1 概述

海南松濤水利工程管理局有小水電站13座，裝機(jī)31臺，單機(jī)容量從200kW至10000kW不等。這些渠道跌水電站普通使用同步表法的手動準(zhǔn)同期，把發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。但運行實踐證明，發(fā)電機(jī)誤并列情況時有發(fā)生。誤并列由于其合閘時機(jī)控制不好，或控制失誤，很難滿足準(zhǔn)同期電壓差、頻率差及相角差要求，發(fā)電機(jī)可能受到?jīng)_擊損壞。這點，常常因為有些誤并列當(dāng)時沒有造成嚴(yán)重后果而被忽視。

2 手動準(zhǔn)同期裝置的核心元件分析

2．1用于捕捉合閘時機(jī)的同步表

現(xiàn)場常用的電磁式同步表的接線(見圖1)，當(dāng)接到其A、B和K1、K2端子的電壓úAB與úK1K2頻率不相等時，同步表指針將不停地旋轉(zhuǎn)，且頻率差越大，旋轉(zhuǎn)越快。當(dāng)指針指在同期點時，表明úAB與úK1K2相位達(dá)到相同。根據(jù)同期電壓接線原理，以上兩電壓分別反映發(fā)電機(jī)一次電壓úAB和電網(wǎng)電壓úA′B′。如果一次電壓相序一致，則一次電壓對應(yīng)相的相位分別相同。這就是同步表的頻率差、相角差鑒定原理。圖1同步表、同期檢查繼電器接線示意圖

圖1 同步表、同期檢查繼電器接線示意圖

2．2同期檢查繼電器

設(shè)計接線中，把同期檢查繼電器TJJ(見圖2)的常閉接點串入同期合閘操作回路中，以控制合閘脈沖。TJJ一般采用DT-13型繼電器，如圖1所示。它的兩個線圈分別并接在同步表的A、B與K1、K2端子電壓上，且極性相反。當(dāng)兩電壓相角差大于其動作角δdz時，TJJ動作，常閉接點斷開，禁止發(fā)出合閘脈沖；相角差小于其返回值δh時，TJJ返回，常閉接點閉合，允許發(fā)出合閘脈沖。但當(dāng)頻率差較大時，TJJ往返動作快，接點處在閉合狀態(tài)的時間比斷路器固有合閘時間短，斷路器不能合閘。這就是同期檢查繼電器的相角差和頻率差閉鎖功能。

2.3同步表和同期檢查繼電器的動作統(tǒng)一性

從以上分析可知，當(dāng)同步表指在同期點時，同期檢查繼電器也將返回，其常閉接點閉合，提供合閘通路。

3 引發(fā)誤并列的幾個因素及機(jī)理

人們常常因為只注視手動準(zhǔn)同期裝置有效的閉鎖功能，而忽視一個不利于發(fā)電機(jī)并列的問題，即某些因素使同步表和同期檢查繼電器在同期操作中失去其原本設(shè)計意圖，導(dǎo)致誤并列發(fā)生。下面是我局電站運行中暴露出的幾個因素，簡述如下：

3．1斷路器合閘接觸器回路存在自保持接線

圖2 同期合閘操作回路

圖2是某水電站發(fā)電機(jī)斷路器同期合閘操作回路。現(xiàn)場實際的元件和接線，使合閘接觸器HC經(jīng)跳閘位置繼電器TWJ線圈，形成自保持。這個很少引起注意的自保持回路產(chǎn)生的不良后果有下列3種：

(1)提高閉鎖角度：最嚴(yán)重的情形是在相差角δ=δdz時發(fā)出合閘脈沖，合閘接觸器動作并自保持，斷路器的主觸頭經(jīng)過其合閘時間增長的角度后閉合，引起較大的并列沖擊。

