【摘要】由于我國90年代初期，就已經(jīng)進(jìn)入大機(jī)組、大電網(wǎng)時代。電網(wǎng)供電可靠，頻率和電壓都非常穩(wěn)定，常規(guī)設(shè)計時，基本可不考慮發(fā)電機(jī)孤島運(yùn)行的方式。目前我院正在大力開拓海外設(shè)計市場，由于海外項(xiàng)目國家電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱，在以往工程的EPC合同中，對于發(fā)電機(jī)孤島運(yùn)行及機(jī)組甩負(fù)荷帶廠用電運(yùn)行的方式提出了更高的要求。為提高電廠運(yùn)行的可靠性和運(yùn)行質(zhì)量，結(jié)合原有的同期系統(tǒng)設(shè)計，完善發(fā)電機(jī)孤島運(yùn)行及機(jī)組甩負(fù)荷帶廠用電運(yùn)行方式下的同期并網(wǎng)。

【關(guān)鍵詞】孤島運(yùn)行；同期并網(wǎng)

1、同期系統(tǒng)介紹

將一臺單獨(dú)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)投入到運(yùn)行中的電力系統(tǒng)參加并列運(yùn)行的操作，稱為發(fā)電機(jī)的并列操作。同步發(fā)電機(jī)的并列操作，必須按照準(zhǔn)同期方法或自同期方法進(jìn)行。否則，盲目地將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，將會出現(xiàn)沖擊電流，引起系統(tǒng)振蕩，甚至?xí)l(fā)生事故、造成設(shè)備損壞。

準(zhǔn)同期并列操作，就是將待并發(fā)電機(jī)升至額定轉(zhuǎn)速和額定電壓后，滿足以下四項(xiàng)準(zhǔn)同期條件時，操作同期點(diǎn)斷路器合閘，使發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。a）發(fā)電機(jī)電壓相序與系統(tǒng)電壓相序相同；b）發(fā)電機(jī)電壓與并列點(diǎn)系統(tǒng)電壓相等；c）發(fā)電機(jī)的頻率與系統(tǒng)的頻率基本相等；d）合閘瞬間發(fā)電機(jī)電壓相位與系統(tǒng)電壓相位相同。

自同期并列操作，就是將發(fā)電機(jī)升速至額定轉(zhuǎn)速后，在未加勵磁的情況下合閘，將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，隨即供給勵磁電流，由系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)拉入同步。

自同期法的優(yōu)點(diǎn)：a）合閘迅速，自同期一般只需要幾分鐘就能完成，在系統(tǒng)急需增加功率的事故情況下，對系統(tǒng)穩(wěn)定具有特別重要的意義；b）操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)操作自動化。因?yàn)樵诎l(fā)電機(jī)未加勵磁電流時合閘并網(wǎng)，不存在準(zhǔn)同期條件的限制，不存在準(zhǔn)同期法可能出現(xiàn)的問題；c）在系統(tǒng)電壓和頻率因故降低至不能使用難同期法并列操作時，自同期方法將發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)提供了可能性。

自同期法的缺點(diǎn)：未加勵磁的發(fā)電機(jī)合閘并入系統(tǒng)瞬間，相當(dāng)一個大容量的電感線圈接入系統(tǒng)，必然會產(chǎn)生沖擊電流，導(dǎo)致局部系統(tǒng)電壓瞬間下降。一般自同期法使用于水輪發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)—變壓器組接線方式的汽輪發(fā)電機(jī)。在采用自同期法實(shí)施并列前，應(yīng)經(jīng)計算核對。

發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的并列操作斷路器，稱為同期點(diǎn)。除了發(fā)電機(jī)的出口斷路器之外在一次電路中，凡有可能與發(fā)電機(jī)主回路串聯(lián)后與系統(tǒng)（或另一電源）之間構(gòu)成唯一斷路點(diǎn)的斷路器，均可作為同期點(diǎn)。例如，發(fā)電機(jī)—變壓器組的高壓側(cè)斷路器，發(fā)電機(jī)—三繞組變壓器組的各側(cè)斷路器，高壓母線聯(lián)絡(luò)斷路器及旁路斷路器，都可作為同期點(diǎn)。在同期點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)準(zhǔn)同期裝置。對于電壓在110kV以上的聯(lián)絡(luò)線路的斷路器，除裝設(shè)準(zhǔn)同期裝置外，其重合閘裝置應(yīng)具有檢查無壓、檢查同期的功能。

