电力系统同期装置完整经典版(王万中版)

电力系统同期装置完整经典版王万中编2014/12/28择要：电力系统中的负荷是随机变化的，为保证电能质量，并满足安全和经济运行的要求，需要经常将发电机投入或退出运行，把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，（这种将发动机调节到符合并列条件的过程，称为整步、同步、同期过程；将发电机调节到符合并列条件时，称发电机达到整步、同步、同期状态；将发电机投入电网运行称为并网、并列或并车）在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列运行，这样的操作成为并列操作。

把电力系统中正常运行的或已发生故障的发电机从系统中退出系统的操作成为同步发电机的解列操作。

某些情况下还需要将已经解列为两部分运行的系统进行并列，同样也必须满足并列运行的条件才能进行开关操作。

这种操作也是并列操作，（或者称为系统并列）其并列操作的基本原理与发电机并列相同，但调节比较复杂，且实现的具体方式有一定的差别。

这里所谓的并列运行是指同步发电机的转子以相同的电角速度旋转，每个发电机转子的相对电角速度都在允许的极限值以内。

一般来说，发电机在没有并入电网以前，与系统中的其他发电机是不同步的。

在发电厂内，凡是可以进行并列操作的断路器都称为发电厂的同步点。

通常发电机出口断路器都是同步点，发电机—变压器组用高压侧断路器作为同步点，双绕组变压器用低压侧断路器作为同步点，母联断路器、旁路断路器都应设为同步点。

如下图（1）主接线图中，凡是标记*号的断路器均为同步点。

同步点的设置需要考虑系统、发电厂、变电所在各种运行方式下操作的灵活方便，同时也应考虑并列操作过程中调节的可能性。

在发电厂，并列操作比较频繁，在实施并列过程中可直接调节发电机的同期参数。

一般同期点应装设带非同期闭锁的手动准同期装置和自动准同期装置；在水电厂，出料装设以上两种准同期装置以外，还应装自动自同期装置。

在双电源变电站，一般支装设带非同期闭锁的手动准同期装置。

一：同步发电机并列操作的方法在电力系统中同步并列的方法有准同步并列和自同步并列两种：准同步（同期）和自同步（同期）；所谓“准”就是在程度上虽不完全满足某种事物的条件要求，但是可以当做满足条件的该事物来看待。

（有的教材称准同步为准确同步，起始这种说法是不准确滴）（1）准同步（同期）并列：先给待并列发电机加上励磁，使发电机建立电压，然后调整发电机的电压和频率，在接近同步条件时，合上断路器，将发电机并入电网。

然后系统将发电机拉入到完全同步状态。

这种并列方法就成为准同步（同期）并列。

（因为是在接近同步（同期）条件而没有完全达到同步条件时完成的）。

若整个过程是人工完成的就成为手动准（同步）同期，若是设备自动完成的就成为自动准同期。

准同期并列的优点是并列时产生的冲击电流小，不会使系统电压降低，并列后容易拉入同步，因而在系统中广泛应用。

（2）自同期（同步）并列：自同期并列的操作是将未加励磁的发电机的转速升到接近额定转速，首先投入断路器，然后立即合上励磁开关供给励磁电流，随即将发电机拉入同步。

这里要必须注意的是：在发电机投入电网时，发电机励磁绕组不应开路，以免绕组中产生感应高压；但是也不能短路，否则合闸时定子就会产生很大的冲击电流。

因为这是就相当于异步电机空载直接启动。

通常利用灭磁电阻接入励磁回路，作为发动机投入电网时的限流电阻。

这相当于异步电机转子绕组串电阻启动。

《电机原理和应用》P226自同期（同步）并列的主要优点是操作简单，速度快，在系统发生故障，频率波动较大时，发电机组仍能进行并列操作并迅速投入电网运行，可以避免系统故障扩大，有利于处理系统事故。

但是在合闸瞬间发电机定子吸收大量无功功率，导致合闸瞬间系统电压下降较多。

因此GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》规定：“在正常情况下，同步发电机的并列应采用准同期方式；在故障情况下，水轮发电机可以采用自同期方式。

二：准同期（同步）并列条件分析（一）准同步并列的理想条件：要使一台发电机以准同步方式并入系统，进行并列操作的最理想状态是：在并列断路器主触头闭合的瞬间，断路器两侧的电压相序相同，大小完全相等，频率完全相等，相角差为零。

即：（1）发电机电压相序与系统电压相序必须相同；（2）待并发电机电压与系统电压相等；（3）合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位之间相同，也即二者之间相角差为零；（4）待并发电机频率与系统频率相等；符合上述4个理想条件时，合闸瞬间冲击电流为零，待并发电机不受任何冲击，并列后发电机立即与系统同步。

事实上同时完全满足上述条件是不可能的。

事实上也没有必要。

只要并列时冲击电流较小，不会危机设备安全，发电机并入系统拉入同步的过程中，对待并发电机和系统影响较小，不致引起不良后果，并列操作还是允许的。

实际运行中对上述条件允许有一定的偏差，但是差值一定要控制在一定的允许范围内。

（二）非理想状态下准同步的各个条件对同步过程的影响分析发电机并列前处于空载运行状态，设转子电流I f产生磁链Ψfd, Ψfd所产生的电动势即为发电机的端电压UG,其向量图如下图—xx假设在合闸瞬间系统电压U S和机端电压U G的相位差为θ时同步电机空载的时时空矢量图同步电机并网时时机端、系统电压相量图那么在交轴方向上的电压差分量为U G-U S cosθ因相应的磁链作用在直轴方向，（查电机学搞清楚作用机理），假设系统容量为无限大（注意为什么要这样假设），其电抗值为Xd＂,这样冲击电流周期分量有效值为：在直轴方向上的电压差分量其相应磁链作用在交轴方向，其大小为：所以，总的冲击电流为上述两部分电流的相量和，其冲击电流周期分量的有效值为：（公式）由上式可见，在系统并列瞬间除相角θ=0和U G=U S以外的条件下，其他情况都会产生冲击电流。

