發(fā)電機同期系統(tǒng)

1、發(fā)電機同期系統(tǒng)第一節(jié) 概 述v 同期操作（或同期并列）是將同期發(fā)電機投入到電力系統(tǒng)參加同期并列運行的操作，同期操作是借助于同期電壓和同期裝置實現(xiàn)的。v 在發(fā)電廠和變電站中，通常把反映同期裝置和同期電壓連接關(guān)系的回路稱為同期系統(tǒng)。本文主要介紹同期電壓的引入、手動準(zhǔn)同期裝置的工作原理和自動準(zhǔn)同期裝置的外部電路。v 一、同期的條件v 兩個獨立的電源并列運行在一起，必須具備下列條件：v（1）電壓（大小）相等。v（2）頻率相同。v（3）電壓的相位角差不超過允許值。v否則，可能產(chǎn)生巨大的沖擊電流；引起電力系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降；可能使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩以至于瓦解。而巨大的沖擊電流將產(chǎn)生強大的電動力，可能對電氣設(shè)備

2、造成嚴(yán)重的損壞，系統(tǒng)振蕩并失去穩(wěn)定，造成嚴(yán)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準(zhǔn)同期并列兩種。v 1自同期并列v 自同期并列，是將待并發(fā)電機轉(zhuǎn)速升至接近同期轉(zhuǎn)速（正常并列時轉(zhuǎn)差率S等于（12）；事故并列時允許轉(zhuǎn)差率為5，甚至更大些）時，就把待并發(fā)電機投入系統(tǒng)，然后再給發(fā)電機加勵磁，使發(fā)電機自行拉入同期。v 由于發(fā)電機在未加勵磁的情況下就投入系統(tǒng)，相當(dāng)于系統(tǒng)經(jīng)過很小的電抗而短路。所以，合閘時沖擊電流較大，最大沖擊電流周期分量I為：v 式中： - 待并發(fā)電機縱軸次暫態(tài)電抗；sdsxxUIdXv 電力系統(tǒng)歸算后的等值電抗；v 電力系統(tǒng)歸算后的電壓。v 自同期并列的特點是：并列過

3、程迅速；操作簡單，減少了誤操作的可能性；易于實現(xiàn)操作過程自動化。但是，并列時沖擊電流較大，會引起電力系統(tǒng)電壓暫時降低。v 因此，有關(guān)規(guī)程規(guī)定：對于單機容量在100MW以下的汽輪發(fā)電機，當(dāng)最大沖擊電流周期分量I不超過額定電流的0.74倍時，才允許采用自同期并列；v 對于各種容量的水輪發(fā)電機和同期調(diào)相機，可采用自同期并列；對兩個系統(tǒng)之間的并列則不能采用自同期并列。sXsUv 2準(zhǔn)同期并列v 準(zhǔn)同期并列操作是將待并發(fā)電機轉(zhuǎn)速升至接近同期轉(zhuǎn)速后加勵磁，當(dāng)發(fā)電機（或待并系統(tǒng)）頻率、電壓相角、電壓大小分別與運行系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）頻率、電壓相角、電壓大小接近相同時，把待并發(fā)電機（或待并系統(tǒng)）投入系統(tǒng)，即合

4、上相應(yīng)的斷路器。v 準(zhǔn)同期并列的特點是：并列時間較長，還可能由于操作人員失誤，發(fā)生誤操作，造成非同期并列。v 但是由于并列時沖擊電流較小，不會引起系統(tǒng)電壓降低，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。準(zhǔn)同期并列不僅適用于發(fā)電機并入系統(tǒng)；而且也適用于兩個系統(tǒng)之間的并列，所以變電站都采用準(zhǔn)同期并列。v 三、同期點及同期方式的設(shè)置v 發(fā)電廠（或變電站）中每個有可能進行同期操作的斷路器，稱為同期點。也就是說當(dāng)斷路器兩側(cè)有可能出現(xiàn)非同系統(tǒng)電源時，此斷路器是同期點。選擇如下：v（1）發(fā)電機出口斷路器及發(fā)電機一雙繞組變壓器出口斷路器，都是同期點。因為各發(fā)電機的并列操作，通常均是利用各自的斷路器進行并列的。v（2）母聯(lián)斷路器都

