王洪博，李新煜，白劍飛，劉曉波，谷東永

（1.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安271000；2.北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司，北京100038）

0 引言

泰山抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5km，距濟(jì)南市約70km，電站在山東電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷作用，兼有調(diào)相和緊急事故備用等功能。泰安抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱“泰蓄”）安裝有4臺(tái)單機(jī)容量為250MW的可逆式水泵水輪機(jī)組和發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，其正常運(yùn)行工況主要有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等4種。

泰蓄電站每臺(tái)機(jī)組現(xiàn)地控制單元配置1套Woodward SPM-D10微機(jī)式同期裝置，用于GCB兩側(cè)同期條件的檢查、調(diào)節(jié)及發(fā)出GCB合閘令；各GCB合閘控制回路均配置1套同期檢查裝置Woodward MFR11，以保證機(jī)組平穩(wěn)并入系統(tǒng)。本文針對(duì)泰蓄機(jī)組同期并網(wǎng)時(shí)，同期時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，對(duì)影響同期并網(wǎng)的因素進(jìn)行了分析，檢查了同期裝置和同期檢查繼電器的參數(shù)設(shè)定情況，并提出了優(yōu)化調(diào)整方案。

1 影響同期并網(wǎng)效果的參數(shù)

蓄能機(jī)組同期并網(wǎng)可分為發(fā)電工況同期并網(wǎng)、SFC拖動(dòng)工況同期并網(wǎng)和背靠背拖動(dòng)工況同期并網(wǎng)3種類型[1]。由于SFC拖動(dòng)工況同期并網(wǎng)采用了同期系統(tǒng)發(fā)出合閘令后就立即閉鎖SFC的方式，就同期而言，參數(shù)設(shè)置與發(fā)電工況同期參數(shù)設(shè)置一樣。背靠背拖動(dòng)同期與SFC拖動(dòng)同期基本原理相似，參數(shù)設(shè)置與SFC拖動(dòng)同期參數(shù)設(shè)置相同。泰蓄機(jī)組發(fā)電工況并網(wǎng)、SFC拖動(dòng)工況同期并網(wǎng)和背靠背拖動(dòng)工況同期并網(wǎng)這3種同期并網(wǎng)類型采用了同樣的參數(shù)設(shè)置。

同期裝置參數(shù)中影響同期并網(wǎng)效果的關(guān)鍵參數(shù)為：允許壓差，允許頻差，允許角差和導(dǎo)前合閘時(shí)間。

1.1 合閘允許壓差值

當(dāng)待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)兩側(cè)電壓差值超過(guò)壓差允許值時(shí)，將導(dǎo)致無(wú)功性質(zhì)的電流沖擊。沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組，尤其是繞組端部線棒產(chǎn)生較大威脅，因此需加以限制。

1.2 合閘允許頻差值

發(fā)電機(jī)同步并列時(shí)，由于必然存在的頻率差，系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)之間將進(jìn)行周期性的有功功率交換，直到將發(fā)電機(jī)拉入同步。如果頻率差較大，待并發(fā)電機(jī)需經(jīng)歷劇烈的暫態(tài)過(guò)程（功率交換過(guò)程）才能進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，所以必須對(duì)并列時(shí)的頻率差值進(jìn)行限制。過(guò)大的頻率差無(wú)疑是不合適的，過(guò)小的頻率差將會(huì)大大延緩發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)時(shí)間。綜合各因素，一般將頻差值限制在±0.15Hz范圍內(nèi)。

