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摘要 对发电机非同期合闸产生原因和危害的进行分析，通过事故实例，提出了预防和处理方法。
关键词 发电机；非同期；危害；预防；处理
中图分类号 TM623 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0165-01
电能不能大量储存，其生产、输送、分配和消费几乎是同时完成的，为了提高供电安全性、经济性和稳定性，发电机需要并入电网运行。
1 发电机并入电网需要满足四个条件
相序一致、电压大小相等、频率相等、相位一致，可分为准同期并网和自同期并网。准同步期并列就是并列操作前，调节发电机励磁，当发电机电压的相位、频率、幅值分别与并列点系统的电压相位、频率、幅值相接近时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。自同期并网就是先将励磁绕组经过一个电阻闭路，在不加励磁的情况下，当待并发电机频率与系统频率接近时，合上发电机断路器，紧接着加上励磁，利用电机的自整步作用，即借助于原动机的转矩与同步转矩互相作用，将发电机拉入同步。现在一般采用准同期并网，因为准同期并网的优点是发电机冲击电流很小甚至没有，对电力系统没有什么影响，但必须满足准同期并网的条件否则造成非同期并网，在最恶劣条件下并网可能有很大的冲击电流比机端三相短路时电流还大，可到达发电机额定电流的20-30倍。
2 发电机非同期并网的现象及危害
所谓非同期是指凡不符合准同期条件，即将已励磁带有电压的发电机并入电网，叫做非同期并网，是发电厂电气操作的恶性事故之一。非同期并网发电机定子产生巨大的电流冲击，定子电流表剧烈摆动，定子电压表也随之摆动，巨大的电流对发电机、变压器及对系统造成严重冲击。机组将发生强烈的振动，使发电机绕组变形、扭弯、绝缘崩裂、定子绕组并头套熔化，造成严重的隐患甚至将绕组烧毁。就整个电力系统来讲，如果一台大型机组发生非同期并网，这台发电机将与系统发生功率的震荡，严重扰乱整个系统的正常运行，甚至造成整个电力系统的崩溃。按不满足发电机与电网同期并网条件，具体情形如下。
2.1 待并发电机与电网相序不一致的情况
发电机与电网相序不一致，发电机电压与系统电压之间具有较大相对运动，冲击电流很大，其有功分量在发电机轴上产生冲击力矩，使设备损毁；或使发电机大轴扭屈。并且发电机与系统之间的自整步作用无法使发电机拉入同步。
2.2 待并发电机与电网电压大小不等的情况
并列瞬间发电机内产生冲击电流；其周期分量有效值为WIim=|△U|/X"d?，当发电机电压UG>系统电压UX时；Iim滞后UG90o对发电机起去磁作用发电机并列后立即带无功功率；当UG 2.3 待并发电机与电网频率不等的情况
发电机电压与系统电压之间具有相对运动，如果这个相对运动比较较小；则发电机与系统之间的自整步作用；使发电机拉入同步；如果频率差较大，则并列合闸后δ在0o到360o之间周期性变化，当δ=0o时，△U =0，则Iim=0；当δ=180o时，△U=2UG=2UX，则Iim最大；当δ=360o时，△U=0，则Iim=0。发电机在频率差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对发电机转子产生制动（或加速）的力矩；将使发电机产生机械振动，严重时导致失步，造成并列不成功。频率相差较大；因转子惯性冲力过大而不起作用，如果发电机频率低于系统频率，并列后发电机将会吸收电网有功，其逆功率对汽轮机末级叶片造成损坏，严重时使汽轮机末级叶片疲劳断裂。
2.4 待并发电机与电网电压相位不一致的情况
