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淺談發電機并網系統
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摘要：發電廠發電機常常用作備用電源以應付并到電網的機組、供電設備故障，設備檢修。當電網發生機組故障時，備用發電機應在最短時間內啟動，向電網輸送合格的電能，為用電設備提供電源，同時斷開故障機組與電網連接的主開關。并列是非常重要的操作，發電機的非同期并列，會產生很大的沖擊電流，不但會危及機組自身的安全，還會使電網產生波動、破壞穩定性。因此要求同期裝置和控制、保護裝置齊全可靠。
關鍵詞：發電機，并網，解列
Abstract: The power plant generator serves as the emergency power supply to deal with frequently and to the electrical network unit, the generating plant breakdown, the equipment overhaul.When the electrical network breaks down unit, the emergency generator should start in the shortest time, transports the qualified electrical energy to the electrical network, provides the power source for the current collector, simultaneously separates the main switch which the breakdown unit and the electrical network connect.Compound is the extremely important operation, the generator non-same time compound, can produce the very big surge current, not only can endanger unit own security, but also can cause the electrical network to have the undulation, the destruction stability.Therefore request same time equipment and control, protective device complete reliable
一、發電機并列運行的條件
�。ㄒ唬⒋l電機的電壓有效值Uf與電網的電壓有效值U相等或接近相等，允許相差±5％的額定電壓值。
待并發電機的電壓有效值Uf，與電網的電壓有效值U之間的壓差ΔU，若在允許范圍內，所引起的無功沖擊電流是允許的。否則ΔU越大，沖擊電流越大，這個過程相當于發電機的突然短路。因此，必須調整兩者間的電壓，使其接近相等后才可并列。
（二）、待并發電機的周波f1應與電網的周波f相等，但允許相差±0.05～0.1周/秒以內。
若兩者周波不等，則會產生有功沖擊電流，其結果使發電機轉速增加或減小，導致發電機軸產生機械振動，造成機組損壞。如果周波相差超出允許值而且較大，將導致轉子磁極和定子磁極間的相對速度過大，相互之間不易拉住，容易失步。因此，在待并發電機并列時，必須調整周波至允許范圍內。通常是將待并發電機的周波略調高于電網的周波，這樣發電機容易拉入同步，并列后可立即帶上部分負荷。
�。ㄈ�、待并發電機電壓的相位φf與電網電壓的相位φ相同，即相角相同。
在發電機并列時，如果兩個電壓的相位不一致，由此而產生的沖擊電流可能達到額定電流的20～30倍，所以是非常危險的。沖擊電流可分解為有功分量和無功分量，有功電流的沖擊不僅要加重汽輪機的負擔，還有可能使汽輪機受到很大的機械應力，這樣非但不能把待并發電機拉入同步，而且可能使其它并列運行的發電機失去同步。
在采用準同期并列時，發電機的沖擊電流很小。所以，一般應將相角差控制在10以內，此時的沖擊電流約為發電機額定電流的0.5倍。
�。ㄋ模⒋l電機電壓的相序必須與電網電壓的相序一致。