1.3 導(dǎo)前時(shí)間

在并網(wǎng)過(guò)程中，若出現(xiàn)相角差將使系統(tǒng)同時(shí)受到無(wú)功性質(zhì)和有功性質(zhì)的沖擊。因此，在并網(wǎng)過(guò)程中，必須嚴(yán)加控制“相角差”這一指標(biāo)，否則造成待并側(cè)設(shè)備的損壞，對(duì)電力系統(tǒng)造成一定沖擊。為此，對(duì)自動(dòng)同期裝置導(dǎo)前時(shí)間的整定就必須要有嚴(yán)格的要求。用于并列的斷路器，從發(fā)出合閘脈沖開(kāi)始，由分閘位置運(yùn)動(dòng)到合閘位置需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，這段時(shí)間稱為斷路器的合閘時(shí)間。由于合閘時(shí)間的存在，測(cè)控裝置合閘命令發(fā)出的正確時(shí)刻應(yīng)在同期點(diǎn)出現(xiàn)前，而提前的這段時(shí)間稱為導(dǎo)前時(shí)間。導(dǎo)前時(shí)間等于輔助元件的動(dòng)作時(shí)間與并列斷路器的合閘時(shí)間之和。導(dǎo)前時(shí)間需要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試得到。

1.4 同期檢查繼電器

當(dāng)前電力自動(dòng)化設(shè)備的智能化水平越來(lái)越高，操作人員對(duì)于設(shè)備的過(guò)于依賴給電網(wǎng)安全帶來(lái)一定隱患。不同品牌微機(jī)準(zhǔn)同期裝置雖然原理大同小異，但是技術(shù)成熟度、可靠性參差不齊，設(shè)備老化、故障，軟件程序異常等均可能導(dǎo)致在并網(wǎng)時(shí)誤發(fā)合閘指令造成事故。因此在《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（2016版）中，第10.9.1條明確要求，微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置應(yīng)安裝獨(dú)立的同期鑒定閉鎖繼電器。在合閘回路中串入同期檢查繼電器的常閉接點(diǎn)來(lái)限制誤發(fā)合閘脈沖命令，形成了1套“雙保險(xiǎn)”，有效提高發(fā)電機(jī)并列操作的安全系數(shù)。

同期檢查繼電器也需要設(shè)置頻差、壓差、相角差和導(dǎo)前時(shí)間，這些參數(shù)的設(shè)置需要與同期裝置設(shè)置的參數(shù)相匹配，才能達(dá)到好的同期并網(wǎng)效果。

2 泰蓄機(jī)組同期系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

泰蓄電站機(jī)組GCB同期合閘回路圖見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)組GCB同期合閘回路圖

圖1中K009為自準(zhǔn)同期方式選擇接點(diǎn)，K008B是手準(zhǔn)同期方式選擇接點(diǎn)，K502是合閘脈沖接點(diǎn)，S010是手動(dòng)合閘按鈕，K214是閉鎖解除繼電器接點(diǎn)，K501是同期檢查繼電器輸出接點(diǎn)，52C是機(jī)組GCB合閘線圈，K503是合閘監(jiān)視繼電器。在自動(dòng)準(zhǔn)同期或手動(dòng)準(zhǔn)同期合閘過(guò)程中，都需要同期檢查繼電器同期參數(shù)的檢查，閉鎖非同期條件的同期命令。

泰蓄電站每臺(tái)機(jī)組GCB合閘控制回路配置的Woodward SPM-D10微機(jī)式同期裝置和檢同期裝置Woodward MFR11設(shè)置的參數(shù)如表1。

表1 同期參數(shù)設(shè)置表

3號(hào)、4號(hào)機(jī)組同期裝置的頻差范圍較1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的頻差范圍設(shè)置的小，建議將3號(hào)、4號(hào)機(jī)組同期裝置的頻差范圍也調(diào)整為[-0.2Hz，0.2Hz]。

同期裝置設(shè)置最大相角差時(shí)是根據(jù)導(dǎo)前時(shí)間確定的，最大相角差的選擇根據(jù)公式δ=360×Δf×Tclose來(lái)確定，其中Δf是頻差，Tclose是導(dǎo)前時(shí)間，1號(hào)機(jī)組最大相角差為360×0.2×0.096=6.912，設(shè)置參數(shù)時(shí)要留有裕度，可設(shè)為10°。2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組最大相角差為360×0.2×0.092=6.624，設(shè)置參數(shù)時(shí)要留有裕度，也可設(shè)為 10°。

