鲁文军
湖南省电力试验研究所 湖南长沙410007
0 前 言
同期装置是发电机并网的重要设备，先进的同期装置能准确地捕捉到每一次合闸机会，并提前发出合闸脉冲，使待并机组断路器主触头在相角差δ＝0°时闭合。每一台机组提前合闸时间随不同的断路器动作时间的不同而不同，这一时间一般为几百个毫秒。同期装置整定的导前时间稍有误差，发电机并网冲击电流便会很大。而且，这种冲击主要是有功性质的冲击，相对于因电压差引起的无功性质的冲击对主设备的损害更大，这种冲击是平时肉眼无法观察到的。这种日积月累的损坏将直接影响到发电机主设备的寿命。过去我们常强调压差和频差闭锁值的校验，而导前时间的校验没有得到足够的重视。实际上，导前时间才是影响合闸冲击电流最关键的参数。如何检验自动准同期装置整定的参数，尤其是导前时间，变得相当重要。但大多数人仍没有认识到同期合闸的重要性，以为发电机只要能并上网，即使采用手动同期也无所谓。由于采用传统方法检验同期装置繁琐且精度不高，绝大多数电厂没有定期校验，尤其是其中的导前时间，传统方法很难测出，因此，绝大多数电厂很多年不能也没有校验过导前时间。
1 传统的试验方法
1．1 在出现高精度微机保护测试仪以前，传统的同期试验采用调压器、移相器、音频信号发生器、秒表、转换开关等仪器、移相器、音频信号发生器、秒表、转换开关等仪器，其试验接线如图1所示。
1.1.1 导前时间的测试
如图1所示，调整发电机电压和系统电压为额定值，改变频差周期Ts（即改变移相器的转速），当移相器旋转时，使同期装置的合闸继电器动作，其触点闭合时，电秒表启动；当移相器机械零点开关闭合时，电秒表停止计时，其测量时间间隔为导前时间Td。
1．1．2 导前相角的测试
其接线同图1，将其中测时回路改为图2所示。开关K置于位置3，当移相器旋转，其机械零点开关闭合时，电秒表启动。此时，将开关K置于位置2，移相器继续旋转，机械零点开关第2次闭合时，电秒表停止计时。其测量时间间隔为滑差周期TS，则导前相角δ＝360 Td／Ts。
同期装置的其他特性，如调压特性、调频特性，测试也较繁琐，本文不再一一赘述。上述试验方法接线繁琐，不但要同时接2个调压器，而且要接1个电动机调速回路，1个秒表计时回路。靠电动机转动带动移相器改变发电机相位，通过调节电动机转速实现不同的滑差。由机械接点启动秒表计时。这种试验方法通过机械的方法实现参数调节和试验结果的测量，测量精度差，而且其中的移相器相当笨重，不便于携带到现场，给同期装置的定期校验带来不便。有些移相器齿轮转动不灵活，导致产生的滑差电压波形有锯齿，同期装置合闸继电器接点抖动，无法精确测量导前时间。以我省广泛使用的ZZQ－5型同期装置为例，采用移相器模拟滑差时，用光线示波器观察同期装置内部线性整步电压如图3所示。
由于相位不能平滑改变，线性整步电压有明显的阶梯状蛀齿，这也就是采用传统方法测量的导前时间不恒定的原因。另外，移相器不能高速旋转，因而不能模拟大的滑差。当要测试同期装置的调频特性时，必须用音频信号发生器来模拟。
1．2 利用先进的微机型继电保护测试仪输出电压模拟发电机电压。目前的测试仪用来做同期试验仍存在不少问题。例如，不能同时输出2路100 V可单独改变频率和相位的电压。测试装置虽能靠线电压输出100 V可改变频率的电压，但改变频率时，另2路线电压的频率也跟着变，不能满足同期试验的要求。因此利用测试仪的3U0输出来模拟系统电压，但3U0输出电压精度低，带载能力差，使试验结果达不到理想效果。当利用2台测试仪分别模拟发电机电压和系统电压时，因2台电压源没有公共点，又不能直接连接到一起，故需要同时外接一隔离变压器，这也给试验带来不便。现场调试时，我们常采用如图4所示的接线来测试同期装置。
通过隔离变压器将系统电压和发电机电压连接到一起，使2路电源有1个公共点。接线也较简单。但不能测量导前时间和导前相角，更不能自动测量调节脉冲宽度，而仍需外接录波仪和电毫秒计，通过数格子来计算导前时间和脉冲宽度，这些试验方法繁琐且精度不够高。目前，绝大数微机型继电保护测试仪单相输出电压均不超过80 V，难以满足一些要求输入单相电压超过100 V的自动装置的测试，且大多数测试仪因带有电流模块，体积大，重量大，携带也极不方便。
2 专用微机型同期测试仪测试同期装置
针对上述不便，我们开发了一种新的测试装置，它能输出2路100 V以上电压。其频率、相位、幅值能在线修改。其中一路模拟系统电压，另一路模拟发电机电压。测试仪通过检测同期装置的合闸脉冲信号，自动测量出同期装置的导前时间和导前相角。计算出该次试验的滑差周期、滑差频率。另外，通过检测升压、降压、增速、降速脉冲，测量出调压、调频脉冲宽度。其试验接线图如图5所示。
在上位机上设置好发电机电压、系统电压的幅值、相位、频率，按下开始按钮，装置即输出设定参数的电压，通过在线修改参数，观察上位机开关量的变化，便可一次性读出频差、压差、滑差周期、滑差频率、调压脉冲宽度、调频脉冲宽度、导前时间、导前相角等参数。由于发电机电压和系统电压均由微机精确计算模拟，因此产生的滑差电压不再有阶梯状蛀齿波，测量出的导前时间也就恒定了，以株洲电厂ZZQ－5型同期装置导前时间的测量为例，设定发电机电压100 V，系统电压100 V，发电机频率50．08 Hz，系统频率50．00 Hz，测量的数据如表1所示。
表1 ZZQ┐5同期装置导前时间
次 数 1 2 3 4 5
导前时间／ms 752．1 751．9 745．1 749．5 747．2
由表1可知，测量的导前时间是恒定的。利用该测试仪进行同期试验，不需外接任何其他试验设备，并且携带相当方便，测量精度相当高，其时间精度可 精确到0．1 ms，频率精确到0．01 Hz，电压精确到毫伏。
另外，该测试仪还能方便的进行低周减载装置及同期继电器、整步表的测试校验，并能代替传统的毫秒计，测量开关接点闭合或脉冲电平的时间。它还可作为高精度频率源校验频率表等检测频率的设备。因该测试仪只有电压模块，因而体积小，重量轻，特别适用于现场携带。利用新开发的测试仪能精确的测量同期装置的导前时间。
3 结 论
综上所述，传统的同期试验方法不但接线繁琐，携带不方便，而且测量精度差。即使是利用先进的微机型继电保护测试仪，也仍有许多不便。采用新型的同期测试仪，不但接线简单，携带方便，而且测量精度高。很好的解决了同期试验繁琐这一难题，填补了国内空白。
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