大型水轮发电机组出口同期并网方式研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 大型水轮发电机组出口同期并网方 式研究 摘要：文章通过对某电站水轮发 电机组同期并网和调速器空载调节方式 的介绍，阐明了同期系统在大容量、高 水头机组同期并网中出现同期超时的问 题。通过机频和网频曲线分析，排除了 同期系统和调速系统存在缺陷的问题， 发现同期系统调节脉冲与调速系统空载 调节存在干扰是导致同期超时的主要原 因。针对同期系统和调速系统的干扰问 题，采用了优化同期系统、调速系统参 数和开机流程的方法加以调整，效果显 著。 中国论文网 /3/view-12986806.htm 关键词：水轮发电机组;同期系统;调 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 速系统;调节干扰;并网超时 文献标识码： A 中图分类号：TM312 文章编号： 1009-2374（2015）02-0140-03 DOI：10.13535/ki.11- 4406/n.2015.0167 本文通过分析大容量、高水头变 幅水轮发电机同期并网中存在超时的问 题及其解决方法，从理论上分析排除同 期系统与调速系统相互干扰的可能性及 其优缺点。本文所采用的解决同期并网 超时的办法，对提高大容量、高水头机 组并网条件具有指导意义。 1 水轮发电机组出口并网原理 同期系统在水轮发电机组和电力 系统主网并列运行中起着重要的作用， 为电力系统、水轮发电机及其变压器等 设备的安全稳定运行，维持设备良好运 行状况提供了可靠保障。 机组在较理想的状态下并网，可 以有效地降低过电流对发电机、出口断 路器和主变压器的冲击，降低对水轮发 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 电机组大轴、发电机绝缘和断路器端头 的损害，维持电力系统电压、频率的稳 定。理想状况下机组并网的条件有：待 并发电机的频率与系统频率相同;待并发 电机端电压与系统电压相同;待并发电机 的相位与系统相位一致;待并发电机的相 序与系统相序一致。然而，因调速系统、 励磁系统、同期系统调节能力和水轮发 电机组的运行特性的限制，要达到完全 理想状态是不可能的，所以只能根据调 速系统、励磁系统调节能力，设定同期 系统同期并网定值范围，以实现机组的 并网。其基本原理是通过同期装置比对 机组侧和系统侧的频率、电压差值，调 节调速系统、励磁系统的频率和电压， 当机组侧和电网侧频率、电压差满足要 求后，启动相位捕捉功能，当三个条件 都满足并网整定要求时，发出合闸命令， 从而实现水轮发电机组与电力系统的并 网运行。 根据水轮发电机设计和电网运行 方式的要求，小湾电站机组同期装置频 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 差、压差和相位差定值如表 1 所示： 表 1 同期装置频差、压差和相位 定值 整定项 频差（Hz） 电压差 （V） 相位差（） 整定值 0.15 2 5 2 电站机组出口并网方式介绍 电站单机容量 700MW，额定转 速 150r/min，最高运行水头 251m，最 低运行水头 164m，属于大容量、大水 头变幅电站。为了保证同期并网的安全 性，机组设置了专用同期装置完成机组 同期并网操作。 同期装置采集发电机出口 PT 和 主变低压侧 PT 电压，通过压差、频差 匹配，并列条件检测和并列指令生成模 块进行信号采集和合闸指令的生成。同 时为了确保机组并网的正确性，同期系 统做了如下安全闭锁功能：（1）在同 期调节过程中，频率、电压差超出预定 值，立即闭锁相位捕捉和同期合闸令开 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 出功能;（2）同期过程中，同期装置故 障退出运行功能;（3）同期装置运行时 限功能，在规定时间达不到并网定值要 求，则退出同期系统。 图 1 同期装置基本原理 3 当前同期方式存在问题分析 由于机组在投产初期水头较低， 调速器空载调节特性和同期参数并未进 行全水头实际运行检验，所以随着电站 库区水位的升高，在高水头下同期超时 的频次就逐渐增多。 3.1 同期系统启动流程 在机组开机至并网的过程中，必 须满足机组转速信号95%Ne、机端电 压85%U0 和机组在空载态的条件，监 控系统发投入 PT 信号和启动同期令， 同期系统开始工作。此时同期系统根据 运算出的系统侧与待并侧的频差和压差， 向调速器和励磁系统分别发增速/减速和 增磁/减磁脉冲，使机组的运行状态满足 发电机组同期并网要求。 3.2 调速系统空载调节原理 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 调速系统在开机至空载的过程中， 先采用导叶开度控制模式，其根据当前 运行水头，计算出相应导叶空载开度， 使水轮发电机组迅速开机接近额定转速， 在达到空载开度后，调速器采用频率调 节模式，使机组频率稳定在 500.05Hz 内，以保持机组的稳定。 