在發(fā)電廠，并列操作比較頻繁，在實(shí)施并列過程中可直接調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的同期參數(shù)。一般同期點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)帶非同期閉鎖的手動準(zhǔn)同期裝置和自動準(zhǔn)同期裝置；在水電廠，除了裝設(shè)以上兩種準(zhǔn)同期裝置之外，還應(yīng)裝設(shè)自動自同期裝置。對于雙電源的變電站，一般只裝設(shè)帶非同期閉鎖的手動準(zhǔn)同期裝置。

2、自動準(zhǔn)同期裝置的工作原理

2.1 電力系統(tǒng)并網(wǎng)的兩種情況。并網(wǎng)的確切定義：斷路器聯(lián)接兩側(cè)電源的合閘操作稱之為并網(wǎng)，并網(wǎng)有以下兩種情況：

差頻并網(wǎng)：發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并網(wǎng)或已解列兩系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)都屬差頻并網(wǎng)。并網(wǎng)時需實(shí)現(xiàn)并列點(diǎn)兩側(cè)的電壓相近、頻率相近、在相角差為0度時完成并網(wǎng)操作。

同頻并網(wǎng)：未解列兩系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)屬同頻并網(wǎng)（或合環(huán)）。這是因并列點(diǎn)兩側(cè)頻率相同，但兩側(cè)會出現(xiàn)一個功角，的值與聯(lián)接并列點(diǎn)兩側(cè)系統(tǒng)其它聯(lián)絡(luò)線的電抗及傳送的有功功率成比例。這種情況的并網(wǎng)條件應(yīng)是當(dāng)并列點(diǎn)斷路器兩側(cè)的壓差及功角在給定范圍內(nèi)時即可實(shí)施并網(wǎng)操作。并網(wǎng)瞬間并列點(diǎn)斷路器兩側(cè)的功角立即消失，系統(tǒng)潮流將重新分布。因此，同頻并網(wǎng)的允許功角整定值取決于系統(tǒng)潮流重新分布后不致引起新投入線路的繼電保護(hù)動作，或?qū)е虏⒘悬c(diǎn)兩側(cè)系統(tǒng)失步。

2.2 差頻并網(wǎng)合閘角的數(shù)學(xué)模型。準(zhǔn)同期的三個條件是壓差、頻差在允許值范圍內(nèi)時應(yīng)在相角差為零時完成并網(wǎng)。壓差和頻差的存在將導(dǎo)致并網(wǎng)瞬間并列點(diǎn)兩側(cè)會出現(xiàn)一定無功功率和有功功率的交換，不論是發(fā)電機(jī)對系統(tǒng)，或系統(tǒng)對系統(tǒng)并網(wǎng)對這種功率交換都有相當(dāng)承受力。因此，并網(wǎng)過程中為了實(shí)現(xiàn)快速并網(wǎng)，不必對壓差和頻差的整定值限制太嚴(yán)，以免影響并網(wǎng)速度。但發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時相角差的存在將會導(dǎo)致機(jī)組的損傷，甚至?xí)T發(fā)后果更為嚴(yán)重的次同步諧振（扭振）。因此一個好的同期裝置應(yīng)確保在相角差為零時完成并網(wǎng)。

在差頻并網(wǎng)時，特別是發(fā)電機(jī)對系統(tǒng)并網(wǎng)時，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速在調(diào)速器的作用下不斷在變化，因此發(fā)電機(jī)對系統(tǒng)的頻差不是常數(shù)，而是包含有一階、二階或更高階的導(dǎo)數(shù)。加之并列點(diǎn)斷路器還有一個固有的合閘時間tk，同期裝置必須在零相差出現(xiàn)前的tk時發(fā)出合閘命令，才能確保在=0時實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)?；蛘哒f同期裝置應(yīng)在=0到來前提前一個角度k發(fā)出合閘命令，k與斷路器合閘時間tk、頻差s、頻差的一階導(dǎo)數(shù) 及頻差的二階導(dǎo)數(shù) 等有關(guān)。

同期裝置在并網(wǎng)過程中需不斷快速求解該微分方程，獲取當(dāng)前的理想提前合閘角k。并不斷快速測量當(dāng)前并列點(diǎn)斷路器兩側(cè)的實(shí)際相差，當(dāng)=k時裝置發(fā)出合閘命令，實(shí)現(xiàn)精確的零相差并網(wǎng)。從公式中可以看出獲得精確的斷路器合閘時間tk（含中間繼電器）是非常重要的，同時也也可得出計算機(jī)對k的計算和對的測量都不是連續(xù)進(jìn)行的，而是離散進(jìn)行的。