在同期合閘中引入同期檢查繼電器，同期檢查繼電器的常閉接點(diǎn)引入同期合閘回路中，當(dāng)待并側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的電壓幅值、相位和頻率滿足檢同期裝置的預(yù)設(shè)值時(shí)，常閉接點(diǎn)接通，與同期裝置合閘輸出共同作為機(jī)組出口斷路器合閘令開(kāi)出的必備條件，接通斷路器合閘回路，實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)。為了保證同期裝置能在滿足預(yù)設(shè)值時(shí)第1次就合閘成功，同期檢查繼電器預(yù)設(shè)的參數(shù)值范圍應(yīng)該大于同期裝置設(shè)置的參數(shù)范圍，按經(jīng)驗(yàn)一般取同期裝置設(shè)置的參數(shù)范圍的1.2～1.5倍。

以泰蓄電站機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同期實(shí)際參數(shù)設(shè)置而言，1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組自動(dòng)同期裝置參數(shù)為：最大頻差0.2Hz，最小頻差-0.2Hz，壓差4%，相角差10°和20°；3號(hào)機(jī)組、4號(hào)機(jī)組自動(dòng)同期裝置參數(shù)為：最大頻差 0.18Hz，最小頻差 -0.1Hz，壓差 4%，相角差 10°。可以看出，4臺(tái)機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同期參數(shù)設(shè)置是不一樣的。為維護(hù)方便，建議1～4號(hào)機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同期參數(shù)統(tǒng)一設(shè)置為：最大頻差0.2Hz，最小頻差-0.2Hz，壓差4%，相角差10°。對(duì)于同期檢查繼電器而言，泰蓄的實(shí)際設(shè)置是，1～4號(hào)機(jī)組同期檢查繼電器參數(shù)均為：最大頻差0.15Hz，最小頻差-0.15Hz，壓差10%，相角差8°。可以看出，4臺(tái)機(jī)組同期檢查繼電器的頻差范圍、相角差均小于本機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同期的相應(yīng)參數(shù)，這樣的設(shè)置將會(huì)直接導(dǎo)致同期時(shí)間長(zhǎng)、同期失敗機(jī)率高、背靠背成功率低的情況發(fā)生。以1號(hào)機(jī)為例，當(dāng)待并兩側(cè)同期參數(shù)為：頻差0.17Hz、壓差4%、相角差8°時(shí)，同期檢查繼電器不滿足同期條件而其輸出接點(diǎn)不閉合，但此時(shí)自準(zhǔn)同期符合同期條件可以發(fā)出同期并網(wǎng)脈沖。這樣就有一定概率在自準(zhǔn)同期裝置發(fā)出GCB合閘脈沖時(shí)，但同期檢查繼電器檢查自己的同期條件未滿足而輸出接點(diǎn)未閉合的現(xiàn)象，導(dǎo)致同期并網(wǎng)時(shí)間延長(zhǎng)甚至同期失敗，從而較低了BTB的成功率。建議4臺(tái)機(jī)組同期檢查繼電器參數(shù)設(shè)置應(yīng)都大于自動(dòng)準(zhǔn)同期對(duì)應(yīng)參數(shù)的20%～50%。針對(duì)泰蓄情況，建議同期檢查繼電器參數(shù)設(shè)置為：最大頻差設(shè)置范圍應(yīng)為0.24～0.3Hz；最小頻差設(shè)置范圍應(yīng)為-0.24～-0.3Hz；壓差設(shè)置范圍應(yīng)為6%～10%；相角差設(shè)置范圍應(yīng)25°～28°。

針對(duì)以上設(shè)置，建議適當(dāng)降低同期裝置的頻率差、電壓幅值差和角度差的允許值并適當(dāng)提高同期檢查繼電器的頻率差、電壓差和角度差的允許值，從而提高同期裝置與同期檢查繼電器的配合裕度。調(diào)整后的同期裝置和檢同期裝置的參數(shù)設(shè)置如表2。

表2 調(diào)整后同期參數(shù)設(shè)置表

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析研究泰蓄機(jī)組同期系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，找到了現(xiàn)有自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置及同期檢查繼電器參數(shù)的不匹配問(wèn)題，并對(duì)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置及同期檢查繼電器的參數(shù)給出了調(diào)整方案。