同期装置讲义

1、同期装置同期装置同期装置同期装置 同期点选择和同期电压引入同期点选择和同期电压引入 二二三三准同期并列的条件准同期并列的条件 准同期并列的操作方式准同期并列的操作方式 四四同期的方式同期的方式 一一五五自动自同期自动自同期 1.1 1.1 同期基本概念同期基本概念各发电机转子间的相角差不越过允许的极限值各发电机转子间的相角差不越过允许的极限值发电机出口的折算电压近似地相等发电机出口的折算电压近似地相等系统中各发电机转子以相同的电角速度旋转系统中各发电机转子以相同的电角速度旋转 只有满足这些条件。电力系统中的发电机才只有满足这些条件。电力系统中的发电机才能并列运行。此时，发电机在系统中的运行又能

2、并列运行。此时，发电机在系统中的运行又称为称为同步运行同步运行。 三三要要素素一、同期方式一、同期方式 （1 1）并列断路器合闸时，冲击电流应）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值一般不超过尽可能的小，其瞬时最大值一般不超过倍的额定电流。倍的额定电流。 （2 2）发电机组并入电网后，应能迅速）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。少对电力系统的扰动。同步电机并列的基本准则：同步电机并列的基本准则：发电机的并列有两种方式：即准同期和自同期。发电机的并列有两种方式：即准同期和自同期。自同期自同期

3、采用此种方式时，采用此种方式时，先打开导叶开启机组，先打开导叶开启机组，当转速接近额定转速当转速接近额定转速时，直接合机组出口时，直接合机组出口断路器，连接机组和断路器，连接机组和和母线（系统），再和母线（系统），再加励磁，在系统的作加励磁，在系统的作用下，使机组进入同用下，使机组进入同步运行状态。步运行状态。自同期特点自同期特点1 1、操作简单，机组并、操作简单，机组并列快，不会造成非同列快，不会造成非同期合闸。期合闸。2 2、合闸瞬间，机组会、合闸瞬间，机组会产生很大的冲击电流，产生很大的冲击电流，对机组和系统会产生对机组和系统会产生强烈的冲击，所以一强烈的冲击，所以一般只适用于小机组。般

4、只适用于小机组。而目前一般而目前一般不采用不采用自自动期方式。动期方式。1. 1.2 2 同期的基本方式同期的基本方式准同期操作方式准同期操作方式准同期准同期 采用此种方式时，先采用此种方式时，先打开导叶开启机组，当转打开导叶开启机组，当转速满足条件时，加励磁。速满足条件时，加励磁。如果电压、相位、频率满如果电压、相位、频率满足要求后，发合闸命令，足要求后，发合闸命令，使机组并列上网发电。使机组并列上网发电。准同期特点准同期特点1 1、机组不会产生冲电流、机组不会产生冲电流（或很小），对系统影响（或很小），对系统影响小。小。2 2、操作要复杂些，手动、操作要复杂些，手动准同期对运行人员要求较准

5、同期对运行人员要求较高，可能造成非同期合闸，高，可能造成非同期合闸，从而烧坏机组或造成系统从而烧坏机组或造成系统故障。故障。3 3、可以用于线路同期操、可以用于线路同期操作。作。两种并列方式各有优缺点。水两种并列方式各有优缺点。水电站一般的应用情况是；电站一般的应用情况是； 以自动准同期作为发电机正常时的并列方式以自动准同期作为发电机正常时的并列方式以手动准同期作为备用以手动准同期作为备用 并均带有非同期闭锁装置并均带有非同期闭锁装置。至于自同期，则主。至于自同期，则主要用作事故情况下的并列方式，且一般均采用自动要用作事故情况下的并列方式，且一般均采用自动自同期并列，同时要求自同期并列，同时要

