0 引言

發電機并網無疑是發電廠的一項事關重大的操作，它直接涉及到系統運行的穩定及發電機組的安全。

發電機并網方式分為準同期并列和自同期并列。準同期并列是指發電機在并列合閘前已投入勵磁，當發電機電壓的頻率、相位、大小分別和并列點處的系統側電壓的頻率、相位、大小接近相同時，將發電機斷路器合閘。自同期是先將未勵磁、接近同步轉速的發電機投入系統，然后給發電機加上勵磁，利用原動機轉矩、同步轉矩把發電機拖入同步。自同期并列過程短，操作簡單，但是由于自同期并列時，發電機未經勵磁，需要從系統中吸收很大的無功電流而導致系統電壓降低，同時合閘時的沖擊電流較大，所以自同期方式僅在系統中的小容量發電機上采用。對大中容量的發電機的同期均采用準同期并列。準同期又分為手動準同期、自動準同期，手動準同期指發電機的頻率調整、電壓調整、并列合閘操作由運行人員手動進行，只是在控制回路中裝設了非同期合閘的閉鎖裝置（同期閉鎖繼電器），用以防止由于運行人員誤發合閘脈沖造成的非同期合閘。自動準同期指由同期裝置自動進行發電機的頻率調整、電壓調整、并列合閘。

《火力發電廠、變電站二次接線設計規程》中規定發電廠的單元控制室每臺機組宜設一套自動準同期裝置；同時，也可設一套帶有閉鎖的手動同步裝置。

手動同步時，沒有自動選擇時機的功能，當頻差很大時由TJJ閉鎖繼電器觸點提供的合閘回路的接通時間非常短，合閘時機很難把握，所以對操作人員的要求較高，經常出現操作人員多次合閘不成功的事件。因此，閉鎖繼電器必須有一定的角度（一般設±20°的角差）保證手動合閘有一定的時間。同時合閘時機隨意性大。當頻差很小時，只要操作人員合閘瞬間在同期閉鎖裝置的允許范圍之內，斷路器就能合閘。但斷路器由于有機械和電氣傳動延時和斷路器的固有合閘時間，很可能斷路器在合閘時實際上已經不在并列操作的允許范圍之內，從而造成非同期合閘，對斷路器、發電機以及電系統造成沖擊。因此，對大容量機組一般設計只選用自動準同期。

1 非同期并網的原因分析及預防

自動準同期裝置的采用，極大地提高了發電機并網時的自動化水平和并網的質量，但如果設計不合理或設備選型不當，很有可能引發發電機非同期事故，而發電機的非同期并網不僅會引起發電機定子、轉子過電流損壞發電機定子和轉子，而且會造成發電機組軸系產生扭曲事故，現在的自動準同期裝置本身早已采用微機化，在調壓、調頻功能和頻差、壓差、相角差的判斷已實現的非常準確，而且應用的已非常成熟。以下就如何優化同期回路的設計以有效防止非同期事故的發生進行一些分析，以供設計及運行維護單位借鑒。

1.1 同期電壓的選擇

兩側同期電壓選用線電壓以防止并網時電壓差引起的并網沖擊。發電機中性點一般都采用中性點不接地系統，因此在發電機側的同期電壓應選用線電壓，因為相電壓與三相的絕緣及對地電容量有很大的關系，正常時發電機三相對地電容量相差不大，中性點電壓為零，發電機三相相電壓相等，如某一相絕緣低時，發電機的中性點電壓會發生漂移，三相相電壓不同，但線電壓保持不變。如果在發電機側采用相電壓作為同期電壓，在發電機同期時會引起很大的沖擊。

1.2 防止同期裝置兩側電壓接錯相引起的非同期合閘

一般自動準同期合閘回路典型設計（如圖1：不正確的同期回路），同期裝置的電壓取自并列開關兩側的PT的二次電壓回路，如果在檢修中誤將二次電壓接錯，必然引起二次系統與一次系統相差一定的角度，從而引起發電機非同期事故。為此，在合閘回路中應串入同期閉鎖繼電器，并且將該繼電器的電壓與同期裝置的電壓選用不同的 PT（如圖 2：優化后的同期回路），這樣任一個電壓回路接錯線，同期裝置與閉鎖繼電器出現不同步，發電機就不能并網，就可以避免由于電壓回路接線錯誤引起的非同期合閘。

1.3 及時進行同期回路核相試驗

同期回路在機組投產時或電壓回路有變化時，應及時進行同期回路的核相工作，以防止非同期事故的發生。核相的原理是在同期的兩個 PT一次側加相同的電壓，確定同期 PT二次電壓進入同期裝置和同期閉鎖繼電器的相位關系正確性。

1.4 發電機同期并列點的選擇

如果柴油發電機出口有斷路器并且變壓器高壓側也有斷路器，發電機的同期并列點最好選在變壓器高壓側，這樣，即使發生了非同期，非同期電流為兩側電壓差與發電機、變壓器、系統阻抗三者之和的比值，短路電流小很多，對發電機和變壓器的沖擊、損壞程度相應的也輕微。如同期點選擇在發電機出口斷路器處，發生非同期時，對發電機的沖擊電流為兩側電壓差與發電機阻抗的比值，對變壓器的沖擊電流為兩側電壓差與變壓器、系統阻抗二者之和的比值。

