发电厂同期装置的浅析
山东晨鸣纸业集团自备电厂张立波
摘要：发电厂现有90以上的同期并网都是通过人工手动操作来实现的，不良的同期装置和手动并网是发电机的隐形杀手，通过对同期装置的浅析，提出几个有关发电机并网过程中值得高度重视的问题。
在提高发电厂同期装置的自动化水平和并网操作质量上显得尤为重要，
关键词：并网、准同期、控制、冲击、自动化水平、效益
一、简述：
发电机并网无疑是发电厂的一项事关重大的操作，它直接涉及到系统运行的稳定及发电机的安全。
随着电力系统的发展，发电机的单机容量越来越大，人们已开始注意到对发电机和电网产生重大危害的发电机组转子轴系扭振问题。扭振并不是单纯的机械问题，而是在某种特定情况下电网与转子轴系机械系统发生的电磁共振，即所谓次同步谐振。导致定子的电磁力矩和转子轴系的扭矩不断增长。它们相互间的这种能量交换最终引起转子轴系的严重损坏。非同期并网就是诱发扭振的重要原因之一。
因此在提高同期装置的自动化水平、提高并网操作的质量显得尤为重要。
二、对同期操作的认识误区：
　　1、认为只要能把发电机并上电网，不论是用手动还是用误差极大的同期装置，能并就行。
　　2、认为把待并发电机对系统的电压差和频率差调节得越小，并网时的冲击就越小，因此不惜多花些时间去精心调节发电机频率和电压。
3、认为并网时发电机与系统电压间存在一定的相角差也无妨。只要在合闸回路中串进同期检查继电器（TJJ）的闭锁接点就万事大吉了，在30°的相角差下就可实现并网。
4、认为并网仅是个操作，只算安全帐，不存在经济问题。
5、认为线路阻抗大，用简单带检同期的手动同期就可以对付线路并网。
　　这些认识误区带来了以下的严重后果,尽管这些后果频频地出现在人们眼前,但遗憾的是至今并不是所有人都意识到这是不良同期操作酿成的。
　（1）对频率及电压的精心调节，浪费了大量时间，不仅不能及时的开出发电机去顶出力，而且带来了极大的空转能耗的浪费。
　（2）屡屡发生的大相角差并网使发电机组的绕组、轴瓦、联轴器等受到严重的累积损伤。
三、同期装置实现并网的三个条件：
发电机并网过程中对并列点两侧的压差、频差及相角差有一定的要求。
在并网过程中出现的压差将导致无功性质的冲击，频差将导致有功性质的冲击，而相角差则同时包含着这两类分量的冲击。
而对于“相角差”这一指标应严加控制，并网瞬间大的相角差将会引起机组大的振动，发电机转子在这瞬间将会被定子的电磁力矩强行地迫使与系统同步，对发电机造成极大的冲击。这种冲击性扭矩会导致线棒、联轴器与轴瓦的损坏。
在这种情况下，控制相角差变得特别重要，应使用通过实测精确断路器（合闸回路）的合闸时间去整定准同期装置的导前时间，而且要计出并网过程中频差及其变化率的影响。
四、发电厂同期装置的现状：
现大部分发电厂在同期二次线设计中，仍在使用同期检查继电器（TJJ）来闭锁合环操作的合闸回路，TJJ的定值一般设置为300。图1是同期检查回路示意图。

如果同期检查继电器TJJ的整定闭锁角为dT，并列点断路器合闸时间为tk(秒)，同期装置的允许频差整定值为Df(赫)，这样同期装置将在同相点（d＝0°）到来前的dk角度时发出合闸脉冲。
dK＝2pDf·tk（弧度）
当dk而当dk>dT时将产生人为制造的相角差Dd所引起的冲击，并网瞬间的相角差Dd＝dk－dT（未计及频差变化率）。这个相角差必然会引起对发电机和系统的冲击，所以闭锁角dT的整定值必须和断路器合闸时间tk及允许频差Df综合考虑。在tk较长时只有减小允许频差Df的整定值。这又将导致并网过程的拖延。
这种手动准同期并网方式在并网过程中会不可避免的造成危害：
1、这种并网方式对系统和发电机造成了不必要的冲击。
2、加大并网难度