5、是同期點。它們是同一母線上的所有電源元件的后備同期點。v（3）自耦變壓器或三繞組變壓器的三側(cè)斷路器都是同期點。這些并列點是為了減少并列時可能出現(xiàn)的倒閘操作，以保證事故情況下迅速可靠的恢復(fù)供電。v（4）系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的線路斷路器都是同期點。v（5）旁路斷路器也是同期點。因為它可以代替聯(lián)絡(luò)線斷路器進行并列。v（6）若不同的廠用變引至不同系統(tǒng)，也是同期點。第二節(jié)同期電壓的引入電路 v 在準(zhǔn)同期操作時，需要檢測同期電壓是否滿足并列條件。同期電壓是同期點（斷路器）兩側(cè)電壓經(jīng)過電壓互感器變換和二次回路切換后的交流電壓，為了全廠（站）配用套同期裝置，需要把同期電壓引到同期電壓小母線上。所以，通常把同期電壓小母線

6、上的二次電壓稱為同期電壓。同期電壓的引入方式（即同期電壓小母線的數(shù)目）與同期系統(tǒng)采用的接線方式有關(guān)。v 一、三相接線方式同期電壓的引入v 系統(tǒng)采用三相接線方式，設(shè)置四條同期電壓小母線：即系統(tǒng)電壓小母線620，待并系統(tǒng)電壓小母線L1610、L3610和公用接地小母線L2600。同期裝置從同期電壓小母線L1610、L3610和 L2600引入發(fā)電機的三相電壓和620、L2600引入系統(tǒng)的兩相電壓。在沒有進行并列操作前，除公用接地小母線L2600正常接地外，其余三條小母線均無電壓，只有在并列操作時，才帶有待并斷路器QF1兩側(cè)的二次電壓。同期開關(guān)SS1有“工作（W）”和“斷開” 兩個位置。圖71發(fā)電機

7、出口斷路器三相同期電壓的引入電路v 二、發(fā)電機出口斷路器同期電壓的引入v 圖71為發(fā)電機出口斷路器三相同期電壓的引入電路。v具體接入方法是：將待并發(fā)電機側(cè)的同期電壓，經(jīng)電壓互感器TV1變換后，取其二次側(cè)U、W相電壓，該同期電壓經(jīng)過同期開關(guān)SS12527、SS12123觸點分別引至同期電壓小母線L1610和L3610。系統(tǒng)側(cè)同期電壓取母線電壓互感器TV2的二次U相電壓，該電壓經(jīng)過同期開關(guān)SS11315觸點引至同期電壓小母線620上。再通過同期電壓小母線，把發(fā)電機和系統(tǒng)的同期電壓引至準(zhǔn)同期裝置。（二）雙繞組變壓器三相同期電壓的引入圖72雙繞組變壓器三相同期電壓的引入v（a） 系統(tǒng)圖；（b）轉(zhuǎn)角變接

8、線圖 （a）（b）v 圖72（a）為雙繞組變壓器三相同期電壓的引入電路 圖72雙繞組變壓器三相同期電壓的引入（a） 系統(tǒng)圖；（b）轉(zhuǎn)角變接線圖 （a）（b）v 圖72（a）為雙繞組變壓器三相同期電壓的引入電路，對于具有Y，d11接線的雙繞組變壓器TM，當(dāng)利用高壓側(cè)的斷路器QF2進行并列時，同期電壓分別從其高、低壓側(cè)電壓互感器引接。v 由于變壓器TM高、低側(cè)電壓相位相差330角，即星形Y側(cè)相位超前三角形 d側(cè)330角（相當(dāng)于d側(cè)超前Y側(cè)30角），而高低壓側(cè)電壓互感器TV1與TV2都是Y，y12接線，一、二次側(cè)電壓相位相同。因此，從TM兩側(cè)經(jīng)TV1、TV2到其二次側(cè)的電壓相位也相差30角。同期電壓