1.相序不同时的情况：2.同期点两侧电压不同时的情况：发电机同步时如果同期点两侧频率相等fg=fs，相差为零θ=0，而电压有效值不等，即U G≠U S，根据上面公式（1）可得：（公式）此时主要考虑冲击电流的电动力对发电机组绕组的影响。

电动力较大时有可能引起发电机绕组端部的变形。

3.相角差值的影响如电压幅值相等，U G=U S=U，频率相等f G=f S而相角差θ≠0，即合闸瞬间存在相角差θ，由公式（1）可知：（公式-3）***(该式子还有问题)（半角公式这时冲击电流既有有功分量也有无功分量，主要为有功电流，发电机突然发出的功率输出，使机组的联轴器受到突然冲击，这对机组转子轴系列运行非常有害。

当φ=180°时。

冲击电流达到最大值，如果此时误合闸，极大的冲击电流可能毁坏发电机。

从控制冲击电流的角度出发，应控制并列瞬间两侧的电压差和相位差。

为保证在断路器主触头闭合瞬间相角差为零，即φ=0°。

考虑到并列操作断路器存在合闸时间，自动准同期装置应该超前φ=0°时刻一个固定时间（等于断路器合闸时间大约0.5-0.8s）发出合闸脉冲。

有的资料把这个时间称为导前时间。

4.频率差值的影响当U G＝U S和fg≠fs时，待并发电机与系统的电压向量如图-*图-*断路器两侧电压为脉振变化，脉振电压Ud的大小为：Ud＝式中：---发电机侧电压幅值---系统侧电压幅值---发电机角频率---系统角频率---发电机初相角---系统初相角假设断路器两侧初相角均为0，两侧电压幅值相等；则有定义为脉振电压的幅值（其大小是按正弦规律随时间变化的正弦量），断路器两侧差压Ud的波形就是一个幅值为Udm （按正弦规律）变化的；频率接近于工频的正弦量。

断路器两侧电压的频率差称之为滑差。

滑差角频率ωd为两侧电压相角差为：1.转角变压器向量图解一、Y,d11接线组别的变压器向量图：二、Y，d5接线组别的变压器向量图：三、D，y3接线组别的变压器向量图：转角变是由3只单相，100：57.7V的变压器组合而成，如果主变是Y，d11接法,转角变可以安装在系统侧也可以安装在待并侧,如果转角变安装在系统侧,则转角变的接法为Y，d11,即,转角变的输入即星形侧为A、B、C、N，而转角变输出（三角形侧）的A、B用于同期电压与待并侧PT的A、B进行比较。

因为转角变的输入侧为星形接法，所以每一相绕组的电压就是相电压57.7V，而输出为三角形接法，所以输出端每一相绕组为线电压即100V，所以转角变当中的每一只变压器变比一定是100/57.7V或57.7/100V,而不会是100/100V。

现在的微机自动准同期装置一般都有自动转角功能，可以设置为超前30度或滞后30度，所以没有必要采用转角变，有的电厂要加一套手动的同期装置,如果采用老式的同步表MZ-10因为没有转角功能所以在主变为Y，d11接法时也必须采用转角变.不过现在有一种微机型同步表(深圳智能公司生产SID-2SL)也可以进行转角,如果采用这种同步表的话也没有必要采用转角变了《转角变压器》转角变是由3只单相，100：57.7V的变压器组合而成，如果主变是Y，d11接法,转角变可以安装在系统侧也可以安装在待并侧,如果转角变安装在系统侧,则转角变的接法为Y，d11,即,转角变的输入即星形侧为A、B、C、N，而转角变输出（三角形侧）的A、B用于同期电压与待并侧PT的A、B 进行比较。

因为转角变的输入侧为星形接法，所以每一相绕组的电压就是相电压57.7V，而输出为三角形接法，所以输出端每一相绕组为线电压即100V，所以转角变当中的每一只变压器变比一定是100/57.7V或57.7/100V,而不会是100/100V。

现在的微机自动准同期装置一般都有自动转角功能，可以设置为超前30度或滞后30度，所以没有必要采用转角变，有的电厂要加一套手动的同期装置,如果采用老式的同步表MZ-10因为没有转角功能所以在主变为Y，d11接法时也必须采用转角变.不过现在有一种微机型同步表(深圳智能公司生产SID-2SL) 也可以进行转角,如果采用这种同步表的话也没有必要采用转角变了。

转角变压器主要用在主变压器的同期上，它必须是三相的。

使用转角变压器的目的就是为节省一组高压互感器。

由于变压器高、低压侧同相之间角度是固定的，所以采用转角变压器。

转角变压器的接线组别是由运行系统和待并系统间主变压器的接线组别决定，它们的接线组别是一样的。

由于同期比较时取得是线电压（AB、BC）被转角侧是相电压，所以转角变压器有一端电压应该是57.7V，输出是100V，这样角度和电压就都合适，可以比较了。

《BT—1B同步检查继电器原理、调试及整组试验》BT—1B同步检查继电器由两个电压互感器YH1和YH2及整流滤波回路、触发器、干簧继电器等环节组成。

原理接线如下图（1）：两个交流电压分别加在电压互感器YH1、YH2的两个一次绕组上，其二次绕组反极性连接，经整流滤波后，送往比较触发器。