3.3 机组并网超时原因分析 经过曲线分析频差在规定时限内 达不到同期并网要求，是造成同期超时 的直接原因。因为调速器的空载调节特 性、水轮机的稳定性与水头变幅有很大 关系，随着水头的变化，调速器空载开 度也会随之变化， 其采用的是将机频与 50Hz 标准 频率比较的频差信号转换为导叶开度， 使机频稳定在 500.05Hz 范围内。而同 期系统只有一组调节参数，其是将机频 与网频的比较频差信号转化为脉冲信号 开出至调速器，调速器再将脉冲量转化 为导叶开度，使机频与网频差在 0.15Hz 内，调节脉宽仅与机频和网频 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 差相关，其不能自适应水头变化。从上 分析可得两者的调节原理不同，而同时 对机组进行调节，因此当水头变幅较大 时易导致频率波动而发生大频率干扰。 4 同期超时解决方法及试验 为了进一步明确调速系统和同期 系统之间的调节干扰是导致同期超时的 直接原因，我们采用逐项排除法。 4.1 调速器空载试验 调速器在空载状态下进行频率调 节性能测试。当出现并网超时的故障时， 在同期装置不启动的前提下，通过多次 开机至空载试验，观察机频和网频曲线， 在同期系统运行的预定时间内，机组通 过调速系统的独立调节，机频满足并网 要求。结合调速器的空载调节特性试验， 从而判断调速系统的调节满足要求。 4.2 同期装置校验及假同期试验 同期装置校验。对同期装置的调 压、调频特性和导前角度设定进行测试， 并进行假同期并网试验。 表 2 增压、降压、增频、减频动作节点试验 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 试验项目 增压（V） 减压 （V） 增速（Hz） 减速（ Hz） 实测值 98.2 101.9 49.9 50.1 表 3 导前角动作节点试验数据 频差（Hz） -0.08 -0.06 -0.05 - 0.04 -0.02 实测角度（ ） 3.9 2.4 3.0 2.7 2.4 表 4 假同期试验数据 合闸时（ms） 相位差（ ） 压 差（V） 频差（Hz） 合闸脉宽（ ms） 108.13 0.3 0.7 0.075 990.00 106.88 0.11 0 0.070 980.00 经过装置校验和假同期试验数据 分析，同期系统的参数及性能均满足系 统并网要求。 4.3 同期、调速参数及开机流程 优化 为进一步减少调速器空载调剂和 同期并网过程中两个系统的相互干扰， 分别对两个系统调节参数和开机流程进 行了优化。将调速器开机过程中的导叶 开限由 1.3 倍改为 1.2 倍，由此防止开 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 机过程因导叶空载开度过大而产生的较 大超调量;将调速器频率给定步长由 1000%改为 750%，以减小因调节步长 过大引起的超调干扰;将同期装置的转差 率开限由 0.2%改为 0.3%，频率调节特 性参数由 0.2%/S 改为 0.3%/S，以减小 同期装置频繁调节对调速器的干扰。修 改开机流程，当机组开机至空载态后， 延时启动同期装置，使机组尽快进入稳 定状态，减小调速系统与同期系统之间 的拉锯干扰。通过参数和流程优化，在 后期的同期并网运用中，起得了良好效 果。 5 机组同期并网发展展望 从电站的实践中发现，对于大容 量、高水头的水轮发电机组，传统的同 期并网方式存在诸多缺陷，尽管采用了 延时启动同期的方式，但还是不能从根 本上解决调速系统和同期系统之间的互 扰问题，且在一定程度上延长了机组的 开机并网时间。因此对于大容量、高水 头的水轮发电机组，可从以下两个方向 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 探索研究同期并网的可行性。 方式一，将水头信号引入同期系 统，通过理论计算和试验，根据调速器 的空载调节特性，确定在不同水头下同 期系统的调频特性参数，同时在同期系 统对机组进行调节的过程中，在保证机 组安全的条件下，闭锁调速器的自调功 能，以实现机组的同期并网。该方法可 以有效地排除调速系统和同期系统之间 的干扰，提高同期系统与调速系统调节 特性的匹配性;缺点是对同期参数的优化 需要在不同水头下进行试验，同期装置 的自适应性较差。 方法二，随着技术的发展，目前 大型水轮发电机组调速器的调节性能已 达到较高水平，因此可将水轮发电机组 的频率调节由调速器单独完成，同期系 统仅仅完成电压调节和相位捕捉功能。 该方法排除了调速系统与同期系统的调 节干扰，而且还可以有效地利用调速系 统对水头变化的适应性，以提高机组空 载稳定性，提高同期并网效率;不足之处 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 是在调速系统还需要具备一定的相位