发电机同期系统

1、 同期系统同期系统 v目 的：掌握同期条件、同期方式、同期点及同期方式的设置、同期 电压的引入、手动准同期装置、自动准同期装置、发电机的自动准同 期装置； v重 点：掌握同期点及同期方式的设置、同期电压的引入、手动准同 期装置、自动准同期装置、发电机的自动准同期装置； v难 点：掌握同期点及同期方式的设置、同期电压的引入、手动准同 期装置、自动准同期装置、发电机的自动准同期装置； 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

2、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

3、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； sd s xx U I d X v 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1

4、00MW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。 s X s U v 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

5、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

6、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

7、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

8、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）转角变接线图 （a）（b） v 图72（a）为双绕组

9、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。同期电压不 能直接采用电压互感器二

10、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、L3 790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星形侧相位完全相同的

11、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。 3 100 100 v 变压器TM星形侧经电压互感器TV2的二次侧，再经同期开关SS113 15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

12、接 地并存的情况。为了实现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

13、小屏上的五只测量仪表呈对称布置，以便运行人员观察比较。 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

14、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

15、 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 U VW U WV U （ VW U GS fff f VW U v 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

16、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。 SG fff f f SG fff v 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

17、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。 VW U VW U VW U WV U f SG fff VW U WV U v 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

18、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）

19、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） 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。

20、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。 VW U VU U WV U UV U 第四节手动准同期装置 手动准同期装置由同期测

21、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

22、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、M723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L

23、W2H1，1F7X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、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

24、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

25、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。其动作回路是十700SM1 2M717SM124SM21314M增速绕组SM11012700 接通，伺服电机 M正转，使原动机增速；当回路十700SM3 4M718SM168SM21516M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，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，

26、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SS13M721SSM129 31KYM722SBM723SA24SS57KCFQF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