微机自动准同期装置在石家庄市农村水电站的推广应用

小水电2017年第2期（总第194期）河北省水力发电工程学会2017年学术交流论文
微机自动准同期装置在石家庄市
农村水电站的推广应用
辛鲁，李广晶
(石家庄市水电及农村电气化发展处，河北石家庄050021)
摘要：河北省石家庄市有相当数量的农村水电站的设备陈旧，仍沿用20世纪七八十年代的产品，自动化水平低，采 用人工并网，能耗大且存在较大的隐患。

采用在电站现场安装自动化准同期装置与原设备对接并针对性进行调测的手段可 提升原设备的自动化水平，实现小型水电站自动并网。

关键词：农村水电站；微机自动准同期装置；应用
1概述
河北省石家庄市当前农村水电站大多建于20 世纪七八十年代，设备老化、技术陈旧、自动化水 平低、运行工况差、效率低，电站安全隐患突出。

按照水利部《农村水电技术现代化指导意见》，石家庄市对全市水电并网设备进行自动化升级改造，单台机组的改造费用平均只需5 000元，即可将原 来的手工操作升级为微机自动准同期并网。

石家庄市现有农村水电站49处，总装机容量 33 488 kW，年设计发电量10 441.8万kW h。

分布 于石家庄市西部7个山区县中，采用传统灯光法或 整步表监测法并网，操作开关部分为手（电）动开 关；设备老化，技术陈旧，运行工况差，尤其在枯 水季节发电，各电站采用蓄水发电的形式，并网操 作次数频繁。

由于水头变化幅度大，并网不仅造成 水量的损失，而且极易造成并网事故，使得电站安 全隐患突出。

由于技术、经济条件限制，农村水电 站设施和技术始终没有大的改变，严重影响生产力 的发展和新农村建设形象。

2微机自动准同期装置的引入
自动准同期并网装置分为两代产品。

第一代自
收稿日期：2017-01-06
作者简介：辛鲁（1962-)，男，高级工程师，主要从事水利水电工程运行与管理工作。

动准同期装置是以许昌继电器厂生产的模拟式自动 准同期装置，它是非数字的拟合，导前时间不稳 定，频率、压差等数据显示滞后，操作精度低。

第二代微机自动准同期装置以单片机为核心，能精确 监测采样水轮发电机的频率、电压，通过输出端子 与调速器连接，自动进行调频、调压动作信号输 出，采用人工智能技术进行调节，可实现快速无冲 击合闸，使电站达到安全运行与经济运行的目的。

3自动准同期装置安装工艺及现场调 测试验
为了准确验证该装置自动化的先进性，石家庄 市组成推广小组，前往平山县小觉电站、十里坪电 站、石板水库电站、柏岭电站、灵寿县横山岭水电 站、赞皇县湾子电站，现场进行安装调测。

3.1装置一般性安装工艺
为实现迅速、精确、并网，安装自动准同期装 置时仍需要遵循相序相同、频率相同、电压相同、相位相同的基本原则。

3.1.1开孔
根据自动准同期装置的安装尺寸，在原有的控 制屏或同期屏上选择合适的位置，用机械的手段进 行开孔。

3.1.2提前时间的整定（即并网时间的整定）
可通过调整机内主板上拨叉的上下位置进行整 定，第1位向上拨为0.4 Hz，向下拨为0.5 Hz。

第2、3、4位整定并网合闸时间值分别为80、40、20 ms。

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河北省水力发电工程学会2017年学术交流论文SMALL HYDRO POWER2017No. 2, Total No. 194
3.1.3外部接线
自动准同期装置后边都有外部输出端子，其中 有接入系统和水轮发电机采集信号源的节点，接线 时一定要注意相序；如接入系统为C相，则接入 发动机侧也必须是C相，另一节点一般都是B相；如果接反或者不是同相，会造成非同期合闸事故。

合闸输出端子接线可直接与断路器或电动空开的合 闸节点相连，但应注意其节点容量，防止因节点容 量小烧毁粘接。

3.1.4现场试验
该装置投运以前，应在现场进行试验，试验步 骤如下：
(D将试验/投运按键处在“试验”位置，在此情况下合闸灯亮时不会有合闸输出。

(O确认接线无误后，打开本机电源，此时长 列方灯开始亮、灭的长短变化。

当长列灯全亮而不 灭时，检查相序是否接线正确；当灯全灭时，相序 正确且重合，合闸指示灯亮，应合闸动作；如不动 作，检查频率或电压与系统是否相同，由操作人员 进行调整至相同。

(!)继续使水轮发电机组处于空载的状态下运 行，重新进行试验，确认自动准同期装置各指示灯 指示无误，合闸动作迅速准确。

U)检测正常后，退出装置电源，将配电盘上 的空气开关合上，再将试验/投运按键按下到“投运”位置，投入电源，正式并网。

())确认接触器动作后，再合上配电盘上的闸 刀开关；并列动作完成后，再关掉本装置电源。

(*)通过电流表查看合闸冲击电流，如过大，则将装置拆卸，调整时间整定拨叉，安装后继续进 行试验，直到冲击电流变小为止。

(+)安装试验结束后，以后运行无需再进行试 验，直接使用即可。

安装工艺创新以及冲击电流的控制
(D问题的提出
安装工艺水平遇到两大难题：一是对于手动合 闸并网的电站，怎样实现自动并网（即如何解决通 用性的问题）？二是并网时冲击电流大，怎样调节？我们在微机自动准同期装置安装工艺的推广中，不断研究，不断的进行试验，不断的采取对策，终于 在实践中找到了解决问题的办法。

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(()安装工艺的创新点
① 当操作开关为电磁合闸开关或电动空气开时，直接查找合闸按钮的盘后接线与微机自动准同 期装置的合闸端子并联。

