摘要：不良同期装置和手动并网是发电机的隐形杀手。通过扫描我国同期装置的现状，提出几个有关发电机并网值得高度重视的问题。
一、概述
发电机并网无疑是发电厂的一项事关重大的操作，它直接涉及到系统运行的稳定及发电机的安全。对这一操作的要求归纳起来是四个字——快速准确。
手动并网尽管存在着重大的安全隐患，但目前我国还有为数可观的发电厂在使用这一方式。究其原因，主要是目前在我国广为流传的模拟式自动准同期装置不仅原理粗糙，而且经常发生误并列。所以，尽管大部分电厂都有自动准同期装置，但大多数在停用状态。
毕竟不能让发电厂的这样一个主设备天天去铤而走险。这对那些担当调峰、调频任务的发电厂更是一个应予高度重视的问题。何况自动化水平的提高，当今已不是锦上添花的摆设，而是电力生产的需要。对于水电厂要实现“无人值班”，更是要废除手动并网的落后方式。
因此，从实际需要出发，细致分析发电机并网过程的实质性问题，进而找到理想的自动准同期装置所应具备的条件。以此来*扭转当前在设计及运行中的落后局面，并*清除发电机的“隐形杀手”——不良同期装置。
二、发电机并网过程中几个应予重视的问题
1．同期方式的选择：
可以实现发电机并网的方式有两种，一是自同期方式，一是准同期方式。随着机组单机容量的不断增大，自同期方式因对系统冲击很大已很少采用，因此当今主要的并网方式为准同期方式。
2．对准同期方式三个条件的理解：
发电机并网的准同期方式对并列点断路器两侧的压差、频差及相差有一定的要求。提出这些要求的目的是希望在不大的冲击下将发电机平稳地并入电网。但是一些电厂由于同期装置不可靠或是要手动并网，把这三项指标严格控制到不恰当的程度，甚至导致产生不良后果，例如延缓并网时间及引起大的冲击。
在并网过程中出现的压差将导致无功性质的冲击，频差将导致有功性质的冲击，而相差则同时包含着两类分量的冲击。这里所指的“冲击”实质上是并网瞬间发电机与系统间的功率交换。一台可满负荷持续运行的发电机组，具有足够承受空载情况下功率交换的能力。因此，*没有必要把压差、频差控制在一个极小的数值上。因为这样做将会大大延缓发电机的并网时间，特别是在机组的调速器和励磁调节器不太稳定时，更是人为带来了并网困难。要知道，拖长并网时间在系统稳定储备不够时将带来严重后果，而且空转损耗引起的能源浪费也不是一个小数。
对于“相差”这一指标却应严加控制，并网瞬间大的相差将引起机组很大的振动，因在这瞬间发电机转子被电磁力强行地迫使与系统同步，这种机械性冲击会导致线棒与轴承的损坏。控制相差主要应使用通过实测的断路器（确切讲是指合闸回路）合闸时间去整定准同期装置的导前时间，而且要计及并网过程中频差及其变化率的影响。
一直沿袭至今的同期二次线设计中，都在同期合闸控制回路中串入同期检查继电器接点，以限制合闸命令只能在整定的角度范围内才能发出。无疑，这是避免非同期合闸的一个有效方法。但人们常误认为这个角度整定值越小越安全，而忽视了与之相关的其它因素，从而导致“好心办坏事”的后果。图1是同期检查回路示意图。
如果同期检查继电器TJJ的整定闭锁角为δT，并列点断路器合闸时间为tk，（秒），同期装置的允许频差整定值为△f（赫），这样同期装置将在同相点（δ=0°）到来前的δk角度时发出合闸脉冲。
δk=2πΔf.tk（弧度）
当δk＜δT，时可以顺利并网。而
当δk>δT，时将产生相差引起的冲击
并网瞬间的相差△δ=δk-δT，（未计及频差变化率）。
图2描述了同期检查继电器闭锁角整定值不同时对同期效果的影响。可以看出当闭锁角整定为δT1，时，同期装置在a点发出并网合闸脉冲，因合闸回路已接通，断路器主触头将在c点接通，发电机在δ=0°时并入电网。而当闭锁角整定为δT2时。同期装置在a点发出并网合闸脉冲，但此时TJJ并未提供回路，直到b点才接通合闸回路，经历时间tk后断路器主触头在d点才接通。不难看出，并网瞬间将出现相角差为：