9、不能直接采用電壓互感器二次側(cè)的電壓，而必須采用轉(zhuǎn)角變壓器TR對此相位差進行補償。v 常用的轉(zhuǎn)角變壓器TR的接線，如圖72（b）所示。v TR的變比為 ，繞組采用D，y1接線，即星形側(cè)線電壓滯后 三角形側(cè)線電壓30角。v 在本圖中，轉(zhuǎn)角變壓器TR接在變壓器TM低壓側(cè)（d側(cè)）接線組別為D，y1。TR二次側(cè)（y側(cè)）相位滯后一次側(cè)（D側(cè)）30角，這樣一來就消除了相角差。v 具體接線方法是：變壓器TM三角形側(cè)電壓互感器TV1的二次電壓經(jīng)SS12527、 SS12123觸點，分別引至轉(zhuǎn)角小母線L1790、L3790上，即接在轉(zhuǎn)角變TR的三角形繞組側(cè)。在轉(zhuǎn)角變TR星形側(cè)，就可得到與變壓器TM星形側(cè)相位完全相

10、同的同期電壓，再將其引至同期電壓小母線L1610、L2600、L3610上?？梢姡琇1790、L3790平時沒有電壓，只有并列操作需投入TR時，才帶有同期電壓。3100100v 變壓器TM星形側(cè)經(jīng)電壓互感器TV2的二次側(cè)，再經(jīng)同期開關(guān)SS11315觸點引至同期電壓小母線L1620上。這種接線是把變壓器TM的星形側(cè)視為系統(tǒng)，三角形側(cè)視為待并系統(tǒng)。v 由此可知，在三相接線中，除需要設(shè)置四條同期電壓小母線外，還需增設(shè)轉(zhuǎn)角變壓器及轉(zhuǎn)角小母線。v 此外，在具有35kV和110kV電壓等級的發(fā)電廠和變電所中，可能會出現(xiàn)35kV電壓互感器TV二次側(cè)V相接地和110kV電壓互感器TV中性點接地并存的情況。為了

11、實現(xiàn)35kV系統(tǒng)與110kV系統(tǒng)間的同期并列，需在110kV電壓互感器TV二次側(cè)增設(shè)隔離小母線及隔離變壓器，以便110kV中性點直接接地系統(tǒng)的同期電壓經(jīng)隔離小母線及隔離變壓器變換為V相接地。第三節(jié)同期系統(tǒng)的同期測量表計及閉鎖回路v 一、同期測量表計v 通常，頻差表（或兩只頻率表）、壓差表（或兩只電壓表）和同期表統(tǒng)稱為同期測量表計。v同期測量表計有兩種型式：一種是同期小屏，它裝有五只測量儀表，即兩只頻率表、兩只電壓表和一只電磁式（1T1S型）同期表；另一種是組合式同期表（通常采用MZ10型），它包括一只頻差表、只壓差表和一只同期表。v1同期小屏 同期小屏上的五只測量儀表呈對稱布置，以便運行人員觀

12、察比較。裝兩只頻率表的目的，是為了同時顯示系統(tǒng)與待并發(fā)電機的頻率以利比較。如果待并發(fā)電機頻率低于或高于系統(tǒng)頻率，則需要調(diào)整待并發(fā)電機的原動機（汽輪機或水輪機）轉(zhuǎn)速，直至兩側(cè)頻率滿足要求為止。裝兩只電壓表的目的也是為了及時顯示系統(tǒng)與待并發(fā)電機的電壓，如果待并發(fā)電機電壓低于或高于系統(tǒng)電壓，則需要調(diào)整待并發(fā)電機的勵磁電流，至兩側(cè)電壓滿足要求為止。同期表則用來觀察兩側(cè)電壓的相角差。v 2電磁式1T1S型同期表v 電磁式同期表是目前廣泛采用的一種同期表。根據(jù)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場不同，它可分為兩線圈交叉成90和兩線圈交叉成60兩種。v 1T1S型同期表是兩線圈在空間夾角為90的電磁式同期表，其外形及內(nèi)部電路如圖

