泰山抽水蓄能电站监控系统同期并网参数优化方法

王洪博，李新煜，白剑飞，刘晓波，谷东永

（1.山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东 泰安271000；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038）

0 引言

泰山抽水蓄能电站位于山东省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5km，距济南市约70km，电站在山东电网中主要担负调峰、填谷作用，兼有调相和紧急事故备用等功能。泰安抽水蓄能电站（以下简称“泰蓄”）安装有4台单机容量为250MW的可逆式水泵水轮机组和发电电动机组，其正常运行工况主要有发电、发电调相、抽水、抽水调相等4种。

泰蓄电站每台机组现地控制单元配置1套Woodward SPM-D10微机式同期装置，用于GCB两侧同期条件的检查、调节及发出GCB合闸令；各GCB合闸控制回路均配置1套同期检查装置Woodward MFR11，以保证机组平稳并入系统。本文针对泰蓄机组同期并网时，同期时间较长的问题，对影响同期并网的因素进行了分析，检查了同期装置和同期检查继电器的参数设定情况，并提出了优化调整方案。

1 影响同期并网效果的参数

蓄能机组同期并网可分为发电工况同期并网、SFC拖动工况同期并网和背靠背拖动工况同期并网3种类型[1]。由于SFC拖动工况同期并网采用了同期系统发出合闸令后就立即闭锁SFC的方式，就同期而言，参数设置与发电工况同期参数设置一样。背靠背拖动同期与SFC拖动同期基本原理相似，参数设置与SFC拖动同期参数设置相同。泰蓄机组发电工况并网、SFC拖动工况同期并网和背靠背拖动工况同期并网这3种同期并网类型采用了同样的参数设置。

同期装置参数中影响同期并网效果的关键参数为：允许压差，允许频差，允许角差和导前合闸时间。

1.1 合闸允许压差值

当待并发电机与系统两侧电压差值超过压差允许值时，将导致无功性质的电流冲击。冲击电流对发电机定子绕组，尤其是绕组端部线棒产生较大威胁，因此需加以限制。

1.2 合闸允许频差值

发电机同步并列时，由于必然存在的频率差，系统和发电机之间将进行周期性的有功功率交换，直到将发电机拉入同步。如果频率差较大，待并发电机需经历剧烈的暂态过程（功率交换过程）才能进入同步运行状态，所以必须对并列时的频率差值进行限制。过大的频率差无疑是不合适的，过小的频率差将会大大延缓发电机的并网时间。综合各因素，一般将频差值限制在±0.15Hz范围内。

1.3 导前时间

在并网过程中，若出现相角差将使系统同时受到无功性质和有功性质的冲击。因此，在并网过程中，必须严加控制“相角差”这一指标，否则造成待并侧设备的损坏，对电力系统造成一定冲击。为此，对自动同期装置导前时间的整定就必须要有严格的要求。用于并列的断路器，从发出合闸脉冲开始，由分闸位置运动到合闸位置需要经过一段时间，这段时间称为断路器的合闸时间。由于合闸时间的存在，测控装置合闸命令发出的正确时刻应在同期点出现前，而提前的这段时间称为导前时间。导前时间等于辅助元件的动作时间与并列断路器的合闸时间之和。导前时间需要在现场实际测试得到。

1.4 同期检查继电器

当前电力自动化设备的智能化水平越来越高，操作人员对于设备的过于依赖给电网安全带来一定隐患。不同品牌微机准同期装置虽然原理大同小异，但是技术成熟度、可靠性参差不齐，设备老化、故障，软件程序异常等均可能导致在并网时误发合闸指令造成事故。因此在《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（2016版）中，第10.9.1条明确要求，微机自动准同期装置应安装独立的同期鉴定闭锁继电器。在合闸回路中串入同期检查继电器的常闭接点来限制误发合闸脉冲命令，形成了1套“双保险”，有效提高发电机并列操作的安全系数。