大型機組升壓站一般以3/2接線為主的機組，如果同期電壓選擇在主變高壓側，在發電機未并網前，同期開關在合環時，可以很方便地檢查發電機同期開關兩側二次電壓回路接線的正確性。而同期點在發電機出口斷路器時，由于并網前兩側的一次電壓相角差本身隨著兩側的頻差而脈動變化，難以對兩側二次電壓回路進行核相。同期點在發電機出口斷路器處時，如需核相，有兩種方法：斷開主變高壓側刀閘，發電機帶主變進行零起升壓或解開發電機出口與封閉母線的軟連接，合上發電機出口斷路器，由系統對主變和發電機出口斷路器進行反送電以進行核相。而這兩種核相操作都比較復雜。

1.5 其他防止非同期事故的措施

為防止跳閘位置繼電器線圈短路后引起開關非同期合閘，開關合閘回路中的跳閘位置繼電器應予以取消。為了避免在機組檢修時發生誤上電事故，在合閘回路中串入一合閘壓板，該合閘壓板在同期裝置檢修時退出，防止誤合開關。為了防止開關非同期合閘，應將開關的同期合閘回路與DCS、ECS、就在合閘回路分開，在這些回路中應串有合閘壓板，在同期合閘過程中，為防止非同期事故發生，應退出這些回路中合閘壓板只投入同期合閘壓板。

2 非同期合閘和誤啟動后的保護配置

為了防止發電機非同期合閘或誤啟動對機組的損壞，應配置有完善的發電機突加電壓保護和斷路器斷口閃絡保護，以盡快切除故障，將對柴油發電機組的損害降到最小。

 

2.1 發電機的突加電壓保護

發電機突加電壓分以下兩種情況。

(1) 發電機在盤車、轉子靜止或在啟動過程中，突然并入電網的突加電壓。

發電機在盤車或轉子靜止過程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加上三相電壓，其電抗xd＂在啟動過程中基本不變。計及升壓變壓器的電抗xt和系統聯接電抗xs，并且在xs較小時，流過發電機定子繞組的電流可達3～4倍額定值。定子電流所建立的旋轉磁場，將在轉子中產生差頻電流（頻率在變），如果不及時切除電源，流過電流的持續時間過長，則在轉子上產生的熱效應將超過允許值，引起轉子過熱而遭到損壞。此外，突然加速還可能因潤滑油壓低而使軸瓦遭受損壞。

發電機在啟動過程中，有了一定的轉速或在額定轉速下升壓過程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加上三相電壓，此時流過發電機定子繞組的電流會相應的減小。

以上情況的發電機突加電壓特點是發電機未給電壓或電壓低，采用電流型突加電壓保護。為了提高保護的靈敏度，增加一個低電壓判據，低電壓值取 80%額定電壓，當發電機升壓至 80%額定電壓時，可認為發電機即將并網，此時電流型突加電壓保護退出，而自動投入阻抗型突加電壓保護。

(2) 發電機在并網前或解列后，此時斷路器在分閘狀態，勵磁開關在合閘狀態，機端電壓超過80%額定電壓值，由于某種原因非同期合閘的突加電壓。這種情況采用阻抗型突加電壓保護，阻抗元件按在正常同期并網瞬間躲過 30%額定負荷對應的阻抗整定。因此，誤上電保護的動作邏輯如圖3。

誤上電保護在發電機并網后自動退出運行，解列后自動投入運行。但為了防止保護在并網后可能的誤動，在并網后退出該保護壓板，在解列前投入該壓板。

2.2 發電機斷路器的斷口閃絡保護

接在220 kV及以上電壓系統中的大型發電機－變壓器組，在進行并列過程中，斷路器合閘之前，作用于斷口上的電壓，隨待并發電機與系統待效電源電動勢之間角度差的變化而不斷變化，當角度差為 180°時，其值最大，為兩者電動勢之和。當兩電動勢相等時，則有兩倍的運行電壓作用于斷口上，有時要造成斷口閃絡事故。發電機剛退出運行之后也可能發生此事故。

斷口閃絡給斷路器本身造成損壞，并且可能由此引起事故擴大，破壞系統的穩定運行，此外，閃絡一般是一相或兩相閃絡，一是要產生沖擊轉矩作用于發電機上，二是要產生負序電流，在轉子上引起附加損耗，威脅發電機的安全。為盡快排除斷口閃絡故障，在大機組上可裝設斷口閃絡保護。

為了防止非同期合閘后開關發生多次重合閘，同期合閘繼電器應采用快速返回的繼電器，確保合閘脈沖只能合閘一次，同時在同期開關合閘回路必須具備開關防跳躍功能。

3 結束語

同期裝置是發電廠的重要自動裝置，其直接影響著發電機的安全與壽命，這種沖擊的累積將會給發電機造成致命的傷害。因此必須重視發電機同期回路的設計、試驗，確保不發生非同期事故。同時必須重視發電機非同期保護，以將損失降到最小。