浅谈WX-98微机准同期装置

浅谈WX-98微机准同期装置

【摘 要】本文对同期原理和WX-98微机准同期装置的应用进行了简单介绍，对该同期装置原理及假同期并列的方法进行了说明。

【关键词】同期；导前时间；假同期试验 1、同期原理简介

实现并列运行的操作称为并列操作或同期操作。用以完成发电机与系统并列操作的装置称为同期装置。同期并网的三要素是频率差合格、电压差合格、相角差合格。非同期并网对发电机危害极大，在非同期并网时发电机将受到系统很大的冲击电流，冲击电流越大，对发电机危害越大，严重时可能造成发电机损毁。其中频率存在偏差时，发电机将受到有功性质的冲击；电压存在偏差时，发电机将受到无功性质的冲击；相角存在偏差时，发电机将受到有功、无功两种冲击。 同期并网的关键是同期点的选择，同期点选择方法不同使得同期装置原理不同，同期装置原理都是为了消除主变压器Ｙ/Δ接线对系统侧和发电机侧PT的影响。

同期装置是发电机并网的非常重要的自动装置设备，传统同期装置原理是将发电机PT的b相接地，系统PT的中性点接地，对于Ｙ/Δ-11接线方式的变压器二次电压向量图如图1所示。

ABCAaUAC30°.UA.QFTV2Uac.30°YN,d11°30bTV1abcBCc

图1 传统Y/△-11接线方式并网二次电压向量图

图1示出了发电机经YN，d11变压器通过QF断路器并列，由相量关系得到

同期电压（发电机侧Uac时）。其中AB、BC、CA代表系统侧二次电压，an、bn、cn代表发电机侧PT二次电压。从图中可以看出对于并列运行的发电机机侧二次电压Uac滞后系统侧二次电压UAC30度。系统侧电压取星型侧AC线电压，幅值为100V，发电机侧取角型侧ac相电压，幅值也为100V。

我厂同期屏交流电压引入如图2所示。

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图2 同期屏交流电压引入

系统侧电压UAC取自500kV母线PT，待并侧电压Uac取自主变高压侧PT，两路同期电压间没有变压器，移相角度为0°。

2、WX-98同期装置简介

我厂#1、#2发电机微机准同期装采用国瑞自动化有限公司WX-98微机准同期装置。WX-98同期装置有8-12个通道可供1-12台发电机或线路并网复用，或多台同期装置互为备用，具备自动识别并网对象类别及并网性质的功能。WX-98同期装置控制器以精确严密的数学模型，确保差频并网时捕捉第一次出现的零相差，进行无冲击并网。在发电机并网过程中控制器按模糊控制理论的算法，对机组频率及电压进行控制，确保最快最平稳地使频差及压差进入整定范围，实现更为快速的并网。

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实现快速并网对满足系统负荷供需平衡及减少机组空转能耗有重要意义。捕捉第一次出现的并网时机是实现快速并网的一项有效措施，而用良好控制品质的算法实施均频与均压控制，促成频差与压差尽快达到给定值也是一项重要措施。WX-98控制器使用了模糊控制算法，其表达式为：

U=g（E，C）

式中U—控制量，E—被控量对给定值的偏差，C—被控量偏差的变化率，g—模糊控制算法。

3、WX-98同期装置定值校验

WX-98准同期装置除了能够自动寻找到同期点、发同期合闸令以外，还具有根据实际情况，发出增加频率、增加电压、降低频率、降低电压的脉冲控制信号控制励磁和调速器，从而加快同期合闸的时间。

试验定值： 导前时间：100ms

合闸允许压差△U：-4.0V≤△U≤4.0V 合闸允许频差△f：-0.15Hz≤△f≤0.15Hz 待并侧电压下限：80V，待并侧电压上限：120V 待并侧频率下限：44Hz，待并侧频率上限：56Hz

（1）导前时间：为保证合闸瞬间冲击电流最小，自准装置一般采用恒定导前时间或导前相角的方法发出合闸令。WX-98型同期装置采用恒定导前时间的方法发出合闸脉冲。

最理想的合闸瞬间是在系统电压和机组电压相量重合的瞬间。考虑到断路器操作机构和合闸回路的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，即取一提前量。 这一段时间一般称为“越前时间”，由于该越前时间需按断路器的合闸时间加同期装置发出合闸脉冲时间进行整定，故称为“恒定导前时间”。图2示出了我厂#2机同期装置导前时间测量的录波情况。图中A通道为待并侧电压与系统侧电压间的压差?U，B通道为同期装置合闸脉冲，利用标尺可以看到从装置发出合闸脉冲到开关合闸成功之间的时间即导前时间为104.8ms，与定值相符。

图2：导前时间

（2）合闸允许压差△U：定频差Δf， 改变发电机电压幅值试验。 名称 系统侧 电压/V 频率/Hz 100 97 102 待并侧 93 106 80 120 50 49.9 49.9 49.9 49.9 49.9 49.9 结果 合闸成功 合闸成功 装置发升压脉冲，调整电压至95.7V，合闸成功。 装置发降压脉冲，调整电压至104.3V，合闸成功。 待并侧系统电压低 待并侧系统电压高 在试验过程中，假设发电机电压和系统电压的频差处于误差允许范围内(暂时不考虑滑差)，那么决定同期装置是否能发出合闸命令的唯一条件就是发电机电压幅值是否和系统电压幅值的差在误差范围内。从该项试验来看，设置了4种模拟的情况。4种情况下系统电压都设为恒定不变，可变部分为发电机电压。在前2种情况下，两侧电压差值为3V和2V， 而同期装置设置的定值为4V，试验结果为装置发合闸命令。第3种情况是两侧差值为-7V，装置发出升压脉冲，调整电压至95.7V，装置合闸命令。第4种情况是两侧差值为+6V，装置发出降压脉冲，调整电压至104.3V，装置合闸命令。可以看出， 装置的动作结果是符合定值设置要求的。