發電機發出電源的相序與電網相序相同。否則，不但發電機不能進入同步，而且會產生很大的拍振電流，使發電機繞組承受過大的電動力，使線圈變形絕緣短路，將發電機燒毀。
�。ㄎ澹⒋l電機電壓的波形應與電網電壓的波形一致。
波形相同，發電機和電網同樣是正弦波波形。
以上條件中第4項關于相序的問題，要求在安裝發電機的時候，根據發電機規定的轉向，確定好發電機的相序而得到滿足。所以在以后的并列過程中，相序問題就不必考慮了。第5項關于電壓波形的問題，應在發電機生產制造過程中得以保證。
綜上所述，在發電機并列時，主要滿足1～3項的條件，否則將會造成嚴重事故。在并列合閘過程中，發電機與電網的電壓、周波、相位角接近但并不相等時，由此而產生的較小沖擊電流還是允許的。合閘后，在“自整步作用”下，能夠將發電機拉入同步。發電機與電網并列運行時，由于電網的容量遠遠大于發電機的容量，所以發電機工作狀態的變化不會影響電網電壓和頻率，因此在發電機與電網并列時，可認為電網電壓和頻率是不變的。待并發電機以電網為基準，通過增減勵磁電流來調整發電機的輸出電壓，改變汽輪發動機的轉速來調整頻率，調節瞬時速率來滿足相位差，在基本滿足并列條件的瞬間，閉合發電機的主斷路器使發電機投入系統，這就是發電機并列過程。
為了直觀判斷是否滿足并列條件，發電機的同期屏上安裝有電壓差表、兩組同期指示燈和同期表用以檢查和監視，同時配備有自動準同期裝置。通過電壓差表可以測得待并發電機的端電壓與電網間的電壓差；通過同期指示燈的暗、亮可以檢查發電機與電網側的頻率和相序；當待并發電機的頻率高于電網的運行頻率時，同期表指針就順時針快速旋轉；反之，則逆時針方向旋轉。頻率差得越大，同期表的指針轉得越快，頻率差減小時指針旋轉減慢，當兩側頻率差減小到一定程度后，頻率非常接近，指針位置與同期點的夾角即是兩側電壓的相位差。當上述儀表指示滿足并列條件時，即可進行手動和準同期自動并列操作。
二、發電機并列時的操作
發電機并列的方法有兩種，即：準同期并列法和自同期并列法。目前廣泛采用準同期并列法。準同期并列法分為手動、半自動及自動三種，一般采用半自動或自動這兩種操作方法，下面分別敘述三種操作方法。
�。ㄒ唬�、手動并列操作辦法：
1、汽輪機定速后，檢查待并斷路器的出口隔離開關合好、電力系統電壓正常，檢查待并斷路器氣壓、液壓機構正常、控制電源合好，檢查發電機滅磁開關的控制電源及滅磁開關合好。發電機手動升壓操作正常，發電機升壓過程中應注意切換三相定子電流均等于零、三相定子電壓應平衡、零序電壓為零、轉子正負對地電壓等于零。
2、檢查圖四準同期并列操作盤“同步表投入開關”（4-1）1STK在“停止”位置，其1、3接點斷開。與此同時，同步檢查繼電器TJJ進入閉鎖狀態。
3、將圖四準同期并列操作盤“同期表投入開關”（4-1）1STK右轉至“投入”位置，控制屏的組合式三相同期表S就有了電壓和周波的指示（圖一）。此時，通過調整發電機的電壓及頻率，使之與電網的電壓及頻率相近或基本一致。
4、當發電機電壓升至額定時，應該核對轉子空載參數。
5、當發電機周波與電網周波相差在1.0周/秒以內時，將圖四中“分同期開關”（4-2）左旋90取下，插入待并斷路器（109開關）“分同期開關”TK右轉至“投入”位置（圖三待并斷路器右側），使同期母線帶電，則組合式三相同期表S的線圈得電，指針開始緩慢地順時針方向轉動。此時，應根據電壓、頻率的指示，更精細的調整待并發電機的頻率。為了使待并發電機并列后可立即帶上部分負荷，應使待并發電機的頻率稍大于同期頻率。
6、將圖四準同期并列操作盤手、自動選擇開關放在“手動”位置（4-3右旋90），將操作直流開關放“±1檢定”（4-4）位置。同時，將待并斷路器（109開關）的操作把手置于“預備合閘”位置，做好并列合閘的準備，這時開關的綠色指示燈發出閃光。待指針快接近同期點時（考慮到開關操作機構有大約0.2秒的動作時間、相位角接近10時），迅速將待并斷路器（109開關）的操作把手右轉至合閘位置，此時該開關的紅色指示燈發平光，綠色指示燈熄滅，這表明待并發電機并列成功。
7、發電機并列后，應將圖三“分同期開關”TK（4-2）、圖四準同期并列操作盤上的同期表投入開關（4-1）1STK、手、自動準同期選擇開關（4-3）及操作直流開關的操作把手（4-4）恢復原位，然后接帶負荷，使發電機按正常運行方式運行。
圖一、ZZQ-3A型準同期裝置和組合式三相同期表
圖二、發電機和110KV線路單線圖
圖三、發電機表計盤