在并列瞬间发电机内产生冲击电流；其周期分量有效值为Iim=△U/Xd=2U/Xd sin（δ/2），当发电机电压UG超前系统电压UX时；Iim主要成分为UG同相位的有功分量（注意在并列时δ不能太大），发电机并入系统时立即带有功功率，对发电机有制动作用，有助于将发电机电压拉到与系统电压同相位；当UG滞后UX时，Iim的主要成分为与UG反向的有功分量，发电机并入系统时立即从系统吸收有功功率，对发电机有加速作用，同样有助于将发电机电压拉到与系统电压同相位。相位不一致比电压不一致的情况更为严重，如果δ很大（在180o范围内），则冲击电流Iim很大，其有功分量在发电机轴上产生冲击力矩，使设备烧毁；或使发电机大轴扭屈。特别是δ=180o时；Iim近似等于机端三相短路电流的两倍；损坏最严重。
3 发电机非同期并网事故实例
某小型水电站年度大修，检查机组转轮及尾水管汽蚀情况。拆开尾水弯管后，由于机前蝶阀关闭不严，漏水迅速漫到发电机坑，使得定子线圈被浸泡两个多小时。将机组空转一段时间后，试验人员做发电机的电气试验。由于未断开机组电压互感器接地短接线，摇测绝缘时误认为绝缘降低，没有做标记就脱开定子线圈尾端与电流互感器间引线（每相各有两根）测量。试验结果正常后，恢复接线，将机组并网发电，逐渐增加负荷，接近400KW时发电机纵联差动保护动作跳闸。调阅保护动作记录发现：机组中性点处B、C相电流值仅为A相的一半。分析认为：极有可能是在恢复定子线圈尾端接线时，将B、C相中的各一根引线接错，这样B、C相电流就被分流了一半，当负荷增大到一定程度时，纵联差动保护动作。同样未做标记脱开定子线圈接头核对各相引线，恢复接线后，未重新核对发电机出口相序（错误以为励磁系统能启励，出口相序就应该正确）就将机组并网，断路器合闸后，系统电压迅速降低，发电机发出剧烈、异常声音，发电机逆功率保护动作跳开发电机断路器。
4 教训及防范措施
1）电站内的所有坑、道必须考虑排水措施，并保证其正常工作，排水孔洞可能被水垢淤堵，要定期清理。
2）在检修水力机械部分时，必须考虑到漏水的可能，采取措施防止水淹设备，正确判断排水情况。
3）做电气试验时，应先弄清设备接线情况，确定好试验的项
目、方法、步骤和安全措施才进行试验。
4）拆一、二次接线时，必须先作好明显标记和记录，严防接错线；在恢复接线后投入运行前一定要相序检查和核相。有关的电压互感器二次回路检修后要进行核相，必须将待并两侧的电压互感器同一于一个电源之下，才能得出正确判断和结果；进行假同期试验，在隔离刀闸拉开时，将断路器手动准同期及自动准同期合闸，检查同期装置和表计的好坏。
5）并网过程中多个表计进行比较以判断正确性，一定严格按操作票来操作，监护人要监护到位。
6）检修和运行人员必须熟悉本厂的一次系统和二次系统，遵守相关规程、规范和设备的使用说明书。
7）同步表指针停在零位不动或指针已指在零位时不准合闸。待并发电机在未并入系统前，与系统达到同期只是暂时的，同步表停在零位不动，可能是表内断线或其他原因所致，不得合闸。
8）同步表指向零位移动过快时，表明待并发电机与系统频率相差太大，不易掌握断路器的合闸操作时间，容易造成非同期，故不准合闸。
9）同步表指针过零位不稳定而有跳动现象时，可能是因为同步继电器的内部触点有卡住现象，故不准合闸。
5 发电机的非同期并网应根据事故现象正确判断处理
当同期条件相差不悬殊时，发电机无强烈的振动和轰鸣声，且表计摆动能很快区域缓和，则不必停机，机组会很快被系统拉入同步，进入稳定运行状态。若非同期并网对发电机产生很大的冲击和引起强烈的振动，表计摆动且不衰减时，应立即解列停机，待试验检查确认机组无损坏后，方可重新启动发电机并列。非同期并网，导致发电机或电网保护动作，应认真检查和试验，方可重新启动发电机。
参考文献
[1]张炳达.注册电气工程师执业资格考试 专业基础考试复习教程[M].天津大学出版社,2010.
[2]湖南省老科技工作者协会电力分会.防止电力生产重大事故的要求与措施(第二册)电气部分[M].中国电力出版社,2005.
