发电机同期系统

1、发电机同期系统第一节 概 述v 同期操作（或同期并列）是将同期发电机投入到电力系统参加同期并列运行的操作，同期操作是借助于同期电压和同期装置实现的。v 在发电厂和变电站中，通常把反映同期装置和同期电压连接关系的回路称为同期系统。本文主要介绍同期电压的引入、手动准同期装置的工作原理和自动准同期装置的外部电路。v 一、同期的条件v 两个独立的电源并列运行在一起，必须具备下列条件：v（1）电压（大小）相等。v（2）频率相同。v（3）电压的相位角差不超过允许值。v否则，可能产生巨大的冲击电流；引起电力系统电压严重下降；可能使电力系统发生振荡以至于瓦解。而巨大的冲击电流将产生强大的电动力，可能对电气设备

2、造成严重的损坏，系统振荡并失去稳定，造成严重后果。二、同期并列的方法v 同期并列的方法分自同期并列和准同期并列两种。v 1自同期并列v 自同期并列，是将待并发电机转速升至接近同期转速（正常并列时转差率S等于（12）；事故并列时允许转差率为5，甚至更大些）时，就把待并发电机投入系统，然后再给发电机加励磁，使发电机自行拉入同期。v 由于发电机在未加励磁的情况下就投入系统，相当于系统经过很小的电抗而短路。所以，合闸时冲击电流较大，最大冲击电流周期分量I为：v 式中： - 待并发电机纵轴次暂态电抗；sdsxxUIdXv 电力系统归算后的等值电抗；v 电力系统归算后的电压。v 自同期并列的特点是：并列过

3、程迅速；操作简单，减少了误操作的可能性；易于实现操作过程自动化。但是，并列时冲击电流较大，会引起电力系统电压暂时降低。v 因此，有关规程规定：对于单机容量在100MW以下的汽轮发电机，当最大冲击电流周期分量I不超过额定电流的0.74倍时，才允许采用自同期并列；v 对于各种容量的水轮发电机和同期调相机，可采用自同期并列；对两个系统之间的并列则不能采用自同期并列。sXsUv 2准同期并列v 准同期并列操作是将待并发电机转速升至接近同期转速后加励磁，当发电机（或待并系统）频率、电压相角、电压大小分别与运行系统（以下简称系统）频率、电压相角、电压大小接近相同时，把待并发电机（或待并系统）投入系统，即合

4、上相应的断路器。v 准同期并列的特点是：并列时间较长，还可能由于操作人员失误，发生误操作，造成非同期并列。v 但是由于并列时冲击电流较小，不会引起系统电压降低，从而获得了广泛的应用。准同期并列不仅适用于发电机并入系统；而且也适用于两个系统之间的并列，所以变电站都采用准同期并列。v 三、同期点及同期方式的设置v 发电厂（或变电站）中每个有可能进行同期操作的断路器，称为同期点。也就是说当断路器两侧有可能出现非同系统电源时，此断路器是同期点。选择如下：v（1）发电机出口断路器及发电机一双绕组变压器出口断路器，都是同期点。因为各发电机的并列操作，通常均是利用各自的断路器进行并列的。v（2）母联断路器都

5、是同期点。它们是同一母线上的所有电源元件的后备同期点。v（3）自耦变压器或三绕组变压器的三侧断路器都是同期点。这些并列点是为了减少并列时可能出现的倒闸操作，以保证事故情况下迅速可靠的恢复供电。v（4）系统联络线的线路断路器都是同期点。v（5）旁路断路器也是同期点。因为它可以代替联络线断路器进行并列。v（6）若不同的厂用变引至不同系统，也是同期点。第二节同期电压的引入电路 v 在准同期操作时，需要检测同期电压是否满足并列条件。同期电压是同期点（断路器）两侧电压经过电压互感器变换和二次回路切换后的交流电压，为了全厂（站）配用套同期装置，需要把同期电压引到同期电压小母线上。所以，通常把同期电压小母线

6、上的二次电压称为同期电压。同期电压的引入方式（即同期电压小母线的数目）与同期系统采用的接线方式有关。v 一、三相接线方式同期电压的引入v 系统采用三相接线方式，设置四条同期电压小母线：即系统电压小母线620，待并系统电压小母线L1610、L3610和公用接地小母线L2600。同期装置从同期电压小母线L1610、L3610和 L2600引入发电机的三相电压和620、L2600引入系统的两相电压。在没有进行并列操作前，除公用接地小母线L2600正常接地外，其余三条小母线均无电压，只有在并列操作时，才带有待并断路器QF1两侧的二次电压。同期开关SS1有“工作（W）”和“断开” 两个位置。图71发电机