通过联络线将两系统实现差频并网的成功率与频差有密切关系，当频差很大时由TJJ接点提供的合闸回路接通时间非常短，使重合闸或手动合闸成为不可能，而恰恰在一个不能自给自足的小系统和大系统解列后频差会非常大，这种情况下仅靠这300的检同期是完全无法实现再并列的。
3、延长了并网时间
要知道，拖长并网时间在系统稳定储备不够时将带来严重后果，而且空转损耗引起的能源浪费也不是一个小数。特别是在机组的调速器和励磁调节器不太稳定时，更是人为带来了并网困难。
五、同期装置在并网过程中必须高度重视的问题：
现发电厂的控制方式大多采用的是分布式控制，这就要求同期装置必须要有较高的自动化水平，来独立完成发电机的同期并网操作。由此，在实现并网操作过程中，必须引起高度重视的几个问题：
　1、对频差变化率的考虑：
发电机一般都不是在恒速情况下进行并网的，也就是说在并网过程中不仅发电机对系统存在着频率差，而且还存在着频差的变化。这就需要同期装置具备计算频差及其一阶乃至二阶导数的能力，以保证发电机在相角差为零的瞬间并入电网。
　2、应该知道断路器合闸回路的确切合闸时间：
发电机并网瞬间是否正好落在d＝0°的点上，极大程度取决于准同期装置的导前时间整定值是否与实际相符。因此即使准同期装置设计得再严密，没有精确原始数据的支持，并网也不可能不发生出人意料的冲击。
　3、应考虑并网时系统电压过低或过高的闭锁以及TV断线的闭锁：
一般自动准同期装置是检查发电机与系统电压的压差，如实际压差满足给定值即认为电压条件符合要求。但事实上并网操作常常发生在系统不正常运行的时候。TV断线会引起同期装置对发电机电压进行错误调节导致在大电压差下并网，故此时同期装置应具备闭锁操作功能。
　4、并列点TV变比的偏差因素：
习惯上人们都把TV次级电压为100V时认定为额定电压，事实上由于TV变比的选择常常出现当TV初级电压为额定值时，而次级电压却不是100V，因此在整定同期装置的允许电压差时要以TV次级的真实额定电压值为依据。
　5、应及时消除并网过程中出现的同频不同相状态：
当发电机的频率接近系统频率时，很易出现相角差停止变化的现象，发电机与系统电压间出现一个固定的相角差这种状态是不允许并网的，因此应予以尽快消除。一般可采取同期装置对机组发出一串控制量合适的加速脉冲，破坏同频状态。
事实上要避免同频不同相现象的出现，最有效的办法就是不将同期装置的允许频差整定过小，以期在进入同频不同相状态前发电机已并入电网。
　6、应考虑实现单侧或双侧无压合闸：
在发电机启机前的厂用电常需由起动备用变压器提供，因此同期装置应能在确认无压合闸条件具备的条件下，执行无压合闸。
7、同期装置的快速性及精确性：
发电机的并网是基于系统的需要，常常这种需要是紧迫的。有时系统的状况很脆弱，急需增加发电容量，因此要求发电机以“最快”的速度“平稳”地并入电网。衡量并网快速及精确性的一个具体指标就是尽速将发电机与系统的压差与频差控制在允许值内，并且不失时机的捕获“第一次”出现d＝0°的时机，将发电机在无相角差情况下并入电网。快速并网不仅赢得了时间，还节约了大量的能源。
六、结束语：
同期装置是发电厂的重要自动装置，其直接影响着发电机的安全与寿命，对节约能源也是不可忽视的，不要小看每次并网的冲击，这种冲击的累积将会给发电机造成致命的伤害。
现发电机的控制系统已纳入热控DCS系统，在发电厂同期装置上，必须采用具有精确及快速运算功能的微机自动同期装置，来实现发电厂DCS系统的分布式控制方式，独立完成发电厂的同期并网操作，所采用的同期装置不仅就地采集数据，而且就地判断，就地控制。
这样发电厂在提高同期装置的自动化水平，提高并网操作的质量上就显得尤为重要，这样不仅有可能使电力系统的自动化水平大幅度提高，还将创造非常可观的经济效益。