6、求 发电机定于绕组的绝缘及发电机定于绕组的绝缘及端部团定情况应良好，端部接头应端部团定情况应良好，端部接头应 无不良现象。无不良现象。 2.2 2.2 同期点选择原则同期点选择原则 2.1 2.1 同期点基本概念同期点基本概念 用于同期并列的断路器，即称用于同期并列的断路器，即称为同期点。一般说来，如果一个为同期点。一般说来，如果一个断路器断开后，两侧都有电源且断路器断开后，两侧都有电源且可能不同步，则这个断路器就应可能不同步，则这个断路器就应该是同期点。该是同期点。 二、同期点选择和同期电压引入二、同期点选择和同期电压引入2.2 2.2 同期点选择原则同期点选择原则发电机的所有断路器都应该是

7、同期点。发电机的所有断路器都应该是同期点。发电机与变压器间不设断路器的发电机一发电机与变压器间不设断路器的发电机一变压器单元接线，其同期点应设在变压器高变压器单元接线，其同期点应设在变压器高压侧断路器上。压侧断路器上。三绕组变压器或自耦变压器与电源连接的三绕组变压器或自耦变压器与电源连接的各侧断路器均应作为同期点。各侧断路器均应作为同期点。低压侧与母线连接的双绕组变压器，一般低压侧与母线连接的双绕组变压器，一般应有一侧断路器作为同期点。应有一侧断路器作为同期点。 二、同期点选择和同期电压引入二、同期点选择和同期电压引入2.2 2.2 同期点选择原则同期点选择原则如果双线圈变压器只有一侧作为同期

8、点，那么不作为如果双线圈变压器只有一侧作为同期点，那么不作为同期点的一侧断路器合闸回路应经另一侧断路器的常闭同期点的一侧断路器合闸回路应经另一侧断路器的常闭辅助触点闭锁。辅助触点闭锁。母线分段、联络断路器及旁路断路器均应作为同期点。母线分段、联络断路器及旁路断路器均应作为同期点。接在单母线上的对侧有电源的线路断路器均应作为同接在单母线上的对侧有电源的线路断路器均应作为同期点。期点。接于双母线的对侧有电源的线路，可只考虑利用旁路接于双母线的对侧有电源的线路，可只考虑利用旁路断路器或母线联络断路器进行并列，线路断路器不作为断路器或母线联络断路器进行并列，线路断路器不作为同期点。但对要分裂成两个单独

9、系统运行的双母线和同期点。但对要分裂成两个单独系统运行的双母线和3535kV kV 及以上电压等级的系统主要联络线，则线路断路及以上电压等级的系统主要联络线，则线路断路器应作为同期点。器应作为同期点。2.2 2.2 同期点选择原则同期点选择原则多角形接线和外桥形接线中，与线路相关的两个断多角形接线和外桥形接线中，与线路相关的两个断路器均应作为同期点。路器均应作为同期点。一台半接线的所有断路器均应作为同期点。一台半接线的所有断路器均应作为同期点。全厂只有一条线路时，线路断路器可不作为同期点。全厂只有一条线路时，线路断路器可不作为同期点。2.3 2.3 同期电压引入同期电压引入 采用准同期方式并列

10、时，需比较待并发电机与系统采用准同期方式并列时，需比较待并发电机与系统电压的数值、频率和相位。为此需将待并侧和系统的电压的数值、频率和相位。为此需将待并侧和系统的电压引至同期装置，以便进行比较判断。引入同期装电压引至同期装置，以便进行比较判断。引入同期装置的电压通常取自不同的电压互感器。置的电压通常取自不同的电压互感器。 单相电压互感器接线方式单相电压互感器接线方式 两个单相电压互感器构成的两个单相电压互感器构成的V-V接线方式接线方式 三相三柱式电压互感器构成的星形接线方三相三柱式电压互感器构成的星形接线方式式 三相五柱式电压互感器的接线三相五柱式电压互感器的接线 三个单相电压互感器的接线三

