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淺析發電機自動準同期并網技術

  【摘要】本文結合自動準同期裝置在宣鋼的成功使用經驗,對發電機自動準同期并網進行淺要的分析介紹。 
  【關鍵詞】發電機;同期并網;自動準同期;電壓;頻率 
  引言 
  發電機必須并入電力系統才能將所發出的電能上送至系統中,才能實現電能從發電機流向用電設備,對發電機與電力系統之間的并列操作就是同期并網操作,同期并網操作是發電機操作中的一項關鍵內容,操作出現問題將直接導致發電機并網失敗。當前,企業電網的規模日益增大,同時發電機的數量和容量都在不斷增加,這就需要對同期并網技術進行深入的了解,最終實現能夠將發電機準確、可靠、穩定的并入系統目標。 
  1、發電機并網的條件手動準同期的缺點 
  1.1發電機并網的條件 
  (1)發電機機端母線的電壓與系統母線的電壓幅值相等并且波形一致。 
  (2)發電機所發出電的頻率與系統的頻率相同,均為50Hz。 
  (3)發電機側電壓與系統側電壓的相序相同。 
  (4)合閘的瞬間,發電機側電壓與系統側電壓相位相同。 
  在以上四個條件具備的基礎上,就能完成發電機的順利并網,在并網瞬間,發電機機端電壓與系統電壓的瞬時值越是差距越小,則發電機并網時受到的沖擊就越小,并網過程就越平穩。 
  2、手動同期并網的缺點 
  老式發電機采用的手動準同期裝置,雖然可以通過人工觀察合閘前的發電機與系統兩側的電壓、頻率等數值,通過調節發電機本體和勵磁裝置來調節發電機側的參數使其等于系統側參數,并在參數相同的時刻合上并網開關,實現發電機的并網操作,但是根據實際情況來看,其始終擺脫不了如下幾條缺點: 
  (1)不能自動選擇合閘的時機,對操作人員的專業素質和操作熟練程度依賴性較大。 
  (2)老的手動準同期裝置的精度下降,雖然是在同期裝置所顯示的可以合閘的區間進行合閘并網工作,但是往往由于操作的延時和裝置的細小誤差而使實際合閘過程并不滿足發電機并網的條件,這種狀況就造成了非同期并網。 
  (3)過程完全需要人工進行干預,不能實現自動調節。 
  3、微機自動準同期裝置的結構 
  我廠選用的微機自動準同期裝置屬于越前時間恒定的自動并列裝置,這種并列裝置對發電機側和系統側的電壓頻率進行檢測,當在設定的越前時刻檢測到兩側的電壓差和頻率差均在設定的允許范圍之內,則迅速啟動合閘邏輯并輸出合閘信號驅動斷路器合閘,實現發電機的并網,這樣能夠最大程度上保證在經過了斷路器固有的合閘延時之后,兩側電壓與頻率的差值仍然處于最小的范圍。如果在合閘邏輯啟動之前裝置判斷出電壓或者頻率的差值超出設定的允許范圍,則馬上閉鎖合閘出口,并在程序內部將合閘邏輯閉鎖,通過檢測到的電壓頻率差值來對分別給出發電機轉速升高降低以及電壓升高降低指令。微機自動準同期裝置包括了以下五部分: 
  3.1導前時間設定部分,微機自動準同期裝置的導前時間是通過4位撥碼來進行設置的,四位撥碼代表了16進制的0000-1111共計16個數,對應時間為0.1-1.6秒,這個前導時間的設定需要對斷路器固有的合閘時間進行檢測,使前導的時間與斷路器合閘時間匹配。系統電壓與發電機機端電壓之差形成的以滑差周期脈動的電壓信號。其周期也可以通過撥碼進行設置。 
  3.2自動調壓單元,微機系統通過模擬轉數字模塊對高壓設備二次側的電壓信號進行采集,采集周期通常系統固定為10ms,經過采集器的電壓信號為一個0~5V的直流信號,微機通過內部的比較器對系統電壓與發電機機端電壓進行比較,根據兩側電壓的差值給出發電機電壓升高或者降低信號,直至調節后兩側的電壓差值保持在5%以內。 
  3.3自動調頻單元,調頻單元配置高速頻率采集通道,分別對發電機側和系統側的頻率進行快速采集比較,當發電機頻率低于系統側頻率時就對應的升高發電機轉速,反之則降低發電機轉速,直到達到并網要求的頻率之差控制在0.33Hz以內。 
  3.4自動同期合閘單元,當發電機機端與系統側的電壓和頻率均在規定的范圍之內時,自動同期合閘單元則投入并密切監視兩側的電壓和頻率值,如果在設定的保持時間之內電壓和頻率差值均未越過規定的范圍,這就表示發電機當前的運行狀態十分平穩,下一個滑差時間內必然會出現最佳的同期合閘時間點。此時立即投入自動同期合閘準備邏輯,等待下一個滑差時間周期內同步點的到來,一旦檢測的該同步點則邏輯輸出斷路器合閘,發電機成功并網,若此周期內未檢測到最佳的同步點,則程序繼續等待同步點的出現。在自動合閘單元中需要設置合閘動作的時間提前量,這個提前量應該能與斷路器的合閘時間相匹配。 
  3.5出口執行和信號指示單元,出口執行單元包括了輸入輸出接口芯片,光電隔離電路以及大功率驅動電路和出口繼電器,根據功能一般采用了五出口繼電器的結構,五個出口繼電器分別完成發電機升轉速、降轉速、發電機電壓升高、降低、同期合閘五個功能,其中可以通過內部邏輯分別對五個出口進行功能連鎖或者閉鎖,出口繼電器分別對應了不同的信號指示燈,可以通過指示燈來觀察自動準同期裝置的運行狀態。 
  4、微機自動準同期裝置的應用優勢 
  4.1微機自動準同期裝置的操作比老式準同期裝置便捷簡單,操作人員只要按下啟動按鈕就能完成發電機同期并網的復雜操作,消除了發電機并網對操作人員素質的依賴性。 
  4.2能夠適時的選擇最佳時機進行合閘,客服了傳統手動準同期裝置在合閘瞬間其內部需要進行的角度檢測,將同期并網的沖擊降到最小。 
  4.3由于其前導時間和滑差時間可以通過外部的撥碼進行調節,這就可以使自動準同期裝置適應不同的發電機出口斷路器,使得合閘時間的提前量總能夠與斷路器固有的合閘時間保持一致,確保在最佳的時間內完成合閘。 
  4.4微機自動檢同期裝置運行可靠,能夠適應較頻繁的發電機并網操作,且其不受外部環境的影響,對于復雜的工廠現場,其能夠切實的保障發電機同期并網操作的長期可靠性,提高整個系統運行的穩定性。 
  5、結束語 
  自動準同期裝置在宣鋼發電機系統中得以成功運用,時間證明了其在可靠性、快速性、穩定性等多方面均遠遠的超過了傳統依靠手動準同期的操作方法,保障了發電機并網操作的成功率,直接增加了企業發電機運行的經濟效益。 
  參考文獻 
  [1]粟梅,郭旭東,官詩軍.一種新型的微機自動準同期裝置.電力設備網 
  [2]彭曉濤,王少榮,程時杰.高性能微機自動準同期裝置.電力系統自動化,2002.09



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