7、出口断路器三相同期电压的引入电路v 二、发电机出口断路器同期电压的引入v 图71为发电机出口断路器三相同期电压的引入电路。v具体接入方法是：将待并发电机侧的同期电压，经电压互感器TV1变换后，取其二次侧U、W相电压，该同期电压经过同期开关SS12527、SS12123触点分别引至同期电压小母线L1610和L3610。系统侧同期电压取母线电压互感器TV2的二次U相电压，该电压经过同期开关SS11315触点引至同期电压小母线620上。再通过同期电压小母线，把发电机和系统的同期电压引至准同期装置。（二）双绕组变压器三相同期电压的引入图72双绕组变压器三相同期电压的引入v（a） 系统图；（b）转角变接

8、线图 （a）（b）v 图72（a）为双绕组变压器三相同期电压的引入电路 图72双绕组变压器三相同期电压的引入（a） 系统图；（b）转角变接线图 （a）（b）v 图72（a）为双绕组变压器三相同期电压的引入电路，对于具有Y，d11接线的双绕组变压器TM，当利用高压侧的断路器QF2进行并列时，同期电压分别从其高、低压侧电压互感器引接。v 由于变压器TM高、低侧电压相位相差330角，即星形Y侧相位超前三角形 d侧330角（相当于d侧超前Y侧30角），而高低压侧电压互感器TV1与TV2都是Y，y12接线，一、二次侧电压相位相同。因此，从TM两侧经TV1、TV2到其二次侧的电压相位也相差30角。同期电压

9、不能直接采用电压互感器二次侧的电压，而必须采用转角变压器TR对此相位差进行补偿。v 常用的转角变压器TR的接线，如图72（b）所示。v TR的变比为 ，绕组采用D，y1接线，即星形侧线电压滞后 三角形侧线电压30角。v 在本图中，转角变压器TR接在变压器TM低压侧（d侧）接线组别为D，y1。TR二次侧（y侧）相位滞后一次侧（D侧）30角，这样一来就消除了相角差。v 具体接线方法是：变压器TM三角形侧电压互感器TV1的二次电压经SS12527、 SS12123触点，分别引至转角小母线L1790、L3790上，即接在转角变TR的三角形绕组侧。在转角变TR星形侧，就可得到与变压器TM星形侧相位完全相

10、同的同期电压，再将其引至同期电压小母线L1610、L2600、L3610上。可见，L1790、L3790平时没有电压，只有并列操作需投入TR时，才带有同期电压。3100100v 变压器TM星形侧经电压互感器TV2的二次侧，再经同期开关SS11315触点引至同期电压小母线L1620上。这种接线是把变压器TM的星形侧视为系统，三角形侧视为待并系统。v 由此可知，在三相接线中，除需要设置四条同期电压小母线外，还需增设转角变压器及转角小母线。v 此外，在具有35kV和110kV电压等级的发电厂和变电所中，可能会出现35kV电压互感器TV二次侧V相接地和110kV电压互感器TV中性点接地并存的情况。为了

11、实现35kV系统与110kV系统间的同期并列，需在110kV电压互感器TV二次侧增设隔离小母线及隔离变压器，以便110kV中性点直接接地系统的同期电压经隔离小母线及隔离变压器变换为V相接地。第三节同期系统的同期测量表计及闭锁回路v 一、同期测量表计v 通常，频差表（或两只频率表）、压差表（或两只电压表）和同期表统称为同期测量表计。v同期测量表计有两种型式：一种是同期小屏，它装有五只测量仪表，即两只频率表、两只电压表和一只电磁式（1T1S型）同期表；另一种是组合式同期表（通常采用MZ10型），它包括一只频差表、只压差表和一只同期表。v1同期小屏 同期小屏上的五只测量仪表呈对称布置，以便运行人员观

12、察比较。装两只频率表的目的，是为了同时显示系统与待并发电机的频率以利比较。如果待并发电机频率低于或高于系统频率，则需要调整待并发电机的原动机（汽轮机或水轮机）转速，直至两侧频率满足要求为止。装两只电压表的目的也是为了及时显示系统与待并发电机的电压，如果待并发电机电压低于或高于系统电压，则需要调整待并发电机的励磁电流，至两侧电压满足要求为止。同期表则用来观察两侧电压的相角差。v 2电磁式1T1S型同期表v 电磁式同期表是目前广泛采用的一种同期表。根据产生的旋转磁场不同，它可分为两线圈交叉成90和两线圈交叉成60两种。v 1T1S型同期表是两线圈在空间夹角为90的电磁式同期表，其外形及内部电路如图

