溧陽抽水蓄能電站發電機同期故障分析及處理

許 濤，宋明亮，于中舒

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發電有限公司，江蘇溧陽213334)

0 引 言

抽水蓄能電站在電力系統中承擔著調峰填谷、調頻調相、事故備用等任務，機組啟停十分頻繁，經常需要把發電機并聯投入電力系統運行。因此，發電機并網成為抽水蓄能電站的一項重大操作，直接關系到電力系統運行的穩定及發電機的安全。研究分析發電機同期并網情況，對提高機組并網的成功率，縮減機組啟動時間和提高電力系統的可靠運行具有重大的現實意義。本文深入檢查分析了溧陽抽水蓄能電站發生的同期合閘失敗情況，并進行了技術改造，效果明顯。

1 發電機同期基本方式

實現發電機并網的方式有2種：一種是準同期方式，另一種是自同期方式。準同期方式是將待并網的發電機升至額定轉速和額定電壓，滿足準同期條件后，操作同期點斷路器合閘，使發電機并網。準同期方式有4個條件[1]：①發電機電壓相序與系統電壓相序相同；②發電機電壓與并列點系統電壓相等；③發電機的頻率與系統的頻率基本相等；④合閘瞬間發電機電壓相位與系統電壓相位相同。自同期方式是將發電機升速至額定轉速后，在未加勵磁的情況下合閘，將發電機并入系統，隨即供給勵磁電流，由系統將發電機拉入同步。自同期方式由于合閘及投入勵磁時均有較大的電流沖擊，故很少采用。目前，發電機的主要并網方式為準同期方式。

2 裝置概況

溧陽抽水蓄能電站發電機并網采用準同期方式，由SJ-12D雙微機手自動準同期裝置來實現，正常使用自動準同期方式，同期點設置在機組出口斷路器。同期裝置參數設置如下：頻差要求在±0.15 Hz之間，壓差要求在±5 V之間，相位差要求小于20°。

2.1 自動準同期裝置

SJ-12D雙微機手自動同期裝置采用頻率跟蹤交流采樣技術，不斷監測發電機和系統的電壓、頻率，并根據頻差、壓差大小發出寬窄不同的調節脈沖，直到頻差、壓差滿足要求。在頻差、壓差滿足要求的情況下，不斷監測發電機電壓和系統電壓的相位差，準確預測斷路器的合閘時刻，實現快速無沖擊合閘[2]。同期裝置原理見圖1。

圖1 同期裝置原理

機組發電工況啟動時，當機端電壓大于90%額定電壓時，繼電器1KS6、1KS7、1KS9、1KS10動作，啟動同期裝置，同期裝置選擇發電模式，并投入發電工況PT和機組出口PT，此時勵磁系統接受準同期裝置的機端電壓增減命令，調速器接受準同期裝置的轉速增減命令，當頻差、壓差和相位差滿足同期并列條件后，同期裝置發出同期合閘命令，繼電器1KS20動作開出機組出口斷路器合閘命令。

機組抽水工況啟動時，當機端電壓大于90%額定電壓時，繼電器1KS6、1KS8、1KS9動作，啟動同期裝置，同期裝置投入抽水工況PT和機組出口PT，此時勵磁系統接受準同期裝置的機端電壓增減命令，SFC裝置接受準同期裝置的轉速增減命令，當頻差、壓差和相位差滿足同期并列條件后，同期裝置發出同期合閘命令，繼電器1KS20動作開出機組出口斷路器合閘命令。

2.2 同步檢查繼電器

機組同期裝置設計時，為避免人為或同期裝置原因導致非同期并列，造成發電機損壞甚至電網崩潰的事故，在準同期裝置出口回路加裝了獨立的同步檢查繼電器，以進一步提高同期并列的可靠性。

溧陽抽水蓄能電站初期采用的是DT-1/200型同步檢查繼電器。該繼電器的2組線圈分別接在運轉和起動同步電壓小母線上，當起動同步電壓小母線上出現電壓時，同步檢查繼電器即可工作。如果同步點兩側電壓相角差大于同步檢查繼電器整定角度時，繼電器動作，常閉觸點TJJ打開，斷開合閘脈沖回路，斷路器就無法合閘。只有當相角差小于整定角度時，常閉觸點才會閉合，允許發出合閘脈沖。這樣就防止了非同期合閘，起到了閉鎖作用。

3 同期故障分析及處理

3.1 同步檢查繼電器故障

2號機組抽水調相工況啟動過程中，同期裝置正常啟動并下發機組出口斷路器同期合閘命令，但機組出口斷路器實際并未動作，監控由于沒有收到斷路器合位信號，于是判斷同期合閘失敗。經延時后，監控再次啟動同期裝置，第2次同期合閘命令下發后，機組出口斷路器合閘成功。

現場查看2號機組同期裝置顯示屏歷史信息發現，2號機組第1次同期合閘時同期裝置確已發出同期合閘命令。從圖1中的機組斷路器同期合閘回路可以看出，繼電器1KS20沒有勵磁，原因在于TJJ觸點未閉合，同步檢查繼電器閉鎖了同期合閘回路。

現場對同步檢查繼電器進行檢查后發現，同步檢查繼電器相位差定值設置偏小。同時，根據機組調試、運行以來的情況看，DT-1/200型同步檢查繼電器存在以下問題：①定值設置準確度低，容易出現誤差；②動作誤差大(≥6%)；③觸點容易卡死，閉合不可靠。這些問題造成同步檢查繼電器容易誤閉鎖同期合閘回路，實際運行過程中已出現多次誤閉鎖的情況。為解決該問題，提高同期合閘的成功率，已將全廠6臺機組的同步檢查繼電器更換為DSLD1130數字式同步檢查繼電器，該類型繼電器具有定值設置準確度高、動作誤差小等優點，在保證安全可靠動作的同時，也不會出現誤閉鎖的情況。

3.2 水頭傳感器測量故障

4號機組發電工況啟動過程中，出現2次同期合閘均失敗的情況。系統及機組頻率曲線見圖2。從圖2可以看出，系統頻率為49.97 Hz，機組頻率最大值為49.60 Hz，頻差大于0.15 Hz，不滿足同期合閘條件。

從上述現象可以看出，調速器未能將機組轉速調節到額定轉速。現場對調速器微機調節器及液壓系統進行檢查，均未發現異常。后查看機組水頭和導葉開度，導葉開度曲線見圖3，機組水頭曲線見圖4。從圖3、4可知，機組啟動過程中，水頭測值偏高(比正常值高10 m左右)，相對應的調速器導葉空載開度降至約15.5%(正常的調速器導葉空載開度約17%)。受導葉空載開度限制，調速器未能將機組轉速調節至額定轉速。

調速器水頭信號來自機組凈水頭壓差傳感器，測壓管取自機組蝸殼和尾水管。由于機組啟停和工況轉換頻繁，長時間運行后水頭傳感器測壓管容易進氣，造成機組水頭測值偏高。對于水頭傳感器測值偏高的問題，采用了對傳感器進行排氣的處理方法，排氣后水頭傳感器測值恢復正常。

圖2 系統及機組頻率

圖3 導葉開度

圖4 機組水頭

4 結 語

針對同期合閘失敗的情況，溧陽抽水蓄能電站將同步檢查繼電器更換為DSLD1130數字式同步檢查繼電器，并對機組水頭傳感器定期檢查排氣。截至目前，溧陽抽水蓄能電站沒有再出現類似的同期合閘失敗案例，機組同期合閘成功率顯著提高。