�。ǘ�、半自動并列操作辦法：
1、汽輪機定速后，檢查待并斷路器的出口隔離開關合好、電力系統電壓正常，檢查待并斷路器氣壓、液壓機構正常、控制電源合好，檢查發電機滅磁開關的控制電源及滅磁開關合好。發電機手動升壓操作正常，發電機升壓過程中應注意切換三相定子電流均等于零、三相定子電壓應平衡、零序電壓為零、轉子正負對地電壓等于零。
2、檢查圖四準同期并列操作盤“同步表投入開關”（4-1）1STK在“停止”位置，其1、3接點斷開。與此同時，同步檢查繼電器TJJ進入閉鎖狀態。
3、將圖四準同期并列操作盤“同期表投入開關”（4-1）1STK右轉至“投入”位置，控制屏的組合式三相同期表S就有了電壓和周波的指示（圖一）。此時，通過調整發電機的電壓及頻率，使之與電網的電壓及頻率相近或基本一致。
4、當發電機電壓升至額定時，應該核對轉子空載參數。
5、當發電機周波與電網周波相差在1.0周/秒以內時，將圖四中“分同期開關”（4-2）左旋90取下，插入待并斷路器（109開關）“分同期開關”TK右轉至“投入”位置（圖三待并斷路器右側），使同期母線帶電，則組合式三相同期表S的線圈得電，指針開始緩慢地順時針方向轉動。此時，應根據電壓、頻率的指示，更精細的調整待并發電機的頻率。為了使待并發電機并列后可立即帶上部分負荷，應使待并發電機的頻率稍大于同期頻率。
6、將圖四準同期并列操作盤手、自動選擇開關放在“自動”位置（4-3左旋90），將操作直流開關放“±1檢定”（4-4）位置，按下并列按鈕（4-5）。當同步檢查繼電器TJJ鑒定壓差、頻差、相位角均合格時，根據整定的導前時間，發出合閘脈沖，這時開關的綠色指示燈發出閃光。迅速將待并斷路器（109開關）的操作把手右轉至合閘位置，此時該開關的紅色指示燈發平光，綠色指示燈熄滅，這表明待并發電機自動并列成功。
7、發電機并列后，應將圖三“分同期開關”TK（4-2）、圖四準同期并列操作盤上的同期表投入開關（4-1）1STK、手、自動準同期選擇開關及（4-3）操作直流開關的操作把手（4-4）恢復原位，然后接帶負荷，使發電機按正常運行方式運行。
圖四、準同期并列操作盤
�。ㄈ�、自動并列操作辦法：
1、汽輪機定速后，檢查發變組待并斷路器的出口隔離開關合好、電力系統電壓正常，檢查發變組待并斷路器氣壓、液壓機構正常、控制電源合好，檢查發電機滅磁開關的控制電源及滅磁開關合好。
2、在圖五勵磁系統畫面選擇“自動方式”（5-1）、“勵磁投入”（5-2），投入發電機啟勵裝置給發電機充磁。檢查發電機電壓已經建立，當發電機電壓升至額定時，應該核對轉子空載參數。
3、檢查同期裝置完好，合上同期裝置電源。
4、調整發電機電壓，使其略高于額定電壓（自動調整）。調整發電機電壓、轉速使得發電機電壓、頻率、相角符合并網條件。
5、在圖八DEH自動控制畫面選擇“自動同期”。檢查DEH允許同期并網，按下“自動同期投入”按鈕，視指示燈亮，由自動同步裝置自動調節同步轉速，此時操作人員無法改變目標值。
6、在圖五勵磁系統畫面選擇“同期投入”（5-3），檢查“同期投入”燈滅，發電機已自動并入系統，DEH以閥位自動控制方式，使機組帶負荷至控制值。
7、退出同期裝置，斷開同期裝置的電源。
圖五、勵磁系統簡圖
圖六、發-變-線系統圖
圖七、發電機并列同期表
圖八、DEH自動控制
圖九、發電機并列裝置同期屏
三、為防止不同期并列，在下列三種情況時不準合閘：
1.組合式三相同期表S的指針轉動不平穩而且有跳動現象，不準合閘。因為這可能其內部的接點有卡阻現象。
2.若組合式三相同期表S的指針在接近同期點時出現停滯現象，不準合閘。因為此時雖然滿足并列條件，但由于開關操作機構動作需要約0.2秒的時間，若在此時間內發電機與電網之間的電壓、周波及相角差有變化，則會使開關的合閘在不同期點上。
3.若組合式三相同期表S的指針轉動過快時，不準合閘。因為此時待并發電機與電網的周波相差很大，不易掌握開關合閘操作的時間，容易造成在不同期點上合閘。
四、對操作人員的要求
發電機的并列操作非常重要，在一定程度上關系到整個發電廠與電網的安危。因此，要求操作人員必須具有豐富的現場經驗和實際工作的鍛煉；要求在操作時注意力必須高度集中，密切監視有關機組及聯絡線的表計變動情況；抓住機會穩、準地進行發電機的并列操作，確保待并發電機安全可靠地并入電網運行。
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