作者简介
唐东平（1974—），男，汉族，四川广安人，大专学历，电气工程师，贵州省兴义市水电开发公司从事水电站技术管理。
关键词 发电机；非同期；危害；预防；处理
中图分类号 TM623 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0165-01
电能不能大量储存，其生产、输送、分配和消费几乎是同时完成的，为了提高供电安全性、经济性和稳定性，发电机需要并入电网运行。
1 发电机并入电网需要满足四个条件
相序一致、电压大小相等、频率相等、相位一致，可分为准同期并网和自同期并网。准同步期并列就是并列操作前，调节发电机励磁，当发电机电压的相位、频率、幅值分别与并列点系统的电压相位、频率、幅值相接近时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。自同期并网就是先将励磁绕组经过一个电阻闭路，在不加励磁的情况下，当待并发电机频率与系统频率接近时，合上发电机断路器，紧接着加上励磁，利用电机的自整步作用，即借助于原动机的转矩与同步转矩互相作用，将发电机拉入同步。现在一般采用准同期并网，因为准同期并网的优点是发电机冲击电流很小甚至没有，对电力系统没有什么影响，但必须满足准同期并网的条件否则造成非同期并网，在最恶劣条件下并网可能有很大的冲击电流比机端三相短路时电流还大，可到达发电机额定电流的20-30倍。
2 发电机非同期并网的现象及危害
所谓非同期是指凡不符合准同期条件，即将已励磁带有电压的发电机并入电网，叫做非同期并网，是发电厂电气操作的恶性事故之一。非同期并网发电机定子产生巨大的电流冲击，定子电流表剧烈摆动，定子电压表也随之摆动，巨大的电流对发电机、变压器及对系统造成严重冲击。机组将发生强烈的振动，使发电机绕组变形、扭弯、绝缘崩裂、定子绕组并头套熔化，造成严重的隐患甚至将绕组烧毁。就整个电力系统来讲，如果一台大型机组发生非同期并网，这台发电机将与系统发生功率的震荡，严重扰乱整个系统的正常运行，甚至造成整个电力系统的崩溃。按不满足发电机与电网同期并网条件，具体情形如下。
2.1 待并发电机与电网相序不一致的情况
发电机与电网相序不一致，发电机电压与系统电压之间具有较大相对运动，冲击电流很大，其有功分量在发电机轴上产生冲击力矩，使设备损毁；或使发电机大轴扭屈。并且发电机与系统之间的自整步作用无法使发电机拉入同步。
2.2 待并发电机与电网电压大小不等的情况
并列瞬间发电机内产生冲击电流；其周期分量有效值为WIim=|△U|/X"d?，当发电机电压UG>系统电压UX时；Iim滞后UG90o对发电机起去磁作用发电机并列后立即带无功功率；当UG
发电机电压与系统电压之间具有相对运动，如果这个相对运动比较较小；则发电机与系统之间的自整步作用；使发电机拉入同步；如果频率差较大，则并列合闸后δ在0o到360o之间周期性变化，当δ=0o时，△U =0，则Iim=0；当δ=180o时，△U=2UG=2UX，则Iim最大；当δ=360o时，△U=0，则Iim=0。发电机在频率差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对发电机转子产生制动（或加速）的力矩；将使发电机产生机械振动，严重时导致失步，造成并列不成功。频率相差较大；因转子惯性冲力过大而不起作用，如果发电机频率低于系统频率，并列后发电机将会吸收电网有功，其逆功率对汽轮机末级叶片造成损坏，严重时使汽轮机末级叶片疲劳断裂。
2.4 待并发电机与电网电压相位不一致的情况
