小水电站发电机组误并的原因及防范措施

1 概述

海南松涛水利工程管理局有小水电站13座，装机31台，单机容量从200kW至10000kW不等。这些渠道跌水电站普通使用同步表法的手动准同期，把发电机并入电网。但运行实践证明，发电机误并列情况时有发生。误并列由于其合闸时机控制不好，或控制失误，很难满足准同期电压差、频率差及相角差要求，发电机可能受到冲击损坏。这点，常常因为有些误并列当时没有造成严重后果而被忽视。

2 手动准同期装置的核心元件分析

2．1用于捕捉合闸时机的同步表

现场常用的电磁式同步表的接线(见图1)，当接到其A、B和K1、K2端子的电压úAB与úK1K2频率不相等时，同步表指针将不停地旋转，且频率差越大，旋转越快。当指针指在同期点时，表明úAB与úK1K2相位达到相同。根据同期电压接线原理，以上两电压分别反映发电机一次电压úAB和电网电压úA′B′。如果一次电压相序一致，则一次电压对应相的相位分别相同。这就是同步表的频率差、相角差鉴定原理。图1同步表、同期检查继电器接线示意图

图1 同步表、同期检查继电器接线示意图

2．2同期检查继电器

设计接线中，把同期检查继电器TJJ(见图2)的常闭接点串入同期合闸操作回路中，以控制合闸脉冲。TJJ一般采用DT-13型继电器，如图1所示。它的两个线圈分别并接在同步表的A、B与K1、K2端子电压上，且极性相反。当两电压相角差大于其动作角δdz时，TJJ动作，常闭接点断开，禁止发出合闸脉冲；相角差小于其返回值δh时，TJJ返回，常闭接点闭合，允许发出合闸脉冲。但当频率差较大时，TJJ往返动作快，接点处在闭合状态的时间比断路器固有合闸时间短，断路器不能合闸。这就是同期检查继电器的相角差和频率差闭锁功能。

2.3同步表和同期检查继电器的动作统一性

从以上分析可知，当同步表指在同期点时，同期检查继电器也将返回，其常闭接点闭合，提供合闸通路。

3 引发误并列的几个因素及机理

人们常常因为只注视手动准同期装置有效的闭锁功能，而忽视一个不利于发电机并列的问题，即某些因素使同步表和同期检查继电器在同期操作中失去其原本设计意图，导致误并列发生。下面是我局电站运行中暴露出的几个因素，简述如下：

3．1断路器合闸接触器回路存在自保持接线

图2 同期合闸操作回路

图2是某水电站发电机断路器同期合闸操作回路。现场实际的元件和接线，使合闸接触器HC经跳闸位置继电器TWJ线圈，形成自保持。这个很少引起注意的自保持回路产生的不良后果有下列3种：

(1)提高闭锁角度：最严重的情形是在相差角δ=δdz时发出合闸脉冲，合闸接触器动作并自保持，断路器的主触头经过其合闸时间增长的角度后闭合，引起较大的并列冲击。

(2)将TJJ的频差闭锁功能解除，不能避免大频差合闸事故。

(3)导致随机性误并列发生：当发电机电压达到同期条件，TJJ的常闭接点闭合，中间继电器ZJ动作，接通同期脉冲小母线1THM和2THM。此时操作1KK合闸，HC动作，但由于合闸电源开关ZK不投入或合闸电源故障，断路器未合闸，其常闭辅助接点DL1未断开。1KK虽返回，但在+KM→TWJ线圈→DL1→HC线圈→-KM的回路中，HC线圈上的电压降仍大于其返回值，因此HC维持吸合状态。当合闸电源恢复正常投入时，断路器瞬间合闸。

3．2合闸接触器触头熔焊

图3 合闸线圈回路

图3合闸线圈回路从图3看出，只要HC触头在闭合状态，一投入合闸电源开关ZK，断路器就会合闸。在小水电站一般用一个合闸电源开关控制多台发电机断路器合闸线圈电源，该开关在需要合闸时投入，合闸后切除。如某台机合闸接触器触头发生熔焊，不及时发现处理，就会导致：在操作该机并列时，一投合闸电源开关，该机就误并列；在操作别的机组并列时，一投合闸电源，合闸接触器触头熔焊的机组就异步起动。

3．3同期电压回路接线错误

图4 电压互感器二次侧接线示意图

由于手动准同期装置实际上是把同步表接线端子A、B和K1、K2上的电压与相位相同作为判定同期的基本条件。当同期电压回路，包括：电压互感器一、二次侧，同期开关、同期屏端子接线错误，致使引至同步表端子的二次电压不能正确反映一次电压的相位，同步表将提供错误信息，引起严重的误并列发生。而在此类事故中，由于前述的动作统一性，同期检查继电器非但不禁止，反而提供合闸通路，违背了设计初衷。

图4是某小水电站母线电压互感器更换后二次侧与电压小母线连接情况。互感器二次侧a相接到电压小母线Mc，b相接到Mb，c相接到Ma。投入使用后，在每次发电机并列中，虽然电压、频率控制很好，合闸提前角根据同步表指示也掌握不错，但发电机总是在猛烈的冲击下被强行拉入电网同步。实际上，当同步表指针达到同期点(红线)位置时，是发电机úAB与母线úC′B′相位相同的瞬间，而此时对应相úA与úA′的相差角δ=60°。

4 防止措施

(1)选取质量合格、技术参数符合使用要求的直流接触器产品，并在使用中加强日常维护和定期检查。

(2)并列操作前，应检查合闸接触器触头在断开位置，当操作合闸不成功，查明是合闸电源开关不投入或电源故障时，在合闸电源恢复正常投入前，需先短时断开控制电源熔断器1RD、2RD后，再重新操作。

(3)定期调试合闸接触器回路，方法是：合闸电源开关ZK不投入，控制电源电压为110%时，操作1KK合闸，HC应能动作后可靠地瞬时返回。如达不到上述要求，可采用在TWJ线圈回路加装电阻(见图2虚线框R)或调整接触器返回电压值的方法进行处理。

(4)在同期系统或相关设备接线变动后，应仔细检验同期装置及回路。检查步骤为：①接线检查；②相序检查；③用同一高压电源整体检查。