11、个单相电压互感器的接线2.3.1 PT的接线方式的接线方式单相电压互感器接线方式单相电压互感器接线方式特点：一次侧不能接地，二次绕组接地，特点：一次侧不能接地，二次绕组接地， 只能只能 测量线电压。测量线电压。两个单相电压互感器两个单相电压互感器构成的构成的V-VV-V接线方式接线方式V-VV-V接线的特点接线的特点 V-V接线方式又称不完全三角形接线，其一接线方式又称不完全三角形接线，其一次绕组不能接地，二次绕组接地。次绕组不能接地，二次绕组接地。 V-V接线的特点是：只用两支单相电压互感接线的特点是：只用两支单相电压互感器就可以获得三个对称的线电压和相对中性器就可以获得三个对称的线电压和相

12、对中性点的相电压，但是无法得到相对地的电压。点的相电压，但是无法得到相对地的电压。V-V接线以前较广泛地应用于各种电测仪表接线以前较广泛地应用于各种电测仪表，目前已经不再使用这种接线方式。，目前已经不再使用这种接线方式。三相三柱式电压互感器构成的星形接线方式三相三柱式电压互感器构成的星形接线方式 可测量线电压和相电压，但不能测可测量线电压和相电压，但不能测量供绝缘监察的相对地电压量供绝缘监察的相对地电压 二次绕组接地，一次绕组中性点不二次绕组接地，一次绕组中性点不允许接地。允许接地。三相五柱式电压互感器的接线三相五柱式电压互感器的接线三个单相电压互感器的接线三个单相电压互感器的接线三相五柱式及

13、三个单相电压互感器接线的特点三相五柱式及三个单相电压互感器接线的特点 35kV及以下小电流接地系统普遍采用三相及以下小电流接地系统普遍采用三相五柱式电压互感器。五柱式电压互感器。110kV及以上大电流接及以上大电流接地系统则采用三个单相电压互感器组。地系统则采用三个单相电压互感器组。 一、二次绕组中性点及开口三角形绕组一端一、二次绕组中性点及开口三角形绕组一端接地。接地。 可测量线电压、相电压、绝缘监察的相对地可测量线电压、相电压、绝缘监察的相对地电压及零序电压。电压及零序电压。电压互感器的二次侧接地方式电压互感器的二次侧接地方式 电压互感器的各个二次绕组均必须有可靠的保电压互感器的各个二次绕

14、组均必须有可靠的保护接地，且只允许有一个接地点。护接地，且只允许有一个接地点。 二次侧接地属保护接地，是为了防止一次绕组二次侧接地属保护接地，是为了防止一次绕组与二次绕组间绝缘损坏后，一次侧高电压串入与二次绕组间绝缘损坏后，一次侧高电压串入二次侧，危及人身和设备安全。二次侧，危及人身和设备安全。 接地方式的种类有：接地方式的种类有：1、中性线接地，、中性线接地，2、 B相相接地。接地。 发电厂的电压互感器多采用发电厂的电压互感器多采用B相接地方式相接地方式 ，其，其中性点中性点F作为后备。作为后备。 变电站电压互感器采用中性点接地方式。变电站电压互感器采用中性点接地方式。 电压互感器的变比电压

15、互感器的变比 大电流接地系统电压互感器的变比大电流接地系统电压互感器的变比小电流接地系统电压互感器的变比小电流接地系统电压互感器的变比2 2.3.2.3.2 同期电压引入方式同期电压引入方式 2.3.2.1 2.3.2.1 发电机断路器同期点发电机断路器同期点 两侧的电压可两侧的电压可取自其两侧互感取自其两侧互感器的基本二次绕器的基本二次绕组。组。2.3.2.2 2.3.2.2 变压器高压侧断路器同期点变压器高压侧断路器同期点 两侧电压取自安装在变压器高、低压侧的互感器。两侧电压取自安装在变压器高、低压侧的互感器。就丫就丫1111接线的变压器而言，其两侧相应相间电接线的变压器而言，其两侧相应相

