開關變壓器技術在水輪發電機自同期并列上網的運用

張慶春

摘 ?要：發電機在使用過程中存在準同期并列與同期并列兩種形式，不同的形式存在不同的優缺點，在使用過程中自同期并列的優勢較大，本文提出基于變壓器技術的水輪發電機自同期并列上網的方法，可以減少并列同期產生的沖擊電流，增加電網穩定性。

關鍵詞：開關變壓器;水輪發電機;同期并列上網

引言

在發電機的研究中，有兩種并列方式：準同期并列以及自同期并列。

1）準同期并列

準同期并列指的是對待并入電網的發電機進行電壓以及頻率的調節，當調整后的電壓以及頻率與系統需求相等的時候，將其并入電網系統。準同期并列指的是一種理想情況下的并列方式，其中發電機的輸出電流逐漸變為0，不會產生電流以及電磁力矩等沖擊，是準同期并列運行過程中最大的優點。實際操作過程中，由于需要調節的參數比較多，很難達到各種參數滿足條件的情況。在手動控制過程中更是難以達到這種情況，這就導致電流和電磁力矩沖擊會對電流產生影響，當在一定范圍內的沖擊，能夠通過自動準同期的方式達到較好的效果。在準備同期并列的時必須防止產生非同期并列的情況，否則會損壞發電機。在并列的時候，發電機和系統電壓之間存在較大的差異，會對其產生較強的沖擊，并會產生較大的電位差。在電位差中相位差沖擊較多，會對發電機產生較大的影響。更嚴重的情況是發電機和系統電位差之間的相位差為180°， 在這種情況下，發電機的沖擊電流將是出口電流的兩倍，產生巨大的電轉矩和電磁轉矩，在發電機受到這些力的作用下，會導致發電機遭受嚴重破壞。結合非同期情況下的發電機定子破壞以及短路情況進行分析，得到準同期并列的要求測試量較多，測試過程復雜，在二次接線的時候要求較高，在不同時期的維修需要進行復檢。準同期并列對于系統發生事故的時候緊急投入備用防止發生系統崩潰和事故擴大，快速恢復系統的正常工作。

2）自同期并列

自同期并列通過將未勵磁情況下且轉速接近同步的發電機投入系統，在這種情況下可以短時間內被自動拉入同步，自同期情況下對于發電機無勵磁的情況下投入系統，在機械力矩以及異步力矩等共同作用下，從根本上大大降低了非同期并列的機率，但是在調試過程中，操作比較簡單，對于準同期并列需要調節電壓以及頻率問題，自同期并列只需要調節發電機的轉速問題。由于調節方法簡單，通過采用自同期發電機的方法花費的時間在30s左右，這是現階段使用自同期的一種常用方法。自同期并列的時候，發電機相當于異步電動機，伴隨著短時間的電流沖擊，使系統的電壓下降，沖擊電流引起的電動力對于定子組絕緣和定子繞組端產生不良的影響，沖擊電磁力矩將使機組大軸等產生振動。這些影響對于發電機的出口影響較小，發電機能夠承受其中不同方向的受力。但是長期操作，依然會對發電機造成隱含的損傷并且影響發電機的使用壽命?，F階段，通常將自同期并列作為事故狀態下的應急啟動并列，正常情況下則使用自動準同期并列。

1 發生非同期并列的可能性及其防止

在電機制造過程中，由于電機制造的年代不同，因此準同期并列的方法也分為自動、半自動以及手動三種方法。當自動裝置在自動同期的時候安裝正常，自動準同期不會產生非同期的事故。其他的方法則會難免發生并列事故。一般發生較大事故是由于維修后的二次結尾發生問題等，并且在連接后未發生測試。造成電機并網的時候發生180°的相位差，對電動機以及其他的原件造成重大損傷。當電機接反之后，通過會產生并列的電路造成短路情況，當電壓較大的時候還會發生火災情況。

2 開關變壓器技術用于自同期并列技術方案

有上述可知，兩種常用的并列方法存在各自的優缺點。同方便使用方面為主要選擇方案，選擇自同期并列的優點較多。其中電流沖擊問題是兩種方法都存在的共同問題，只是隨著自動準同期技術的逐漸發展，使沖擊的電流下降較小，導致多數情況下選擇自動準同期操作。

通過對系統結構與控制原理進行設計，得到如下圖1所示的開關變壓式自同期并網連接示意圖：

采用開關變壓器（TK）技術的自動同步并聯系統結構圖如圖1所示，控制裝置收到啟動指令后，調整汽輪機調速器，使電動發電機（DF）加速。當控制裝置檢測到某一速度時，發出K3、K2的合閘指令。此時，開關變壓器式軟啟動器（TK）連接在電網和發電機（DF）之間（通過升壓變壓器）。由于此時可控硅尚未導通，開關變壓器式軟啟動器（TK）連接在電網和發電機（DF）之間（通過升壓變壓器），因此TK只流過較少的電流比其空載電流小，不會對DF和電網產生影響。之后，控制裝置逐漸調整可控硅的導通角，使電流逐漸增大，直至達到設定值。在該設定值下，進行恒流控制。當電動發電機DF轉速達到同步轉速的98%左右時，K1接通、勵磁、斷開K2 K3電動發電機DF繼續加速直至同步。當TK在電力運行中也用作軟啟動應用時，只需在K2上并聯一個斷路器，并在接線中進行換向，以保證DF反向運行。當開關變壓器接入電網和發電機，且晶閘管未導通時，晶閘管會導通幾秒?？刂蒲b置會檢測兩端電壓（發電機磁場的剩磁會產生一定的電壓），看是否有錯相。如果出現錯相，晶閘管將停止導通并報警，以防止發生非同步并聯事故。

3 結論

開關變壓器技術可用于任何規模的發電機自同步并聯，但考慮其組成成本較大，因此應在實際應用中權衡成本和運行效果。 但是如果將該技術同時應用于抽水蓄能電站發電機軟啟動和自同步并聯運行，則具有最佳的性價比，事半功倍。

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