发电厂并网断路器不适宜装设自动重合闸

摘要：提出了发电厂手动准同期并网断路器不能启用一次自动重合闸，根据发电厂实际运行中交流电频率、电压的实际调整过程分析了自动重合闸启用后将形成非同期并网的原因以及将造成恶性事故的后果，基于本文讨论，说明了本文的思路是可行的，指出了发电厂手动准同期并网装置不宜设计一次自动重合闸。如果已设计自动重合闸并投入运行的，应将连接片QP切换在“解除”位置。
关键词： 并网 断路器  不适宜  重合闸
   1．引言
   为了防止启用一次自动重合闸造成非同期事故的发生，首先要谈一谈发电厂实际运行中交流电几个重要参数的调整。
1.1 发电机电压的调整
发电机电压调整分两种情况：
    一种是孤立运行的机组，电压调整是由调整发电机转子励磁电流的大小来确定，励磁电流愈大，发电机端电压愈高。
    另一种情况是与系统并列运行的机组，当发电机并入电网后，调整励磁电流则是调整发电机输出无功功率的大小，励磁电流愈大，输出无功功率愈大。
1.2发电机输出频率的调整
发电机输出频率的调整仍然分两种情况来说明：
1.2.1 孤立运行机组频率的调整
    发电机有一个额定转速，根据NC=60f/p可知，要保证输出频率50HZ，必须保证发电机在额定转速运行，而发电机转速是靠汽轮机（水轮机）调节进汽量（进水量）大小来保证。发电机输出功率愈大，反作用于汽轮机的力矩也就愈大，汽轮机则需要增大进汽量来维持力矩平衡，在任一时刻发电机与汽轮机维持力矩平衡以保证输出频率在规定范围内，一般为50HZ±0.5。当发电机输出功率增大时，发电机反作用力矩增加，如果此时汽机不增大进汽量，则汽轮机主作用力矩小于发电机反作用力矩，导致转速下降，频率下降，形成恶性循环。即发电机输出频率下降，发电厂厂用电动机转速下降，锅炉出力下降，发电机频率再下降。
    汽轮机为维持发电机在额定转速运行，则在发电机反作用力矩增大，即负荷增加时，汽轮机调节系统把转速瞬间下降的变化量转换为成正比的脉冲油压变化量，经放大去调节调速汽阀的开度，由此让汽轮机与发电机从新维持力矩平衡，以保证输出频率的稳定；如果发电机输出功率下降，则调节过程与上述相反。由此可见，发电机输出频率在负荷变化时是不稳定的，存在一个调节的滞后性。
1.2.2 另一种情况是并列运行机组频率的调整
    当发电机并入电网后，发电机同时被大网牵入同步，这时汽轮机调整进汽量大小，则是调整到发电机有功功率输出的大小，转速则被大网频率牵制。
2. 发电机并网分析
2.1 发电机并入电网需要的条件
2.1.1 发电机端电压与电网电压相等。
2.1.2 发电机输出频率与电网频率相同。
2.1.3 发电机交流电相序与电网相同，在合闸瞬间要求发电机交流电相位与电网相同。
如果不能满足以上条件，将产生较大的冲击电流，破坏发电设备，甚至影响电网的稳定运行。
2.2 发电厂中的常规同期装置
在小型发电厂中，一般采用手动准同期装置并入电网，通常将*同期开关STK，同期闭锁开关JBK，组合同步表H-S-V装设在*信号屏上，控制开关KK和同期开关TK装设在控制屏上，同期检查继电器TJJ装在保护屏上。
2.3 装设同期装置的目的
装设同期装置的目的主要是防止并网时发生非同期合闸事故。
2.3.1同期检查继电器TJJ
    在同期回路中，设置了一个同期检查继电器TJJ，其目的是待并侧与电网侧相位差大于整定值时，TJJ吸合，切断合闸回路，防止非同期并列。继电器可在20-40度范围内整定，当两侧电压相位差小于整定值时，继电器TJJ常闭触头接通合闸回路，可允许经同期调整后合闸。实际上TJJ仅起防止相位差过大时切断断路器合闸回路电源防止非同期并列的作用。
2.3.2 组合同步表H-S-V
     实际操作过程中，仅靠TJJ防止非同期合闸是不安全的，所以装设组合同步表H-S-V。并列时，先调整发电机电压使H-S-V电压指向0点，表明发电机与系统电压相等。再调整频率，使H-S-V频率指向0点，表明发电机与系统频率相同，再置STK于细调，同步表旋转，当H-S-V同步指针指向0时，表明这一瞬间待并侧与系统侧同期，即为*合闸点。实际操作中，值班员主要依靠同步表进行调节后并列。
3. 并网回路装设一次重合闸装置ZCH存在的问题
在手动准同期合闸回路中，如果装设并启用了一次自动重合闸，将会导致以下问题：
当发电机与系统并列运行时，如果因某种原因并网断路器跳闸瞬间，除发电厂厂用电之外，发电机甩负荷，此时发电机反作用力矩迅速减小，转速飞升，频率迅速上升，发电机端电压上升，交流电相位迅速变化，汽轮机调速系统迅速自动关小调速汽阀，以限制转速在额定范围内，甚至危急遮断器保护动作停机。在过程变化进行的同时，断路器DL常闭触头与串联的TJJ常闭触头接通，自动重合闸继电器ZCH内部时间继电器SJ线圈得电，SJ常开延时触头闭合，电容C通过中间继电器ZJ线圈放电，ZJ接通合闸回路。在合闸瞬间，发电机频率、电压、相位与系统偏离，如果此时的偏离值大于TJJ整定值，TJJ启动，其常闭触头打开，断开ZCH启动电源，自动重合闸启动失败；如果此时的偏离值小于TJJ整定值，自动重合闸启动，由于频率、电压、相位均已不能满足合闸条件，此时将产生很大的冲击电流，发电机将产生强烈的振动，此时定子电流表指示突然升高，系统电压降低，发电机本体由于冲击力矩的作用而发出“吼”的声音，发电机母线电压也来回摆动，这些现象都说明发电机是非同期并列。由于冲击力很大，发电机及与之串联的变压器、断路器等电气设备受到巨大电动力的作用和引起强烈的发热，因此会造成很大的破坏，严重时会将发电机绕组烧坏，造成线圈端部变形，另外可造成系统振荡，严重时可造成系统崩溃。
4. 发生非同期事故的处理
    当发生自动重合闸非同期并列事故时，若汽轮发电机产生很大的冲击电流和强烈的振动而且不衰减时，应立即先把发电机断路器灭磁开关断开，解列并停止发电机，然后打开发电机端盖，检查定子绕组端部有无变形情况，否则不可再次启动机组。
5. 结论
5.1 在并网断路器中仅靠TJJ来防止相位差过大的电网并列保护，启用一次重合闸是危险的，因为TJJ的性能不可能达到理想的精良程度。
5.2 发电厂手动准同期回路不宜设计一次自动重合闸，否则容易导致非同期并列。
5.3 如果一次重合闸已投入运行，应切换连接片QP在解除位置。