張慶春

摘 ?要：發(fā)電機在使用過程中存在準(zhǔn)同期并列與同期并列兩種形式，不同的形式存在不同的優(yōu)缺點，在使用過程中自同期并列的優(yōu)勢較大，本文提出基于變壓器技術(shù)的水輪發(fā)電機自同期并列上網(wǎng)的方法，可以減少并列同期產(chǎn)生的沖擊電流，增加電網(wǎng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：開關(guān)變壓器;水輪發(fā)電機;同期并列上網(wǎng)

引言

在發(fā)電機的研究中，有兩種并列方式：準(zhǔn)同期并列以及自同期并列。

1）準(zhǔn)同期并列

準(zhǔn)同期并列指的是對待并入電網(wǎng)的發(fā)電機進行電壓以及頻率的調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)整后的電壓以及頻率與系統(tǒng)需求相等的時候，將其并入電網(wǎng)系統(tǒng)。準(zhǔn)同期并列指的是一種理想情況下的并列方式，其中發(fā)電機的輸出電流逐漸變?yōu)?，不會產(chǎn)生電流以及電磁力矩等沖擊，是準(zhǔn)同期并列運行過程中最大的優(yōu)點。實際操作過程中，由于需要調(diào)節(jié)的參數(shù)比較多，很難達到各種參數(shù)滿足條件的情況。在手動控制過程中更是難以達到這種情況，這就導(dǎo)致電流和電磁力矩沖擊會對電流產(chǎn)生影響，當(dāng)在一定范圍內(nèi)的沖擊，能夠通過自動準(zhǔn)同期的方式達到較好的效果。在準(zhǔn)備同期并列的時必須防止產(chǎn)生非同期并列的情況，否則會損壞發(fā)電機。在并列的時候，發(fā)電機和系統(tǒng)電壓之間存在較大的差異，會對其產(chǎn)生較強的沖擊，并會產(chǎn)生較大的電位差。在電位差中相位差沖擊較多，會對發(fā)電機產(chǎn)生較大的影響。更嚴(yán)重的情況是發(fā)電機和系統(tǒng)電位差之間的相位差為180°， 在這種情況下，發(fā)電機的沖擊電流將是出口電流的兩倍，產(chǎn)生巨大的電轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩，在發(fā)電機受到這些力的作用下，會導(dǎo)致發(fā)電機遭受嚴(yán)重破壞。結(jié)合非同期情況下的發(fā)電機定子破壞以及短路情況進行分析，得到準(zhǔn)同期并列的要求測試量較多，測試過程復(fù)雜，在二次接線的時候要求較高，在不同時期的維修需要進行復(fù)檢。準(zhǔn)同期并列對于系統(tǒng)發(fā)生事故的時候緊急投入備用防止發(fā)生系統(tǒng)崩潰和事故擴大，快速恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作。

2）自同期并列

自同期并列通過將未勵磁情況下且轉(zhuǎn)速接近同步的發(fā)電機投入系統(tǒng)，在這種情況下可以短時間內(nèi)被自動拉入同步，自同期情況下對于發(fā)電機無勵磁的情況下投入系統(tǒng)，在機械力矩以及異步力矩等共同作用下，從根本上大大降低了非同期并列的機率，但是在調(diào)試過程中，操作比較簡單，對于準(zhǔn)同期并列需要調(diào)節(jié)電壓以及頻率問題，自同期并列只需要調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速問題。由于調(diào)節(jié)方法簡單，通過采用自同期發(fā)電機的方法花費的時間在30s左右，這是現(xiàn)階段使用自同期的一種常用方法。自同期并列的時候，發(fā)電機相當(dāng)于異步電動機，伴隨著短時間的電流沖擊，使系統(tǒng)的電壓下降，沖擊電流引起的電動力對于定子組絕緣和定子繞組端產(chǎn)生不良的影響，沖擊電磁力矩將使機組大軸等產(chǎn)生振動。這些影響對于發(fā)電機的出口影響較小，發(fā)電機能夠承受其中不同方向的受力。但是長期操作，依然會對發(fā)電機造成隱含的損傷并且影響發(fā)電機的使用壽命?，F(xiàn)階段，通常將自同期并列作為事故狀態(tài)下的應(yīng)急啟動并列，正常情況下則使用自動準(zhǔn)同期并列。