系统侧和发电机侧相位均 为,相。

② 当空气开关为-.W型时，如果有条件就换-.D型，否则只能在控制屏上装接触器，容量 是水轮发电机的V)到V!。

交流接触器与隔离开 关并联，并上网后，合上隔离开关，断开接触器；这样空气开关可作为并网的后备保护。

无论操作开关是电动还是手动，微机自动准同 期装置均能应用于水电站的自动并网，解决安装工 艺的通用性。

(!)并网时控制冲击电流的创新点
冲击电流大是因为整定提前时间与实际机械动 作时间不符，但每处电站每台机组并网的实际机械 动作时间均不同，如何找准每台机组准确的合闸时 间，是摆在我们面前的难题。

① 首先选择能够准确测量断路器实际合闸时的设备，经过不断比较试验，决定选用-0Z%—)/( 并网装置进行测量。

在每台机组安装微机自动准同 期装置之前，先将-0Z%—)/(装置按照规定外部 接线方法与机组进行接线，检查无误后，安装规定 的现场试验步骤进行试验，从而准确测量出断路器 实际合闸时间；记下数据后将-ZZ%—)/(装置从 机组拆除。

② 根据-0Z%—)/(装置测出的断路器实际闸时间，通过操作机内主板上的拨叉，来操作频 率、时间整定。

整定后按规定的一般性安装工艺要 求进行安装、外部接线及现场试验。

4微机自动准同期装置的推广
推广该项新技术经的效益
d)社会效益。

可使小型水电站由原来的手动 并网升级改造为自动并网；智能无时隙的并网可节 约大量的水能资源；精确智能化的并网操作可避免 误操作，还可延长设备使用寿命，促进电力生产两 个文明建设。

Q)经济效益。

已在（1座水电站上推广应用，共计在2.容量加装台微机自动准同期装
置。

根据统计，每次并网时间减少20 min，每次并 网就可多发电量7 800 kW h。

据不完全统计，在枯 (平）水季节蓄水发电，解列并网频繁，可多发电 量702万kW h，创收294万元。

4.2推广范围与应用效果
自2013年井陉县乏驴岭电站首先引入DZZB型自动并网装置后，使用效果良好，随即在全县推 广。

至2016年，自动并网装置已推广覆盖全市各 县，成为了全省惟一的自动化并网全覆盖的市。

该项目的推广实施，使大多数电站告别了延续几十年 手动并网的历史，提高了老电站的自动化水平，极大地缩短了并网时间，提高了发电量。

在增加自身 效益的同时，也极大地提高了社会效益。

加装自动 并网装置后，每年仅在枯（平）水季节可增发电量 702万kW h，增收294万元。

随着自动化水平的提 高，至少可减少值班人员56人，进而可节支168 万元，每年累计可增收462万元。

社会环境效益也 非常明显，每年增发的电量可替代标煤2 457 5,可减少薪柴消耗量7 581.6 5,可保护森林植被面积 632.4亩，可减少二氧化碳排放量3 685.5 5。

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农村水电是清洁可再生能源，不会产生温室气 体C02和其他有害气体和废物。

增效扩容项目实施 后，充分利用水电这一清洁可再生绿色能源，不仅 能够增加可再生能源发电能力，促进节能减排，而且还能够改善生态环境。

农村水电增效扩容的效益电量替代燃煤火电厂 发电，可产生巨大的减排效益。

根据国家科技部 2007年8月公布的《全民节能减排手册》，燃烧15 标煤向大气排放2.567 5C02和2011年中电联发布 全国电力工业统计快报公布的全国6 000 kW及以 上电厂供电标准煤耗330 g/kW h计算。

河北省以 1.2亿kW h水电替代燃煤火力发电，相当于每年 减少消耗近4万5标准煤、减少C02排放近10万5、减少S〇2排放1.4 5。

5.2 保护生态环境
实施农村水电增效扩容改造，不仅能改善山区 群众生产生活用电条件，解决项目区居民生活所用
河北省水力发电工程学会2017年学术交流论文
5结论
5.1普遍性
过去石家庄市的大部分电站普遍采用的是手工 并网，效率低浪费水能，尤其夜间并网极易产生误 操作，是产生事故的隐患之一。

自2014年起经过 近2年的努力，石家庄市所属的大小电站基本都安 装了微机自动准同期装置，2016年总结验收来看，经济效益也明显提高。

安装每台费用约为0.5万元，可创造直接效益平均为11.55万元，深受基层 电站的好评。

5.2存在问题
该装置在推广过程中也有其局限性，对于建站 时间较长的，如五六十年代建的电站，采用的并网 开关大多为DW10型，就不能直接安装使用，需拆 除原空气开关更换为现在的电动空气开关或增装接 触器后方可使用该装置。

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责任编辑吴昊
燃料问题，减少柴薪消耗，而且有利于保护森林植 被，促进退耕还林，提高林木覆盖，确保现有人工 林、天然林面积。

同时，减少了 C02、S02等有害 气体的排放，防止大地沙化，防风固沙，改良土 壤，增强抗蚀能力，涵养水源，保持水土，改善气 候条件，调节温度，防止风害和风蚀，净化空气，美化环境，促进生态环境的良性循环，对于全省国 民经济和社会发展具有深远的意义。

5.3维护河流健康生命
以河流为单元实施增效扩容项目，可以通过研 究上下游水量匹配的关系，优化水电站机组布置，充分利用水能资源。

同时，通过增设无控制的生态 基流泄放孔（洞），保障河道生态流量，通过对减 脱水河段进行修复改造，进一步改善河流生态环 境，维护河流健康生命。

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责任编辑 吴 昊
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