在并列瞬间发电机内产生冲击电流；其周期分量有效值为Iim=△U/Xd=2U/Xd sin（δ/2），当发电机电压UG超前系统电压UX时；Iim主要成分为UG同相位的有功分量（注意在并列时δ不能太大），发电机并入系统时立即带有功功率，对发电机有制动作用，有助于将发电机电压拉到与系统电压同相位；当UG滞后UX时，Iim的主要成分为与UG反向的有功分量，发电机并入系统时立即从系统吸收有功功率，对发电机有加速作用，同样有助于将发电机电压拉到与系统电压同相位。相位不一致比电压不一致的情况更为严重，如果δ很大（在180o范围内），则冲击电流Iim很大，其有功分量在发电机轴上产生冲击力矩，使设备烧毁；或使发电机大轴扭屈。特别是δ=180o时；Iim近似等于机端三相短路电流的两倍；损坏最严重。
3 发电机非同期并网事故实例
某小型水电站年度大修，检查机组转轮及尾水管汽蚀情况。拆开尾水弯管后，由于机前蝶阀关闭不严，漏水迅速漫到发电机坑，使得定子线圈被浸泡两个多小时。将机组空转一段时间后，试验人员做发电机的电气试验。由于未断开机组电压互感器接地短接线，摇测绝缘时误认为绝缘降低，没有做标记就脱开定子线圈尾端与电流互感器间引线（每相各有两根）测量。试验结果正常后，恢复接线，将机组并网发电，逐渐增加负荷，接近400KW时发电机纵联差动保护动作跳闸。调阅保护动作记录发现：机组中性点处B、C相电流值仅为A相的一半。分析认为：极有可能是在恢复定子线圈尾端接线时，将B、C相中的各一根引线接错，这样B、C相电流就被分流了一半，当负荷增大到一定程度时，纵联差动保护动作。同样未做标记脱开定子线圈接头核对各相引线，恢复接线后，未重新核对发电机出口相序（错误以为励磁系统能启励，出口相序就应该正确）就将机组并网，断路器合闸后，系统电压迅速降低，发电机发出剧烈、异常声音，发电机逆功率保护动作跳开发电机断路器。
4 教训及防范措施
1）电站内的所有坑、道必须考虑排水措施，并保证其正常工作，排水孔洞可能被水垢淤堵，要定期清理。
2）在检修水力机械部分时，必须考虑到漏水的可能，采取措施防止水淹设备，正确判断排水情况。
3）做电气试验时，应先弄清设备接线情况，确定好试验的项
目、方法、步骤和安全措施才进行试验。
4）拆一、二次接线时，必须先作好明显标记和记录，严防接错线；在恢复接线后投入运行前一定要相序检查和核相。有关的电压互感器二次回路检修后要进行核相，必须将待并两侧的电压互感器同一于一个电源之下，才能得出正确判断和结果；进行假同期试验，在隔离刀闸拉开时，将断路器手动准同期及自动准同期合闸，检查同期装置和表计的好坏。
5）并网过程中多个表计进行比较以判断正确性，一定严格按操作票来操作，监护人要监护到位。
6）检修和运行人员必须熟悉本厂的一次系统和二次系统，遵守相关规程、规范和设备的使用说明书。
7）同步表指针停在零位不动或指针已指在零位时不准合闸。待并发电机在未并入系统前，与系统达到同期只是暂时的，同步表停在零位不动，可能是表内断线或其他原因所致，不得合闸。
8）同步表指向零位移动过快时，表明待并发电机与系统频率相差太大，不易掌握断路器的合闸操作时间，容易造成非同期，故不准合闸。
9）同步表指针过零位不稳定而有跳动现象时，可能是因为同步继电器的内部触点有卡住现象，故不准合闸。
5 发电机的非同期并网应根据事故现象正确判断处理
当同期条件相差不悬殊时，发电机无强烈的振动和轰鸣声，且表计摆动能很快区域缓和，则不必停机，机组会很快被系统拉入同步，进入稳定运行状态。若非同期并网对发电机产生很大的冲击和引起强烈的振动，表计摆动且不衰减时，应立即解列停机，待试验检查确认机组无损坏后，方可重新启动发电机并列。非同期并网，导致发电机或电网保护动作，应认真检查和试验，方可重新启动发电机。
参考文献
[1]张炳达.注册电气工程师执业资格考试 专业基础考试复习教程[M].天津大学出版社,2010.
[2]湖南省老科技工作者协会电力分会.防止电力生产重大事故的要求与措施(第二册)电气部分[M].中国电力出版社,2005.
作者简介
唐东平（1974—），男，汉族，四川广安人，大专学历，电气工程师，贵州省兴义市水电开发公司从事水电站技术管理。