13、73所示。v 1T1S型同期表的工作原理是以待并發(fā)電機電壓向量為 基準(zhǔn)，并假定其固定在同期點上；而系統(tǒng)電壓向量 相對 而變化，即指針表示系統(tǒng)電壓 向量。v 當(dāng)系統(tǒng)頻率高于待并發(fā)電機頻率時，即 （ ）大于零，指針向逆時針（“慢”）方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)系統(tǒng)頻率低于待并發(fā)電機頻率時，即 小于零，指針向順時針（“快”）方向旋轉(zhuǎn)。v 指針旋轉(zhuǎn)的角頻率為 ，在 等于零的情況下：當(dāng)系統(tǒng)電壓 超前待并發(fā)電機電壓的角度為 時，指針向逆時針（“慢”）的方向偏轉(zhuǎn)角；反之，指針向順時針 （“快”）的方向偏轉(zhuǎn) 角。v3MZ10型組合式同期表 MZ10型組合式同期表是兩線圈在空間夾角為60角的電磁式同期表，外形如圖74所示。WV

14、UVWUWVU（VWUGSffffVWUv MZ10型組合式同期表由電壓差表P1、頻率差表P2和同期表P3組成。按接線方式MZ10型組合式同期表可分為三相式和單相式兩種，其電路圖如圖74所示。v 電壓差表P1的測量機構(gòu)為磁電式微安表。整流電路將待并發(fā)電機和系統(tǒng)的交流電壓變換成直流電流，并流入微安表進行比較。兩個電流相等時，其差值等于零，微安表指針不偏轉(zhuǎn)，即停留在零（水平）位置上；當(dāng)待并發(fā)電機電壓大于系統(tǒng)電壓，即U（UUGUS）大于零時，微安表指針向正方向偏轉(zhuǎn)；反之，指針向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)。v 頻率差表P2的測量機構(gòu)為直流流比計。當(dāng)待并發(fā)電機與系統(tǒng)的頻率相同，即 （ ）等于零時，作用在流比計指針上的總

15、力矩等于零，則指針不偏轉(zhuǎn)，而停留在零（水平）)位置上。當(dāng)待并發(fā)電機頻率大于系統(tǒng)頻率，即 （ ）大于零時，指針向正方向偏轉(zhuǎn)；反之，指針向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)。SGfffffSGfffv 在組合式同期表中，壓差表P1和頻差表P2都是以系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)頻率為基準(zhǔn)的。所以，對于同期表P3，通常也是以系統(tǒng)電壓向量為 基準(zhǔn)，井假定其指向12點鐘時固定不動。待并發(fā)電機電壓向量 相對于 而變化，即指針不再表示系統(tǒng)電壓向量，而是表示待并發(fā)電機電壓向量 。當(dāng)系統(tǒng)頻率高于待并發(fā)電機頻率，即 （ ）小于零時，指針向順時針方向旋轉(zhuǎn)；反之，當(dāng)大于零時，指針向逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 v 指針旋轉(zhuǎn)的角頻率等于 。在 等于零的情況下：當(dāng)系統(tǒng) 超

16、前待并發(fā)電機電壓 的角度為 時，指針向順時針方向偏轉(zhuǎn) 角；反之，指針向逆時針方向偏移 角。VWUVWUVWUWVUfSGfffVWUWVUv 二、閉鎖電路v 在手動準(zhǔn)同期并列操作過程中，為了防止運行人員誤操作而造成非同期并列，同期系統(tǒng)一般采取以下措施。v1同期點斷路器之間應(yīng)相互閉鎖v 為了避免同期電壓回路混亂而引起非同期并列，只有在并列操作的時間內(nèi)，同期電壓小母線才能存在待并斷路器兩側(cè)的同期電壓。為此，每個同期點斷路器均裝有同期開關(guān)，并公用一個可抽出的手柄，此手柄只有在“斷開”位置時才能抽出。以保證在同一時間內(nèi)，只允許對一臺同期點斷路器進行并列操作。v2同期裝置之間應(yīng)相互閉鎖v 發(fā)電廠或變電站