16、间电压存在压存在3030。的相位差。这样，为了使从高、低压侧互的相位差。这样，为了使从高、低压侧互感器取得的电压相位与同期点两侧电压的相位相符，感器取得的电压相位与同期点两侧电压的相位相符，就应对引入同期装置的电压相位加以校正。就应对引入同期装置的电压相位加以校正。2.3.2.2 2.3.2.2 变压器高压侧断路器同期点变压器高压侧断路器同期点 在中性点直接接地在中性点直接接地系统中，为了校正引系统中，为了校正引自互感器电压的相位，自互感器电压的相位，可从变压器高压侧互可从变压器高压侧互感器接成开口三角形感器接成开口三角形的绕组取得电压的绕组取得电压( (见见图图2-3)2-3)。2.3.2.

17、2 2.3.2.2 变压器高压侧断路器同期点变压器高压侧断路器同期点3100 对于中性点不接地系统，对于中性点不接地系统，为了校正相位，通常采用为了校正相位，通常采用中间转角变压器。转角变中间转角变压器。转角变压器接于高压侧互感器的压器接于高压侧互感器的二次绕组，应是二次绕组，应是Y Y，d11d11接接线，变比为线，变比为 /100 /100V V。2.3.2.3 2.3.2.3 母联和分段断路器同期点母联和分段断路器同期点 与发电机断路器电压引入方法相似。与发电机断路器电压引入方法相似。当与继电保护的接地要求发生矛盾时，可从辅助二次当与继电保护的接地要求发生矛盾时，可从辅助二次绕组取得电压

18、。如图绕组取得电压。如图2-52-5所示。在所示。在110110kVkV及以上中性点及以上中性点直接接地系统中，一般即用此方法取得同期电压。直接接地系统中，一般即用此方法取得同期电压。 2.3.2.3 2.3.2.3 母联和分段断路器同期点母联和分段断路器同期点 对于中性点不接地系统，为解决接地的矛盾，可通对于中性点不接地系统，为解决接地的矛盾，可通过变比为过变比为100100100100V V的单相隔离变压器取得的单相隔离变压器取得100100V V同期同期电压，如图电压，如图2-62-6所示。线路上装有三相电压互感器的所示。线路上装有三相电压互感器的线路断路器同期点，其同期电压的引入方法与

19、上述相线路断路器同期点，其同期电压的引入方法与上述相同。同。2.3.2.4 2.3.2.4 线路上装有单相电压互感器的线路上装有单相电压互感器的线路断路器同期点线路断路器同期点 在中性点直接接地在中性点直接接地系统中，单相电压系统中，单相电压互感器接于相与地互感器接于相与地之间。此时可从互之间。此时可从互感器辅助二次绕组感器辅助二次绕组得到得到100100V V电压。另电压。另一个同期电压可从一个同期电压可从母线互感器母线互感器2 2YHYH的辅的辅助二次绕组取得。助二次绕组取得。2.3.2.4 2.3.2.4 线路上装有单相电压互感器的线路上装有单相电压互感器的线路断路器同期点线路断路器同期

20、点 在中性点不接地系统中，单在中性点不接地系统中，单相电压互感器接在相间电压上，相电压互感器接在相间电压上，如图如图2-2-8 8所示。此时，互感器所示。此时，互感器一次绕组的额定电压应是相间一次绕组的额定电压应是相间电压，二次电压则应为电压，二次电压则应为100100V V。同期点另一侧的电压取自母线同期点另一侧的电压取自母线电压互感器基本二次绕组的相电压互感器基本二次绕组的相应相间电压。当与继电保护接应相间电压。当与继电保护接地要求发生矛盾时，同样可通地要求发生矛盾时，同样可通过单相隔离变压器取得同期电过单相隔离变压器取得同期电压。压。三、准同期并列的条件 （差值不应超过额定值的（差值不应