Δδ=δk-δT2
因而必然会引起冲击。所以闭锁角δT的整定值必须和断路器合闸时间tk及允许频差△f综合考虑。在tk较长时只有减小允许频差△f的整定值。这又将导致并网过程的拖延。
在使用设计严密的微机准同期装置时可以考虑取消同期检查继电器的闭锁，这有利于使发电机的并网过程不致因允许频差整定过小产生频差符号交替变换而延缓并网过程。事实上很多调速器都是临近同步速时产生不稳定的振荡，甚至造成并网难以进行。理应以较大的允许频差整定值躲开这种工况的出现，当然在进行手动准同期时，同期检查继电器的闭锁是必要的。
3.对频差变化率的考虑：
发电机一般都不是在恒速情况下进行并网的，尤其是水轮发电机的并网都是由零转速开始升速到并网的。也就是说在并网过程中不仅发电机对系统存在着频率差，而且还存在着频差的变化。这就需要同期装置具备计算频差及其一阶乃至二阶导数的能力，以保证发电机在相差为零的瞬间并入电网。
4.应该知道断路器的确切合闸时间：
发电机并网瞬间是否正好落在δ=0°的点上，极大程度取决于准同期装置的导前时间整定值是否与实际相符。然而遗憾的是迄今还没有人去做取得整个合闸回路（包括中间环节）时间的工作。这样即使准同期装置设计得再严密，没有原始数据的支持，并网也不可能不发生出人意料的冲击。
5.应考虑并网时系统电压过低或过高的闭锁：
一般自动准同期装置是检查发电机与系统电压的压差，如实际压差满足给定值即认为电压条件符合要求。但事实上并网操作常常发生在系统不正常运行的时候，这时系统电压水平可能大大偏离额定值，不适于进行发电机并网操作。因此，同期装置应具有对系统电压过高或过低的闭锁功能。
6.应计及并列点PT变比的偏差因素：
习惯上人们都把PT次级电压为100V时认定为额定电压，事实上由于PT变比的选择常常出现当PT初级电压为额定值时，而次级电压却不是100V，因此在整定同期装置的允许电压差时要以PT次级的真实额定电压值为依据。
7.应及时消除并网过程中出现的同频不同相状态：
当发电机的频率接近系统频率时，很易出现相差停止变化的现象，发电机与系统电压间出现一个固定的相差这种状态是不允许并网的，因此应予以尽快消除。一般可采取同期装置对机组发出一串控制量合适的减速或加速脉冲，破坏同频状态。
事实上要避免同频不同相现象的出现。zui有效的办法就是不将同期装置的允许频差整定过小，以期在进入同频不同相状态前发电机已并入电网。
8.同期装置的快速性及性是其zui本质的技术指标：
发电机的并网是基于系统的需要，常常这种需要是紧迫的。有时系统的状况很脆弱，急需增加发电容量，因此要求发电机以“zui快”的速度“平稳”地并入电网。衡量并网快速及性的一个具体指标就是尽速将发电机与系统的压差与频差控制在允许值内，并且不失时机的捕获“*次”出现δ=0°的时机，将发电机在无相差情况下并入电网。快速并网不仅赢得了时间，还节约了大量的能源。
9.同期装置应设计成一个*的控制器：
同期装置的控制对象是在发电厂中*的主设备——发电机，不得有半点马虎。因此必须在硬件及软件上留有很大的冗馀度。保证*。主导设计思想就是：“宁拒动、不误动”。
10.同期装置应具备对上位控制机的通迅接口：
分布式控制已成为发电厂实现自动化的重要方式，所有被控设备都配备有与之相应的控制器，这些控制器常常安装在被控设备旁。分布式控制系统zui大特点是每一个控制器都是独立的作战单元，它不仅就地采集数据，而且就地判断，就地控制。这样就大大淡化了上位控制机的主宰作用，从而极大地提高了系统的可靠性。这一系统要求每一个控制器都有对上位控制机的串行通讯接口（例如RS-442、RS-485等），以实现统一的管理。