17、可能裝有兩套及以上不同原理構(gòu)成的同期裝置。為了保證在同個時間內(nèi)只投入一套同期裝置，一般通過同期選擇開關(guān)（即手動準(zhǔn)同期開關(guān)SSM1、自動準(zhǔn)同期開關(guān)SSA1和自同期開關(guān)SSA2）來實現(xiàn)，并公用一個可抽出的手柄。v3手動調(diào)頻（或調(diào)壓）與自動均頻（或均壓）回路應(yīng)相互閉鎖v（1）在待并發(fā)電機控制屏上手動調(diào)頻（或調(diào)壓）時，應(yīng)切除集中同期屏上的手動調(diào)頻（或調(diào)壓）回路。 v（2）手動調(diào)頻（或凋壓）時，應(yīng)切除自動均頻（或均壓）回路。圖7 （3）自動調(diào)頻（或調(diào)壓）裝置和集中同期屏上的手動調(diào)頻（或調(diào)壓）裝置，每次只允許對一臺發(fā)電機進行調(diào)頻（或調(diào)壓）。圖75同期檢查繼電器的交、直流回路（a）交流回路；（b）直流回路a

18、）b）v4閉鎖繼電器v 為了防止在不允許的相角差下誤合閘，通常在手動準(zhǔn)同期合閘回路中裝設(shè)閉鎖誤合閘的同期檢查繼電器。同期檢查繼電器KY的交、直流電路如圖75所示。v（1）交流回路。v 同期檢查繼電器平時不工作，SSM1處于“斷開”位置，只有在手動準(zhǔn)同期時將SSM1置于“精確”位置，KY才接于運行系統(tǒng)電壓 （或） 和待并系統(tǒng)電壓 （或） 上。全廠（所）公用一只同期檢查繼電器。v（2）直流回路。v 在同期合閘小母線M721和M722之間串接同期檢查繼電器KY的常閉觸點。當(dāng)運行系統(tǒng)與待并發(fā)電機電壓的相角差大于KY的動作整定值時，其常閉觸點斷開，不允許發(fā)出合閘脈沖，這就防止了在允許相差角范圍之外斷路器

19、誤合閘。圖中，SSM為手動解除開關(guān)，平時此開關(guān)觸點是斷開的，在不需要同期操作的情況下，如系統(tǒng)無壓或電廠停發(fā)系統(tǒng)倒供廠用電等情況，將SSM投入；SSM13觸點短接KY觸點，就解除了同期閉鎖，同時只要將SSM置于“精確”位置，斷路器就能合閘。VWUVUUWVUUVU第四節(jié)手動準(zhǔn)同期裝置 手動準(zhǔn)同期裝置由同期測量表計和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)組成，它的任務(wù)是：v （1）利用頻差表（或兩只頻率表）檢測系統(tǒng)與待并發(fā)電機的頻率差，并利用調(diào)速（或調(diào)頻）開關(guān)，人為地調(diào)整待并發(fā)電機的頻率，使其向系統(tǒng)頻率靠攏。v （2）利用壓差表（或兩只電壓表）檢測系統(tǒng)與待并發(fā)電機的電壓差，并通過調(diào)整發(fā)電機的勵磁來調(diào)整待并發(fā)電機的電壓，使

20、其向系統(tǒng)電壓靠攏。v （3）運行人員根據(jù)頻差表和壓差表的指示，判別頻差和壓差是否滿足準(zhǔn)同期并列條件。當(dāng)滿足時，再根據(jù)同期表的指示，選擇合適的超前時間（此超前時間約等于斷路器的合閘時間）發(fā)出合閘脈沖，以保證斷路器合閘時，兩側(cè)電壓間的相角差等于零或控制在允許范圍內(nèi)。v 手動準(zhǔn)同期分為分散手動準(zhǔn)同期和集中手動準(zhǔn)同期兩種方式。v 一、集中手動準(zhǔn)同期v 集中手動準(zhǔn)同期方式是將同期測量表計和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)都集中布置在一塊屏（稱之為集中同期屏）上，各同期點的并列操作均在集中同期屏上進行，即此屏能對任一臺待并發(fā)電機進行調(diào)速（有的也能調(diào)壓）和并列操作。v 圖76為集中手動準(zhǔn)同期電路。圖中M721、M722、M7