13、73所示。v 1T1S型同期表的工作原理是以待并发电机电压向量为 基准，并假定其固定在同期点上；而系统电压向量 相对 而变化，即指针表示系统电压 向量。v 当系统频率高于待并发电机频率时，即 （ ）大于零，指针向逆时针（“慢”）方向旋转；当系统频率低于待并发电机频率时，即 小于零，指针向顺时针（“快”）方向旋转。v 指针旋转的角频率为 ，在 等于零的情况下：当系统电压 超前待并发电机电压的角度为 时，指针向逆时针（“慢”）的方向偏转角；反之，指针向顺时针 （“快”）的方向偏转 角。v3MZ10型组合式同期表 MZ10型组合式同期表是两线圈在空间夹角为60角的电磁式同期表，外形如图74所示。WV

14、UVWUWVU（VWUGSffffVWUv MZ10型组合式同期表由电压差表P1、频率差表P2和同期表P3组成。按接线方式MZ10型组合式同期表可分为三相式和单相式两种，其电路图如图74所示。v 电压差表P1的测量机构为磁电式微安表。整流电路将待并发电机和系统的交流电压变换成直流电流，并流入微安表进行比较。两个电流相等时，其差值等于零，微安表指针不偏转，即停留在零（水平）位置上；当待并发电机电压大于系统电压，即U（UUGUS）大于零时，微安表指针向正方向偏转；反之，指针向负方向偏转。v 频率差表P2的测量机构为直流流比计。当待并发电机与系统的频率相同，即 （ ）等于零时，作用在流比计指针上的总

15、力矩等于零，则指针不偏转，而停留在零（水平）)位置上。当待并发电机频率大于系统频率，即 （ ）大于零时，指针向正方向偏转；反之，指针向负方向偏转。SGfffffSGfffv 在组合式同期表中，压差表P1和频差表P2都是以系统电压和系统频率为基准的。所以，对于同期表P3，通常也是以系统电压向量为 基准，井假定其指向12点钟时固定不动。待并发电机电压向量 相对于 而变化，即指针不再表示系统电压向量，而是表示待并发电机电压向量 。当系统频率高于待并发电机频率，即 （ ）小于零时，指针向顺时针方向旋转；反之，当大于零时，指针向逆时针方向旋转。 v 指针旋转的角频率等于 。在 等于零的情况下：当系统 超

16、前待并发电机电压 的角度为 时，指针向顺时针方向偏转 角；反之，指针向逆时针方向偏移 角。VWUVWUVWUWVUfSGfffVWUWVUv 二、闭锁电路v 在手动准同期并列操作过程中，为了防止运行人员误操作而造成非同期并列，同期系统一般采取以下措施。v1同期点断路器之间应相互闭锁v 为了避免同期电压回路混乱而引起非同期并列，只有在并列操作的时间内，同期电压小母线才能存在待并断路器两侧的同期电压。为此，每个同期点断路器均装有同期开关，并公用一个可抽出的手柄，此手柄只有在“断开”位置时才能抽出。以保证在同一时间内，只允许对一台同期点断路器进行并列操作。v2同期装置之间应相互闭锁v 发电厂或变电站

17、可能装有两套及以上不同原理构成的同期装置。为了保证在同个时间内只投入一套同期装置，一般通过同期选择开关（即手动准同期开关SSM1、自动准同期开关SSA1和自同期开关SSA2）来实现，并公用一个可抽出的手柄。v3手动调频（或调压）与自动均频（或均压）回路应相互闭锁v（1）在待并发电机控制屏上手动调频（或调压）时，应切除集中同期屏上的手动调频（或调压）回路。 v（2）手动调频（或凋压）时，应切除自动均频（或均压）回路。图7 （3）自动调频（或调压）装置和集中同期屏上的手动调频（或调压）装置，每次只允许对一台发电机进行调频（或调压）。图75同期检查继电器的交、直流回路（a）交流回路；（b）直流回路a

18、）b）v4闭锁继电器v 为了防止在不允许的相角差下误合闸，通常在手动准同期合闸回路中装设闭锁误合闸的同期检查继电器。同期检查继电器KY的交、直流电路如图75所示。v（1）交流回路。v 同期检查继电器平时不工作，SSM1处于“断开”位置，只有在手动准同期时将SSM1置于“精确”位置，KY才接于运行系统电压 （或） 和待并系统电压 （或） 上。全厂（所）公用一只同期检查继电器。v（2）直流回路。v 在同期合闸小母线M721和M722之间串接同期检查继电器KY的常闭触点。当运行系统与待并发电机电压的相角差大于KY的动作整定值时，其常闭触点断开，不允许发出合闸脉冲，这就防止了在允许相差角范围之外断路器