三、该是淘汰模拟式自动准同期装置的时候了
技术发展的道路是不断淘汰不适应生产需要的产品，代之以原理电路更*的新产品。我国的发电厂几十年来一直沿用50年前由原苏联发明的ACT-1型自动准同期装置所派生出的ZZQ系列的产品。这些产品不论在原理上还是在电路上都是极为落后的。而且还存在着原则性的设计错误。因此，几乎没有一台这类同期装置能满足前述的那些要求。在大量的发电厂里这些装置都停用了，而以手动同期取代。但由于信息不灵，我国的好些设计部门还在新设计的发电厂中选用这种设备。
自动准同期装置的一个核心功能是在δ=0°到来前相当于断路器合闸时间tk时发出并网合闸命令，以实现无冲击并网。所以获得这个恒定导前时间是装置的关键技术。
ZZQ系列同期装置利用所谓“比例——微分”电路，对由发电机及系统电压产生的脉振电压进行变换，从而获得一个只与电路元件（电阻、电容）参数有关的恒定时间提前量，以此作为导前时间的整定值。在证明导前时间恒定性的数学推导中不仅忽略了若干不应忽略的因素，而且错误地把只适用于线性网络（只含有线性电阻、线性受控源和独立源的网络）的叠加定理用到了非线性网络，以此来实现比例电流和微分电流的叠加。加之以整形后的发电机电压及系统电压矩形波通过异或电路、滤波器后形成的三角波电压并不是真正的三角波电压。滤波器不仅把三角波的三个角削园了，而且把过零点拖后了，形成了一个连续函数（近似正弦波）。这个波形经微分后不再是矩形波。
此外，电容器在作为微分电路使用时应满足其时间常数t=RC大大小于信号周期的条件。因此在同期装置工作在较大频差时，电容C将不是微分电容。而是耦合电容。
可以想到，一切证明导前时间恒定的条件都不成立，当然就得不到所期望的恒定导前时间。事实也是如此，这些同期装置在并网时是靠“运气’，所以常常发生冲击很大的并网后果。
ZZQ系列同期装置由于是纯硬件的设备，不可能具备更多的功能，也不可能有严密的数学模型，更谈不上与上位机进行通讯，因此，随着发电厂自动化水平的不断提高，特别是不少水电厂要实行“无人值班”，因此，淘汰这类同期装置已是迫在眉睫的工作了。
四、启用新的智能型准同期装置已是当务之急
随着计算机硬件及软件技术的飞速发展，大量适合于发电厂分布式控制的智能控制器不断涌现出来。我国zui早的SID型微机准同期控制器是笔者于1983年研制完成的，84年通过鉴定，迄今已推出第六代产品SID——2V型准同期控制器。
此后国外也陆续推出了一些以单片机为核心的同期检查继电器，但国外产品的共同点是功能简单，算法粗糙，用级进方式设定导前时间等参数，因此误差大，且价格昂贵。
SID一2V型多功能准同期控制器是按计及频差，频差一阶及二阶导数的数学模型高速计算出导前时间，并采用合闸角的预测算法，确保不漏掉*次出现的并网机会（δ=0°）。加之用模糊控制算法对待并列发电机进行均频及均压控制，以zui快的速度促成同期条件的出现。
为了获得的导前时间整定值，SID一2V型微机准同期控制器在每次并网后自动测量断路器的合闸时（含全部中间环节的时间），测量分辨率为1毫秒。
在软件及硬件设计上留有极大的冗馀度，因此，装置在数百个大中型水火电厂十余年的运行中，正确动作率为100％。在火电厂的并网时间zui快的只需几秒。对水电机组的并网时间主要取决于升速速度，一般为40秒左右。
五、结束语
同期装置是发电厂的重要自动装置，直接影响着发电机的安全与寿命，对节约能源也是不可忽视的。不要小看每次并网的冲击，这种冲击的累积将会给发电机造成致命的伤害，因此清除这些发电机的隐形杀手已事不宜迟了。
