尤其是在2016年的2次并網過程中均產生了較大的沖擊電流。

1 同期裝置工作原理

圖1 改造后接線方式

該公司6號機組采用自動準同期并網方式，同期裝置選用南京東大金智電氣自動化有限公司生產的MFC2061微機自動準同期裝置。該裝置采用高性能雙微機(雙CPU)結構，雙機間互相獨立，合閘結果由雙機表決輸出。該裝置采用現代控制理論，快速跟蹤電壓和頻率，調節待并發電機組，同期速度快、精度高。軟件采用多重冗余設計，加上全面的自檢措施，具有極高的可靠性和穩定性。

6號發電機原同期裝置工作原理如圖2所示。發電機機端電壓經6號主變升壓，再通過3306開關送電至330 kV母線系統。發電機與系統并網由自動同期裝置完成。同期電壓取高壓側330 kV線路PT開口三角形L730-Sa730電壓(100 V)引至同期裝置作為系統電壓。取機端二次電壓A6223-C6223(100 V)引至同期裝置作為發電機電壓。擴建改造后，機端電壓保持不變，高壓側同期電壓取自330 kV母線PT切換后的開口三角形L730-Sa730電壓(6號機組在I母并網時取I母電壓，在II母并網時取II母電壓)。機組正常運行時，機端電壓A6223-C6223和系統電壓L730-Sa730幅值和相位相同，相位差為0。當發電機定速后，起勵至額定機端電壓，投入同期裝置，此時同期裝置自動調節壓差、頻差、相位差，使發電機機端電壓與系統電壓以一定的差頻周期旋轉。當同期裝置檢測到系統電壓與機端電壓同時滿足壓差、頻差、相位差并網條件時，同期裝置以整定的導前時間發出同期合閘指令，合上3306開關，6號機組與系統同期并網。

2 并網時出現較大沖擊電流的原因分析

6號機組停機期間，組織專業人員對引發同期并網時出現較大沖擊電流的各種因素和環節進行逐項分析和排查。

(1) 檢查故障錄波動作情況發現，發變組、線路故障錄波裝置均有錄波記錄，錄波報文為電流突變量啟動錄波，三相電流幅值大幅增加，330 kV母線電壓幅值降低，且有畸變。檢查分布式控制系統(distributed control system，DCS)運行監控記錄，發現發電機勵磁電流、無功功率、有功功率在機組并網瞬間均有較大增幅。

(2) 檢查同期裝置定值及性能。檢查同期裝置定值如下：允許頻差為±0.2 Hz，允許壓差上限為0、下限為-11 V，導前角20°，導前時間160 ms，均符合要求。核查新更換的同期裝置送檢試驗報告，壓差閉鎖、頻差閉鎖、角差閉鎖動作值符合整定值要求。調頻、調壓性能完好，同步指示、同期合閘脈沖正確動作，未發現異常。

圖2 同期裝置二次電壓回路原理

(3) 在6號機組停機前對同期裝置上電檢查，發現裝置測量機端電壓與系統的幅值、頻率均相同，但相位相差66°。正常情況下機組并網后機端電壓與系統電壓相位應保持一致或有很小的測量誤差，而此時有66°的相位差，說明電壓二次回路存在接線錯誤，使得測量值與實際值不符，導致機組在并網時與系統實際有60°的相位差，造成非同期并網。停機后對二次回路檢查發現，現場實際是將L730-Sb730接入了同期裝置(見圖3虛線框內)，而圖紙要求將L730-Sa730電壓引入同期裝置(見圖3)。

電壓回路向量如圖4所示。從圖4可知，機端A6223-C6223電壓與高壓側開口三角形L730-Sb730電壓有60°的相位差，機端電壓超前高壓側電壓60°。也就是說，當同期裝置認為機端電壓與系統電壓達到同步時，實際上主變高壓側一次電壓與330 kV母線一次電壓之間是有60°相位差的。當裝置發出合閘命令后，發電機與系統非同期并網，因此會產生較大的沖擊電流。

圖3 PT二次接線

3 解決方案

此接線錯誤為擴建改造時施工單位未按圖施工造成的。由于330 kV母線仍在運行中，PT二次回路帶電改線安全風險較大，因此需設法在發電機側對二次回路進行修改以滿足同期需要。

由圖4可知，同期點兩側電壓有以下2種選取方式：

(1) 當機端電壓取UAC時，330 kV電壓取母線PT開口三角形a相電壓；

(2) 當機端電壓取UBC時，330 kV電壓取母線PT取開口三角形a，b相電壓矢量和(L730-Sb730電壓)。

以上2種接線方式引入同期裝置的電壓均大小相等、方向相同，滿足同期要求。故現場選用第2種方式對二次回路進行改造，在同期柜內將機端電壓A6223-C6223改為B6223，C6223接線方式。回路改造后，60°的測量誤差消除，重新開機后機組并網一次成功，并網時電流正常，系統無波動。運行中檢查機端電壓與系統電壓幅值、頻率均正常一致，相位相差為6°(屬正常PT制造誤差及同期裝置采樣誤差)。

圖4 電壓回路向量

4 結束語

非同期并列的機組在合閘時會產生巨大的沖擊電流，對發電機和變壓器及系統造成嚴重沖擊；嚴重時會使待并發電機繞組變形、絕緣崩裂，甚至將定子繞組燒毀。即使當時沒有造成損壞，也會給設備埋下隱患。該公司在發現6號機組并網過程中沖擊電流異常增大后，立即組織人員進行了原因分析和故障排查，最終找到了導致機組非同期并網的原因并制定了解決方案，進行了整改。此次故障的分析查找過程對同類問題的排查具有一定的借鑒作用。同時，此次故障也進一步提醒廣大繼電保護工作人員，在新建工程調試期間和二次回路改造工作結束后，一定要仔細檢查二次回路，確保圖實相符；要按規定進行發電機電壓與系統電壓之間的核相試驗并不得有漏項，確保包括同期電壓在內的二次電壓接線正確，杜絕類似事件的發生。

1 卓樂友，葉念國，翁樂陽，等.微機型自動準同步裝置的設計和應用[M].北京：中國電力出版社，2002.

2 周吉安.酒泉風電集中并網對電網安全穩定的影響[J].電力安全技術，2011，13(6)：1-4.

3 袁志剛，何享鴻，李湘琪.一起小型水電站非同期并網事故的分析及處理[J].湖南水利水電，2007，12(6)：59-60.