21、23為公用同期合閘小母線；M717、M718為公用自動調(diào)速小母線；SSM1為手動準(zhǔn)同期開關(guān)，型號為LW2H2，2，2，2，2，2，2，2F78X，其觸點圖表見表71； 表71LW2H2，2，2，2，2，2，2，2/F78X觸點表 SSM為解除手動準(zhǔn)同期開關(guān)，型號為LW2H1，1F7X型；v P為MZ10型單相組合同期表；v KY為DT1B200型同期檢查繼電器；v SB為LA220型集中同期合閘按鈕；v SM為LW42A23型集中調(diào)速開關(guān)；v SM1為調(diào)速方式選擇開關(guān)；v SM2為分散同期調(diào)速開關(guān)； v M為調(diào)速伺服電機。 1. 組合同期表測量電路，見圖76（a）v 組合同期表P由電壓差表P1

22、、頻率差表P2和同期表P3組成，有單相式和三相式之分，本圖為單相式。平時SSM1在“斷開”位置，將P退出。在進行手動準(zhǔn)同期并列之時，先將SSM1置“粗略”位置，其偶數(shù)觸點接通（見表71），將P中的電壓差表P1、頻率差表P2，投入到同期電壓小母線上。當(dāng)待并系統(tǒng)的電壓和頻率調(diào)至滿足并列條件時，將SSM1置于“精確”位置，其奇數(shù)觸點接通，將P中的電壓差表P1，頻率差表P2和同期表P3，都投入到同期電壓小母線上。當(dāng)P3的指針指向中點，快要到達同期點之前的某一個整定的超前相角時，通過操作SB合閘按鈕發(fā)出合閘脈沖，將待并發(fā)電機并入系統(tǒng)。v 2待并發(fā)電機調(diào)速電路，見圖76（b）v 發(fā)電機調(diào)速有集中和分散兩種

23、方式：v 若在中控室集中同期屏進行并列操作，把SM1置于“集中”位置，其觸點1012接通。而分散調(diào)速開關(guān)SM2置于“斷開”位置，其觸點1314、1516接通，將伺服電機M的繞組分別接到自動調(diào)速小母線M717、M718上。這時在集中同期屏上，操作集中調(diào)速開關(guān)SM就可以調(diào)整原動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)頻率的增減。其動作回路是十700SM12M717SM124SM21314M增速繞組SM11012700接通，伺服電機 M正轉(zhuǎn)，使原動機增速；當(dāng)回路十700SM34M718SM168SM21516M減速繞組SM11012700接通時，M反轉(zhuǎn)，原動機減速。v 若在主廠房機旁屏上進行分散調(diào)速時，將SM1置“分散”位置

24、，其觸點10-12斷開。這時在機旁屏上操作SM2實現(xiàn)原動機的調(diào)速，增速回路是十700SM278M增速繞組SM234700；減速回路是十700SM2910M減速繞組SM234700。兩回路實現(xiàn)了M正、反轉(zhuǎn)，達到了調(diào)整原動機速度（頻率）的目的。v 3同期斷路器合閘電路，圖76（c）v 選擇好同期點斷路器，將該斷路器上的同期開關(guān)SS投入“工作（W）位置，SS13、SS57觸點接通。當(dāng)待并系統(tǒng)的電壓差、頻率差滿足并列要求時，將手動準(zhǔn)同期開關(guān)SSM1從“粗略”切換到“精確”位置， SSM12931觸點接通，v 若采用集中手動準(zhǔn)同期方式并列時，則斷路器控制開關(guān)SA處在“跳閘后”位置，SA24觸點接通，此時只要同期檢查繼電器KY的常閉觸點在閉合的情況下，按下集中同期合閘按扭SB，則回路正電源SS13M721SSM12931KYM722SBM723SA24SS57KCFQF常閉觸點KM負(fù)電源形成通路，KM帶電，起動合閘線圈使斷路器合閘。v 此外，圖中ASA為自動準(zhǔn)同期