21、超过额定值的5 51010）（差值不应超过额定值的（差值不应超过额定值的0.20.20.50.5，即，即0.10.10.250.25HZHZ） （相位差应小于（相位差应小于10100 0，最好在相位差为，最好在相位差为0 0时合闸）时合闸）3.1 3.1 准同期并列的实际条件准同期并列的实际条件 3.23.2 偏离理想条件的后果偏离理想条件的后果 3.2.1 3.2.1 仅存在电压幅值差仅存在电压幅值差 并列时并列时: 频率频率 fG=fX； 相角差相角差e=0； 电压幅值电压幅值UGUX。冲击电流有效值：冲击电流有效值：UGXUIhSUGXhdXUUIXXUs超前超前Ih900，冲击电流，冲

22、击电流主要为无功电流分量主要为无功电流分量出现这种情况时，冲击电动力对发电机定子绕组端出现这种情况时，冲击电动力对发电机定子绕组端部机械产生危害！部机械产生危害！3.2.2 3.2.2 仅存在合闸相角差仅存在合闸相角差并列时并列时: 频率频率 fG=fX； 相角差相角差e0。 电压幅值电压幅值UG=UX；2sin2qehqXEIXX冲击电流有效值：冲击电流有效值：UGIhUXUSe冲击电流主要为有功冲击电流主要为有功电流分量电流分量当当e很小时，可认为很小时，可认为Ih超前超前Us 900，此时产生，此时产生的冲击电动力，可能使机组联轴受到突然冲击！的冲击电动力，可能使机组联轴受到突然冲击！3

23、.2.3 3.2.3 仅存在频率差仅存在频率差TS图图2-3 脉动电压脉动电压(a) 相量图相量图(b) (b) 波形图波形图并列时：并列时： UG=UX； fGfX。DLUsUgUgUsUdgs0Ud：电压差包络线2Td：频率差（滑差）t准同期并列操作方式准同期并列操作方式1. 手动准同期：操作人员观察手动准同期：操作人员观察同期表同期表，根据，根据经验发合闸命令。一般作为自动准同期的备经验发合闸命令。一般作为自动准同期的备用方式。用方式。2. 自动准同期：当现地控制单元发出合闸命令自动准同期：当现地控制单元发出合闸命令时，时，自动准同期装置自动准同期装置自动寻找最佳合闸自动寻找最佳合闸时间

24、，发出合闸令。同时，在不满足同期合时间，发出合闸令。同时，在不满足同期合闸时，给励磁、调速器发出调整命令，加快闸时，给励磁、调速器发出调整命令，加快合闸时间。合闸时间。四、准同期并列的操作方式4.14.1.1 .1 手动准同期特点手动准同期特点手动准同期的主要缺点是：手动准同期的主要缺点是：并列时间较长；并列时间较长；最佳合闸瞬间的选择与运行人员的经验相最佳合闸瞬间的选择与运行人员的经验相和操作水平有关，无法保证在最佳条件下并和操作水平有关，无法保证在最佳条件下并列；列；不能实现机组的自动起动和并列不能实现机组的自动起动和并列; ;在水电站中一般只作为备用的并列方式。在水电站中一般只作为备用的

25、并列方式。4.1 手动准同期4.14.1.2 .2 同期表同期表 常用的同期表为组合式同期表。如图所示，常用的同期表为组合式同期表。如图所示，同期有三部分组成：频差检测部分、电压检测同期有三部分组成：频差检测部分、电压检测部分、同期检测部分。部分、同期检测部分。 1、频差检测、频差检测：同期表左侧的指针指出系：同期表左侧的指针指出系统和机组的频率差的大小。向统和机组的频率差的大小。向“”偏转，表偏转，表示系统频率大于机组频率，反之表示系统频率示系统频率大于机组频率，反之表示系统频率低于机组频率，偏差越大，指针偏离中间位置低于机组频率，偏差越大，指针偏离中间位置越大。越大。、压差检测、压差检测：