2.3 同期裝置的工作過程。目前，發(fā)電廠同期裝置的配置均采用微機(jī)同期裝置和微機(jī)同步表，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的自動和手動同期功能。當(dāng)采用自動同期裝置實(shí)現(xiàn)自動同期時，裝置進(jìn)入正常工作模式后，首先進(jìn)行裝置自檢，如果自檢不通過，裝置報警并進(jìn)入閉鎖狀態(tài)。自檢通過后進(jìn)行輸入量檢查，如果開入量或電壓不滿足條件，裝置報警并進(jìn)入閉鎖狀態(tài)；

如果輸入量符合進(jìn)入同期過程要求，裝置會輸出“就緒”信號，此時如果有“啟動同期工作”信號輸入，裝置自動進(jìn)入同期過程；

進(jìn)入同期過程后，先判定同期模式，可能的同期模式有單側(cè)無壓合閘，雙側(cè)無壓合閘，同頻并網(wǎng)，差頻并網(wǎng)；在確定同期模式后，進(jìn)入同期過程。

在同期過程中，如果出現(xiàn)某種使裝置不能自動完成同期操作的情況（如非無壓合閘并網(wǎng)時，系統(tǒng)側(cè)或待并側(cè)無壓，同期時間超過整定值等），裝置報警并進(jìn)入閉鎖狀態(tài)；當(dāng)符合同期合閘條件時，裝置發(fā)出合閘令，完成同期操作；在發(fā)電機(jī)同期（整定設(shè)備輸出方式為控制）時，如果頻差或壓差超過整定值且允許調(diào)頻調(diào)壓，裝置能發(fā)出相關(guān)控制指令，以期快速滿足同期條件；

3、發(fā)電廠與系統(tǒng)解列成為孤島后的并網(wǎng)

當(dāng)電力系統(tǒng)與發(fā)電廠聯(lián)系較薄弱時，例如發(fā)電廠與系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線數(shù)量少，或是穩(wěn)定貯備不足，這就導(dǎo)致在系統(tǒng)發(fā)生事故時使整個發(fā)電廠與系統(tǒng)解列成為孤島。如果發(fā)電廠與系統(tǒng)的聯(lián)線不配置自動同期裝置，要恢復(fù)發(fā)電廠與系統(tǒng)的聯(lián)系，唯一的辦法就是系統(tǒng)故障時，將所有發(fā)電機(jī)從母線上切除，再將聯(lián)絡(luò)線在母線無壓的情況下合到母線上，剩下的工作就是用各發(fā)電機(jī)的同期裝置一臺一臺的與系統(tǒng)并網(wǎng)。

在孤島電廠的系統(tǒng)并網(wǎng)的第一條線路肯定是差頻同期。因此，發(fā)電廠孤島后的并網(wǎng)所配置的同期裝置必須是配置具有自動識別同期性質(zhì)的同期裝置。

為了加速孤島發(fā)電廠與系統(tǒng)并網(wǎng)的速度，同期裝置也可在與線路同期過程中實(shí)施對電廠某臺或若干臺發(fā)電機(jī)進(jìn)行自動調(diào)頻和調(diào)壓控制。但這與單臺發(fā)電機(jī)對系統(tǒng)并網(wǎng)不同，是整個發(fā)電廠多臺發(fā)電機(jī)同時對系統(tǒng)并網(wǎng)，因此，線路同期裝置應(yīng)實(shí)時測量各臺發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率，進(jìn)而選擇當(dāng)前有足夠有功和無功調(diào)節(jié)容量的發(fā)電機(jī)實(shí)施頻率及電壓的調(diào)節(jié)，以使發(fā)電廠更快地并入電網(wǎng)。各臺機(jī)組的有功功率和無功功率也可通過已有測控裝置的通訊接口發(fā)送給同期裝置。

4、總結(jié)

為了保證電力系統(tǒng)的安全，考慮發(fā)電廠與系統(tǒng)解列成為孤島后的并網(wǎng)是非常必要的。成為孤島后的電廠可以很快的通過同期裝置恢復(fù)與系統(tǒng)的聯(lián)系，這對系統(tǒng)也非常有利，對于制止系統(tǒng)故障快速蔓延的意義是重大的。

作者簡介：鄒虹霞（1980-）女，黑龍江望奎人，本科，浙江大唐國際江山新城熱電有限責(zé)任公司，工程師。研究方向：發(fā)電廠電氣一二次工作。