（2）合闸允许频差△f：定压差ΔU， 改变发电机频率试验。 名称 系统侧 电压/V 频率/Hz 100 98 98 待并侧 98 98 98 98 50 49.9 50.1 49.8 50.2 44 56 结果 合闸成功 合闸成功 装置发升速脉冲，调整频率至49.84Hz合闸成功 装置发降速脉冲，调整频率至50.15 Hz合闸成功 待并侧系统频率低 待并侧系统频率高 在试验过程中，假设发电机电压和系统电压的幅值差处于误差允许范围内(暂时不考虑滑差)，且幅值差保持不变，那么决定同期装置是否能发出合闸命令的唯一条件就是发电机频率和系统频率的差值是否在误差范围内。从该项试验来看，设置了4种模拟的情况。4种情况下系统电压都设为恒定不变，可变部分为发电机频率。在前2种情况下，两侧频率差为-0.1Hz和+0.1Hz，而同期装置设置的定值为±0.15Hz，试验结果为装置发合闸命令。第3种情况是两侧差值为-0.2Hz，装置发升速脉冲，调整频率至49.84Hz合闸成功。第4种情况是两侧差值为+0.2 Hz，装置发降速脉冲，调整频率至50.15Hz合闸成功。可以看出，装置的动作结果是符合定值设置要求的。

图3：合闸脉冲时间

4、验证同期接线的正确性

利用工作电压通过假同期的方法检查发电机同期回路接线的正确性。试验时，将隔离开关断开，并将其辅助接点放在合闸后的状态，此时，系统电压就通过这对辅助接点进入同期回路。另外，待并发电机的电压也同时进入同期回路。这两个电压经过同期并列条件的比较，如果采用手动准同期并列方式，运行人员通过对发电机电压、频率的调整满足同期并列条件，手动将待并发电机出口断路器合上，完成假同期并列操作。如果采用自动准同期并列方式，自动准同期装置就自动地对发电机进行调速、调压，待满足同期并列条件后，自动发出合闸脉冲，将其出口断路器合上。此时，如果表计指示异常，无论手动准同期或自动准同期都无法捕捉到同期点，不能将待并发电机出口断路器合上，说明同期回路的接线有错误。

5、结语

发电机并网无疑是发电厂的一项重要操作，它直接关系到系统运行的稳定及发电机的安全。只有对同期装置进行最彻底的静态和实际整组传动试验，才能保证在将来的真实并网中保护发电机不受到意外的损害，也只有对由同期装置、DCS逻辑以及NCS、升压站开关所组成的整个系统进行彻底的整组试验，才能保证并网时一次成功。因此，必须通过学习研究加强对同期装置的了解，为提高自动化水平和并网操作的质量打下良好基础。

参考文献：

[1] 卓乐友，叶念国，翁乐阳，何曙亮，叶波 微机型自动准同步装置的设计和应用 中国电力出版社，2002年5月

[2] 沙励，大型发电厂同期系统设计方案 电力自动化设备，2005年02期 [3] 国瑞自动化工程有限公司 WX-98微机同期装置使用说明书

4、验证同期接线的正确性

利用工作电压通过假同期的方法检查发电机同期回路接线的正确性。试验时，将隔离开关断开，并将其辅助接点放在合闸后的状态，此时，系统电压就通过这对辅助接点进入同期回路。另外，待并发电机的电压也同时进入同期回路。这两个电压经过同期并列条件的比较，如果采用手动准同期并列方式，运行人员通过对发电机电压、频率的调整满足同期并列条件，手动将待并发电机出口断路器合上，完成假同期并列操作。如果采用自动准同期并列方式，自动准同期装置就自动地对发电机进行调速、调压，待满足同期并列条件后，自动发出合闸脉冲，将其出口断路器合上。此时，如果表计指示异常，无论手动准同期或自动准同期都无法捕捉到同期点，不能将待并发电机出口断路器合上，说明同期回路的接线有错误。

5、结语

发电机并网无疑是发电厂的一项重要操作，它直接关系到系统运行的稳定及发电机的安全。只有对同期装置进行最彻底的静态和实际整组传动试验，才能保证在将来的真实并网中保护发电机不受到意外的损害，也只有对由同期装置、DCS逻辑以及NCS、升压站开关所组成的整个系统进行彻底的整组试验，才能保证并网时一次成功。因此，必须通过学习研究加强对同期装置的了解，为提高自动化水平和并网操作的质量打下良好基础。

参考文献：

[1] 卓乐友，叶念国，翁乐阳，何曙亮，叶波 微机型自动准同步装置的设计和应用 中国电力出版社，2002年5月

[2] 沙励，大型发电厂同期系统设计方案 电力自动化设备，2005年02期 [3] 国瑞自动化工程有限公司 WX-98微机同期装置使用说明书

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