(2)將TJJ的頻差閉鎖功能解除，不能避免大頻差合閘事故。

(3)導(dǎo)致隨機(jī)性誤并列發(fā)生：當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到同期條件，TJJ的常閉接點閉合，中間繼電器ZJ動作，接通同期脈沖小母線1THM和2THM。此時操作1KK合閘，HC動作，但由于合閘電源開關(guān)ZK不投入或合閘電源故障，斷路器未合閘，其常閉輔助接點DL1未斷開。1KK雖返回，但在+KM→TWJ線圈→DL1→HC線圈→-KM的回路中，HC線圈上的電壓降仍大于其返回值，因此HC維持吸合狀態(tài)。當(dāng)合閘電源恢復(fù)正常投入時，斷路器瞬間合閘。

3．2合閘接觸器觸頭熔焊

圖3 合閘線圈回路

圖3合閘線圈回路從圖3看出，只要HC觸頭在閉合狀態(tài)，一投入合閘電源開關(guān)ZK，斷路器就會合閘。在小水電站一般用一個合閘電源開關(guān)控制多臺發(fā)電機(jī)斷路器合閘線圈電源，該開關(guān)在需要合閘時投入，合閘后切除。如某臺機(jī)合閘接觸器觸頭發(fā)生熔焊，不及時發(fā)現(xiàn)處理，就會導(dǎo)致：在操作該機(jī)并列時，一投合閘電源開關(guān)，該機(jī)就誤并列；在操作別的機(jī)組并列時，一投合閘電源，合閘接觸器觸頭熔焊的機(jī)組就異步起動。

3．3同期電壓回路接線錯誤

圖4 電壓互感器二次側(cè)接線示意圖

由于手動準(zhǔn)同期裝置實際上是把同步表接線端子A、B和K1、K2上的電壓與相位相同作為判定同期的基本條件。當(dāng)同期電壓回路，包括：電壓互感器一、二次側(cè)，同期開關(guān)、同期屏端子接線錯誤，致使引至同步表端子的二次電壓不能正確反映一次電壓的相位，同步表將提供錯誤信息，引起嚴(yán)重的誤并列發(fā)生。而在此類事故中，由于前述的動作統(tǒng)一性，同期檢查繼電器非但不禁止，反而提供合閘通路，違背了設(shè)計初衷。

圖4是某小水電站母線電壓互感器更換后二次側(cè)與電壓小母線連接情況。互感器二次側(cè)a相接到電壓小母線Mc，b相接到Mb，c相接到Ma。投入使用后，在每次發(fā)電機(jī)并列中，雖然電壓、頻率控制很好，合閘提前角根據(jù)同步表指示也掌握不錯，但發(fā)電機(jī)總是在猛烈的沖擊下被強行拉入電網(wǎng)同步。實際上，當(dāng)同步表指針達(dá)到同期點(紅線)位置時，是發(fā)電機(jī)úAB與母線úC′B′相位相同的瞬間，而此時對應(yīng)相úA與úA′的相差角δ=60°。

4 防止措施

(1)選取質(zhì)量合格、技術(shù)參數(shù)符合使用要求的直流接觸器產(chǎn)品，并在使用中加強日常維護(hù)和定期檢查。

(2)并列操作前，應(yīng)檢查合閘接觸器觸頭在斷開位置，當(dāng)操作合閘不成功，查明是合閘電源開關(guān)不投入或電源故障時，在合閘電源恢復(fù)正常投入前，需先短時斷開控制電源熔斷器1RD、2RD后，再重新操作。

(3)定期調(diào)試合閘接觸器回路，方法是：合閘電源開關(guān)ZK不投入，控制電源電壓為110%時，操作1KK合閘，HC應(yīng)能動作后可靠地瞬時返回。如達(dá)不到上述要求，可采用在TWJ線圈回路加裝電阻(見圖2虛線框R)或調(diào)整接觸器返回電壓值的方法進(jìn)行處理。

(4)在同期系統(tǒng)或相關(guān)設(shè)備接線變動后，應(yīng)仔細(xì)檢驗同期裝置及回路。檢查步驟為：①接線檢查；②相序檢查；③用同一高壓電源整體檢查。