26、同期表右侧的指针指出系：同期表右侧的指针指出系统和机组的压差的大小。向统和机组的压差的大小。向“”偏转，偏转，表示系统电压大于机组电压，反之表示表示系统电压大于机组电压，反之表示系统电压低于机组电压。偏差越大，指系统电压低于机组电压。偏差越大，指针偏离中间位置越大。针偏离中间位置越大。 3、同期检测、同期检测：同期表中间为同期检查结果：同期表中间为同期检查结果指示。当同期表指针顺时针方向旋转时，表示指示。当同期表指针顺时针方向旋转时，表示待并发电机频率比系统高，应减低待并发电机待并发电机频率比系统高，应减低待并发电机转速；当同期表指针逆时针方向旋转时，表示转速；当同期表指针逆时针方向旋转时，表

27、示待并发电机转速太低，应加快待并发电机的转待并发电机转速太低，应加快待并发电机的转速。指针偏离同期点指示出相位的差值大小。速。指针偏离同期点指示出相位的差值大小。同时，指针的转速反映相位差值变化的快慢。同时，指针的转速反映相位差值变化的快慢。同步检查继电器同步检查继电器作用：作用：为防止非同期合闸，一般在同期的自动、为防止非同期合闸，一般在同期的自动、手动回路中安装有同步检查继电器。手动回路中安装有同步检查继电器。 如果同步点两侧电压相角差超过同步检测继如果同步点两侧电压相角差超过同步检测继电器整定的动作角度时，继电器动作，常开触电器整定的动作角度时，继电器动作，常开触点打开，断开合闸脉冲回路

28、，断路器就无法合点打开，断开合闸脉冲回路，断路器就无法合闸。闸。只有当相角差小于整定角度时，常开触点才会只有当相角差小于整定角度时，常开触点才会闭合，允许发出合闸脉冲。这样就防止了非同闭合，允许发出合闸脉冲。这样就防止了非同期合闸，起到了闭锁作用。期合闸，起到了闭锁作用。4.4.1.3 1.3 手动准同期操作基本步骤手动准同期操作基本步骤（1 1）选定同期点）选定同期点SSSS切换到准同期位置，切换到准同期位置，将两侧电压引入同期小母线。将两侧电压引入同期小母线。（2 2）选择）选择SA1SA1“粗调粗调”。（3 3）选择）选择SA1SA1“精调精调”。（4 4）发合闸脉冲）发合闸脉冲操作操作

29、SASA。由于断路器及。由于断路器及其合闸接触器存在固有动作时间，合闸脉冲其合闸接触器存在固有动作时间，合闸脉冲应在相位差应在相位差0 0之前一段时间发出。之前一段时间发出。（5 5） SSSS、SA1SA1切换至断开位置。相应接点、切换至断开位置。相应接点、回路复归，同期操作完成。回路复归，同期操作完成。4.2.14.2.1 两个功能两个功能 自动检查待并发电机和系统的电压差和自动检查待并发电机和系统的电压差和频率差，在满足准同期并列条件时自动提前频率差，在满足准同期并列条件时自动提前发出合闸脉冲，使断路器触头在相位差发出合闸脉冲，使断路器触头在相位差0 0瞬间接通。瞬间接通。 当电压差或频率差不满足要求时，自动对当电压差或频率差不满足要求时，自动对待并发电机发出调压或调速脉冲，以加快自待并发电机发出调压或调速脉冲，以加快自动并列的过程。动并列的过程。 4.2 自动准同期4.2.2 4.2.2 自动准同期装置自动准同期装置自动准同期装置按自动化程度分为：自动准同期装置按自动化程度分为：（1 1）半自动准同期并列装置）半自动准同期并列装置没有频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控没有频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元；制单元；待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整；待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整；当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就会当频率和电