19、误合闸。图中，SSM为手动解除开关，平时此开关触点是断开的，在不需要同期操作的情况下，如系统无压或电厂停发系统倒供厂用电等情况，将SSM投入；SSM13触点短接KY触点，就解除了同期闭锁，同时只要将SSM置于“精确”位置，断路器就能合闸。VWUVUUWVUUVU第四节手动准同期装置 手动准同期装置由同期测量表计和相应的转换开关组成，它的任务是：v （1）利用频差表（或两只频率表）检测系统与待并发电机的频率差，并利用调速（或调频）开关，人为地调整待并发电机的频率，使其向系统频率靠拢。v （2）利用压差表（或两只电压表）检测系统与待并发电机的电压差，并通过调整发电机的励磁来调整待并发电机的电压，使

20、其向系统电压靠拢。v （3）运行人员根据频差表和压差表的指示，判别频差和压差是否满足准同期并列条件。当满足时，再根据同期表的指示，选择合适的超前时间（此超前时间约等于断路器的合闸时间）发出合闸脉冲，以保证断路器合闸时，两侧电压间的相角差等于零或控制在允许范围内。v 手动准同期分为分散手动准同期和集中手动准同期两种方式。v 一、集中手动准同期v 集中手动准同期方式是将同期测量表计和相应的转换开关都集中布置在一块屏（称之为集中同期屏）上，各同期点的并列操作均在集中同期屏上进行，即此屏能对任一台待并发电机进行调速（有的也能调压）和并列操作。v 图76为集中手动准同期电路。图中M721、M722、M7

21、23为公用同期合闸小母线；M717、M718为公用自动调速小母线；SSM1为手动准同期开关，型号为LW2H2，2，2，2，2，2，2，2F78X，其触点图表见表71； 表71LW2H2，2，2，2，2，2，2，2/F78X触点表 SSM为解除手动准同期开关，型号为LW2H1，1F7X型；v P为MZ10型单相组合同期表；v KY为DT1B200型同期检查继电器；v SB为LA220型集中同期合闸按钮；v SM为LW42A23型集中调速开关；v SM1为调速方式选择开关；v SM2为分散同期调速开关； v M为调速伺服电机。 1. 组合同期表测量电路，见图76（a）v 组合同期表P由电压差表P1

22、、频率差表P2和同期表P3组成，有单相式和三相式之分，本图为单相式。平时SSM1在“断开”位置，将P退出。在进行手动准同期并列之时，先将SSM1置“粗略”位置，其偶数触点接通（见表71），将P中的电压差表P1、频率差表P2，投入到同期电压小母线上。当待并系统的电压和频率调至满足并列条件时，将SSM1置于“精确”位置，其奇数触点接通，将P中的电压差表P1，频率差表P2和同期表P3，都投入到同期电压小母线上。当P3的指针指向中点，快要到达同期点之前的某一个整定的超前相角时，通过操作SB合闸按钮发出合闸脉冲，将待并发电机并入系统。v 2待并发电机调速电路，见图76（b）v 发电机调速有集中和分散两种

23、方式：v 若在中控室集中同期屏进行并列操作，把SM1置于“集中”位置，其触点1012接通。而分散调速开关SM2置于“断开”位置，其触点1314、1516接通，将伺服电机M的绕组分别接到自动调速小母线M717、M718上。这时在集中同期屏上，操作集中调速开关SM就可以调整原动机的转速，实现频率的增减。其动作回路是十700SM12M717SM124SM21314M增速绕组SM11012700接通，伺服电机 M正转，使原动机增速；当回路十700SM34M718SM168SM21516M减速绕组SM11012700接通时，M反转，原动机减速。v 若在主厂房机旁屏上进行分散调速时，将SM1置“分散”位置

24、，其触点10-12断开。这时在机旁屏上操作SM2实现原动机的调速，增速回路是十700SM278M增速绕组SM234700；减速回路是十700SM2910M减速绕组SM234700。两回路实现了M正、反转，达到了调整原动机速度（频率）的目的。v 3同期断路器合闸电路，图76（c）v 选择好同期点断路器，将该断路器上的同期开关SS投入“工作（W）位置，SS13、SS57触点接通。当待并系统的电压差、频率差满足并列要求时，将手动准同期开关SSM1从“粗略”切换到“精确”位置， SSM12931触点接通，v 若采用集中手动准同期方式并列时，则断路器控制开关SA处在“跳闸后”位置，SA24触点接通，此时只要同期检查继电器KY的常闭触点在闭合的情况下，按下集中同期合闸按扭SB，则回路正电源SS13M721SSM12931KYM722SBM723SA24SS57KCFQF常闭触点KM负电源形成通路，KM带电，起动合闸线圈使断路器合闸。v 此外，图中ASA为自动准同期