摘要：发电机组同期装置自动准同期失败是发电机组并网时比较常见的一类问题，产生此类问题的因素有很多，想要保证设备安全并网，必须要确定发生原因并采取措施进行管理。本文就发电机组自动准同期失败原因进行了分析，并提出了相应的改进措施。
关键词：发电机组；同期装置；同期失败
引言
在发电厂中，发电机同期并网是一项频繁而又非常重要的操作，随着计算机技术的发展和电力系统自动化水平的不断提高，对同期设备的可靠性和可操作性等性能也提出了进一步要求。自动准同期并网装置正是为了保证安全、快速的实现同期并网操作而设计的一种电力系统自动化装置，他的首要功能是实现同期并列操作在符合同期并列条件时迅速并且准确的完成，尽量减少并网操作给电网和发电机带来的冲击。盲目的将发电机并入系统，将会出现冲击电流，引起系统振荡，甚至会发生事故，造成设备损坏。
1发电机组准同期
将一台单独运行的发电机投入到运行中的电力系统参加并列运行的操作，称为发电机的并列操作。准同期并列操作，就是将待并侧发电机升至额定转速和额定电压后，操作同期点断路器合闸，使发电机并网，必须满足以下几点。
1、发电机组自动准同期的条件
（1）待并侧相序与系统侧相序一致。
系统侧的相序都是按正序排序，要求待并侧相序也应正序排列。
（2）待并侧电压与系统侧电压的电压差△U小于整定值
理想状态下，△U=0是最优选择，在一个周期内，由于任意一个时刻交流电压值都不一样，而且信号传输过程也需要一定的时间，所以只能使△U不断接近零。一般情况下，机组同期时的电压偏差整定值不大于5%，如果大于整定值强行并列运行，发电机和系统间将有无功性质的环流出现。
（3）待并侧频率与系统侧频率的频率差△f小于整定值
如果频差大于整定值将产生谐振电压和谐振电流，这个谐振电流的有功成分在发电机轴上产生的力矩，将使发电机产生机械振动，当频率差大时，甚至使发电机并入后不能同步。
（4）待并侧电压相位与系统侧电压相位的相位差△φ小于整定值
一般情况下，相位差整定值是由调度下达，选择在合适的导前时间合闸，在合闸瞬间相位差不应大于整定值，大于整定值的合闸会产生很大的冲击电流，使发电机烧毁，或使端部受到巨大电动力的作用。
发电厂发电机的并列操作断路器，称为同期点。除了发电机发电机的出口断路器之外再一次电路中，凡有可能与发电机主回路串联后与系统之间构成唯一断路点的断路器，均可作为同期点。发电机必须同时满足准同期四项条件，才可以在同期点同期并网。
2、导前时间
对于所有的断路器，从对它发出合闸脉冲起，由“分”位置运动到“合”位置，均需要经过一段时间，这段时间被称为断路器的合闸时间，或称固有合闸时间，因断路器的构造原理，操作机构等的不同，合闸时间的长短存在较大的差异。
由于合闸时间的存在，因此合闸命令发出的正确时刻应该在同期点出现之前，而提前的这段时间称为导前时间。导前时间应等于合闸回路的动作时间，即装置内部软硬件出口时间，中间继电器动作时间即断路器动作时间之和。
图2 为△U=Ug-Us与时间t的波形图，其包络线为他们的滑差波形，Tw称为滑差周期，其大小为
正如图中所示，△U是以Tw为周期的脉振电压。
图2 滑差波形图
当△U、△f符合限定条件后，显然b点为理想的合闸时刻。若合闸回路的动作时间为TDL，，则应在a时刻发合闸命令，这样经过时间TDL后，恰好在b时刻，断路器的主触头才真正合上。
2机组自动准同期原理
同期装置是一种在电力系统运行过程中执行并网时使用的指示、监视、控制装置，它可以监测并网点两侧的电网频率、电压幅值、电压相位是否达到条件，实现自动并网。由于同期装置的迅猛发展，各个厂家的同期装置原理都差不多，下面以某厂家的同期装置为例，如图3 同期装置原理图，讲解同期装置的基本原理。
系统侧电压Us与待并侧（发电机侧）电压Ug均为A、C相线电压，压差、频差、相位差定值已在同期装置中设置。正常情况下，同期装置柜内远方/现地操作把手切在远方位，手自准切换把手应处在自准位置，相应的自准接点SA1也已闭合。上位机下令进行同期合闸时，开出启动同期继电器1KS6线圈和投同期PT继电器1KS7线圈（上图中未画出）得电，对应的继电器1KS6和1KS7接点闭合，此时同期装置采集的Us和Ug电压，并将压差、频差、相位差与定值进行比较，当采集到电压的同时满足这三个要素时，同期装置发出合闸命令，装置内的合闸接点闭合使1KS5继电器线圈得电，启动断路器合闸继电器。
当同期装置检测到待并测的电压频率较低或较高时，发出增速、减速的脉冲信号，通过开出继电器1KS1和1KS2给相应的执行机构，由执行就够调整发电机侧的频率，使之快速符合频差要求。脉冲序列的间隔由同期装置整定，脉冲宽度由PID调节规律计算得出，调频输出回路可根据需要投入或切除，不影响频差闭锁及其他功能。
当同期装置检测到带并测的电压较低或较高时，发出升压、降压的脉冲信号，调整发电机侧的电压，通过开出继电器1KS3和1KS4给相应的执行机构，由执行就够调整发电机侧的电压，使之快速符合压差要求。