同期检查继电器也需要设置频差、压差、相角差和导前时间，这些参数的设置需要与同期装置设置的参数相匹配，才能达到好的同期并网效果。

2 泰蓄机组同期系统参数设置

泰蓄电站机组GCB同期合闸回路图见图1。

图1 机组GCB同期合闸回路图

图1中K009为自准同期方式选择接点，K008B是手准同期方式选择接点，K502是合闸脉冲接点，S010是手动合闸按钮，K214是闭锁解除继电器接点，K501是同期检查继电器输出接点，52C是机组GCB合闸线圈，K503是合闸监视继电器。在自动准同期或手动准同期合闸过程中，都需要同期检查继电器同期参数的检查，闭锁非同期条件的同期命令。

泰蓄电站每台机组GCB合闸控制回路配置的Woodward SPM-D10微机式同期装置和检同期装置Woodward MFR11设置的参数如表1。

表1 同期参数设置表

3号、4号机组同期装置的频差范围较1号、2号机组的频差范围设置的小，建议将3号、4号机组同期装置的频差范围也调整为[-0.2Hz，0.2Hz]。

同期装置设置最大相角差时是根据导前时间确定的，最大相角差的选择根据公式δ=360×Δf×Tclose来确定，其中Δf是频差，Tclose是导前时间，1号机组最大相角差为360×0.2×0.096=6.912，设置参数时要留有裕度，可设为10°。2号、3号、4号机组最大相角差为360×0.2×0.092=6.624，设置参数时要留有裕度，也可设为 10°。

在同期合闸中引入同期检查继电器，同期检查继电器的常闭接点引入同期合闸回路中，当待并侧和系统侧的电压幅值、相位和频率满足检同期装置的预设值时，常闭接点接通，与同期装置合闸输出共同作为机组出口断路器合闸令开出的必备条件，接通断路器合闸回路，实现同期并网。为了保证同期装置能在满足预设值时第1次就合闸成功，同期检查继电器预设的参数值范围应该大于同期装置设置的参数范围，按经验一般取同期装置设置的参数范围的1.2～1.5倍。

以泰蓄电站机组自动准同期实际参数设置而言，1号机组、2号机组自动同期装置参数为：最大频差0.2Hz，最小频差-0.2Hz，压差4%，相角差10°和20°；3号机组、4号机组自动同期装置参数为：最大频差 0.18Hz，最小频差 -0.1Hz，压差 4%，相角差 10°。可以看出，4台机组自动准同期参数设置是不一样的。为维护方便，建议1～4号机组自动准同期参数统一设置为：最大频差0.2Hz，最小频差-0.2Hz，压差4%，相角差10°。对于同期检查继电器而言，泰蓄的实际设置是，1～4号机组同期检查继电器参数均为：最大频差0.15Hz，最小频差-0.15Hz，压差10%，相角差8°。可以看出，4台机组同期检查继电器的频差范围、相角差均小于本机组自动准同期的相应参数，这样的设置将会直接导致同期时间长、同期失败机率高、背靠背成功率低的情况发生。以1号机为例，当待并两侧同期参数为：频差0.17Hz、压差4%、相角差8°时，同期检查继电器不满足同期条件而其输出接点不闭合，但此时自准同期符合同期条件可以发出同期并网脉冲。这样就有一定概率在自准同期装置发出GCB合闸脉冲时，但同期检查继电器检查自己的同期条件未满足而输出接点未闭合的现象，导致同期并网时间延长甚至同期失败，从而较低了BTB的成功率。建议4台机组同期检查继电器参数设置应都大于自动准同期对应参数的20%～50%。针对泰蓄情况，建议同期检查继电器参数设置为：最大频差设置范围应为0.24～0.3Hz；最小频差设置范围应为-0.24～-0.3Hz；压差设置范围应为6%～10%；相角差设置范围应25°～28°。

针对以上设置，建议适当降低同期装置的频率差、电压幅值差和角度差的允许值并适当提高同期检查继电器的频率差、电压差和角度差的允许值，从而提高同期装置与同期检查继电器的配合裕度。调整后的同期装置和检同期装置的参数设置如表2。

表2 调整后同期参数设置表

3 结语

通过分析研究泰蓄机组同期系统的参数设置，找到了现有自动准同期装置及同期检查继电器参数的不匹配问题，并对自动准同期装置及同期检查继电器的参数给出了调整方案。