1 發(fā)生非同期并列的可能性及其防止

在電機制造過程中，由于電機制造的年代不同，因此準(zhǔn)同期并列的方法也分為自動、半自動以及手動三種方法。當(dāng)自動裝置在自動同期的時候安裝正常，自動準(zhǔn)同期不會產(chǎn)生非同期的事故。其他的方法則會難免發(fā)生并列事故。一般發(fā)生較大事故是由于維修后的二次結(jié)尾發(fā)生問題等，并且在連接后未發(fā)生測試。造成電機并網(wǎng)的時候發(fā)生180°的相位差，對電動機以及其他的原件造成重大損傷。當(dāng)電機接反之后，通過會產(chǎn)生并列的電路造成短路情況，當(dāng)電壓較大的時候還會發(fā)生火災(zāi)情況。

2 開關(guān)變壓器技術(shù)用于自同期并列技術(shù)方案

有上述可知，兩種常用的并列方法存在各自的優(yōu)缺點。同方便使用方面為主要選擇方案，選擇自同期并列的優(yōu)點較多。其中電流沖擊問題是兩種方法都存在的共同問題，只是隨著自動準(zhǔn)同期技術(shù)的逐漸發(fā)展，使沖擊的電流下降較小，導(dǎo)致多數(shù)情況下選擇自動準(zhǔn)同期操作。

通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制原理進行設(shè)計，得到如下圖1所示的開關(guān)變壓式自同期并網(wǎng)連接示意圖：

采用開關(guān)變壓器（TK）技術(shù)的自動同步并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，控制裝置收到啟動指令后，調(diào)整汽輪機調(diào)速器，使電動發(fā)電機（DF）加速。當(dāng)控制裝置檢測到某一速度時，發(fā)出K3、K2的合閘指令。此時，開關(guān)變壓器式軟啟動器（TK）連接在電網(wǎng)和發(fā)電機（DF）之間（通過升壓變壓器）。由于此時可控硅尚未導(dǎo)通，開關(guān)變壓器式軟啟動器（TK）連接在電網(wǎng)和發(fā)電機（DF）之間（通過升壓變壓器），因此TK只流過較少的電流比其空載電流小，不會對DF和電網(wǎng)產(chǎn)生影響。之后，控制裝置逐漸調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角，使電流逐漸增大，直至達到設(shè)定值。在該設(shè)定值下，進行恒流控制。當(dāng)電動發(fā)電機DF轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速的98%左右時，K1接通、勵磁、斷開K2 K3電動發(fā)電機DF繼續(xù)加速直至同步。當(dāng)TK在電力運行中也用作軟啟動應(yīng)用時，只需在K2上并聯(lián)一個斷路器，并在接線中進行換向，以保證DF反向運行。當(dāng)開關(guān)變壓器接入電網(wǎng)和發(fā)電機，且晶閘管未導(dǎo)通時，晶閘管會導(dǎo)通幾秒?？刂蒲b置會檢測兩端電壓（發(fā)電機磁場的剩磁會產(chǎn)生一定的電壓），看是否有錯相。如果出現(xiàn)錯相，晶閘管將停止導(dǎo)通并報警，以防止發(fā)生非同步并聯(lián)事故。

3 結(jié)論

開關(guān)變壓器技術(shù)可用于任何規(guī)模的發(fā)電機自同步并聯(lián)，但考慮其組成成本較大，因此應(yīng)在實際應(yīng)用中權(quán)衡成本和運行效果。 但是如果將該技術(shù)同時應(yīng)用于抽水蓄能電站發(fā)電機軟啟動和自同步并聯(lián)運行，則具有最佳的性價比，事半功倍。

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