3同期失败的原因及处理方法
现各大机组都安装有自动准同期装置和手动准同期装置，然后在真正实行并网操作时，均采用自动准同期并列方式。同期装置在长时间运行过程中，同期失败的原因也是有很多种，下面就常见的同期失败问题进行分析与处理。
1、同期超时
从同期装置启动同期开始计时到180s内找不到同期点，同期装置面板显示屏报同期超时同期失败，这一点说明机组同期并列时间过长。同期过程中，通过同期装置面板观察相位表，其可以形象的显示相角差的变化规律。当待并侧的频率 fl 大于系统侧的频率 fg 时，相位灯顺时针方向旋转；当待并侧的频率 fl 小于系统侧的频率 fg 时，相位灯逆时针方向旋转。因为同期装置只能通过增速、减速和升压、降压来调节频差和压差，而相位差同期装置是无法调整的，同期装置通过不断的捕捉同期点，在满足压差和频差的同时捕捉到整定的相位差，才能发合闸令。同期超时同期失败，就是在3分钟内没有找到同期点，这类问题很常见，不需要进行任何的处理，再次下令进行同期操作即可实现同期并网。
2、开出继电器
同期装置收到上位机监控系统发出的启动同期并网的指令后，启动同期PT，根据PT采集到的系统电压和待并侧的电压进行逻辑比较，启动相应的继电器来调整电压，如果同期装置开出增速、减速、升压、降压的继电器接点发生粘结或不闭合现象。那么同期装置在3分钟内很难捕捉到同期点，最后同期装置面板报同期超时同期失败，出现一次同期失败时，我们无法辨别是什么原因，经过多次同期并网，仍旧是报同期超时同期失败，此时可以断定同期装置开出继电器出了问题。我们将同期开出的4个继电器依次拆下校验，找出已坏掉的继电器进行更换，即可解决多次同期超时同期失败的问题。
3、保护操作箱
断路器的合闸操作与隔离开关不一样，断路器的合闸要经过保护的操作箱，由保护操作箱再到具体的执行机构执行合闸，而隔离开关的合闸不需要同期，也不需要经过保护操作箱。增加了保护操作箱这一环节，也就增加了同期失败这一可能性。如果进行同期合闸后，同期装置报合闸成功，说明同期装置的合闸命令已经发出，实际上，断路器还处于分位，由此可以排除同期装置本身的原因，导致断路器合闸失败应该是同期装置以外的问题。此时我们可以查看保护装置，查到保护装置是否收到断路器合闸令，如果收到合闸令而没有开出合闸信号，说明是操作箱的开出模块问题，更换操作箱的开出模块即可。
4、接线端子松
断路器之所以能进行同期合闸，主要是同期装置根据采集到的电压信号进行逻辑判断，如果同期装置失败，显示系统电压偏高，说明同期的压差不满足条件。
用万用表测量系统电压Us，会发现系统电压比较高，检查为线路侧二次电压回路N600端子接地不良，在继电室PT并列屏处接地端子排螺丝松动，存在悬浮电位，造成电压升高，由于二次电缆较长，产生的分布电容较大引起。这时我们只需要将螺丝拧紧即可。
4同期装置故障
同期装置本身故障这类问题也比较常见，正常情况下，装置本身故障会报装置故障，如果装置未报故障，而我们多次同期并网都是同期失败，换用手动准同期能正常并网，此时应该考虑是同期装置本身的问题，更换同期装置问题就可以解决。
5减少同期失败问题的改进措施
首先，应加强对机组同期合闸失败问题的重视，结合生产实际情况对于存在的隐患进行排查。水电厂应以自身实际发展需求成立专门管理机构，并配置技术人员，做好机组日常检修工作，对不同同期失败原因制定相应管理措施，保证机组正常并网运行。其次，建立完善管理制度，对技术人员以及设备操作人员等行为进行明确的规范，降低因为人为失误因素产生的同期失败问题。执行机组管理责任制，加强日常巡查工作，对于发现的隐患以及问题应及时解决，避免影响的进一步加深。第三，加强系统维护管理人员专业培训，水电站机组同期装置相对复杂，造成同期失败的原因也分为很多方面，为了能够及时确定故障因素，并能够针对不同方面及时制定解决方案，提高处理效果，就需要系统维护管理人员具备扎实的专业技能。因此，水电厂应做好技术人员技术培训工作，帮助其不断更新专业知识结构体系，能够应对所有同期失败问题，提高水电厂生产效率。
结束语
同期失败是水电厂生产过程中比较常见的一种故障，如果非同期并网，对电厂以及电网运行安全性与稳定性影响比较大，为了能够降低水电厂同期失败率，就需要结合实际情况，从多个方面进行分析，确定出同期失败的原因，并采取措施进行解决，保证机组能正常同期并网，推动行业的进一步发展。
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论文作者:冯俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/31
标签：同期论文; 装置论文; 电压论文; 发电机论文; 断路器论文; 机组论文; 操作论文; 《电力设备》2018年第1期论文;