经典之-发电机同期并列原理详解

第六章 同期系统 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
第六章
同期系统
将一台单独运行的发电机投入到运行中的电力系统参加并列运行的操作， 称为发电机的并列操作。同步发电机的并列操作， 必须按照准同期方法或自同 期方法进行。否则， 盲目地将发电机并入系统， 将会出现冲击电流， 引起系统振 荡， 甚至会发生事故、 造成设备损坏。 准同期并列操作， 就是将待并发电机升至额定转速和额定电压后， 满足以下 四项准同期条件时， 操作同期点断路器合闸， 使发电机并网。 发电机电压相序与系统电压相序相同； （ !） （"） 发电机电压与并列点系统电压相等； （#） 发电机的频率与系统的频率基本相等； （$） 合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。 自同期并列操作， 就是将发电机升速至额定转速后， 在未加励磁的情况下合 闸， 将发电机并入系统， 随即供给励磁电流， 由系统将发电机拉入同步。 自同期一般只需要几分钟就能完成， 在系统 自同期法的优点： !合闸迅速， 急需增加功率的事故情况下， 对系统稳定具有特别重要的意义； 易 " 操作简便， 于实现操作自动化。因为在发电机未加励磁电流时合闸并网， 不存在准同期条 件的限制， 不存在准同期法可能出现的问题； #在系统电压和频率因故降低至不 能使用难同期法并列操作时， 自同期方法将发电机投入系统提供了可能性。 自同期法的缺点是： 未加励磁的发电机合闸并入系统瞬间， 相当一个大容量 的电感线圈接入系统， 必然会产生冲击电流， 导致局部系统电压瞬间下降。一般 自同期法使用于水轮发电机及发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机。在采 用自同期法实施并列前， 应经计算核对。 发电厂发电机的并列操作断路器， 称为同期点。除了发电机的出口断路器 之外在一次电路中， 凡有可能与发电机主回路串联后与系统 （或另一电源） 之间 构成唯一断路点的断路器， 均可作为同期点。例如， 发电机—变压器组的高压侧 断路器， 发电机—三绕组变压器组的各侧断路器， 高压母线联络断路器及旁路断 — #"! —
第二节
发电厂准同期回路
发电厂的准同期装置为全厂各同期点的共用设备， 其典型接线如图 % & * 所 示。图 % & （ 中下部的同期小母线为同期电压过渡导线， 只有在使用同期装 * ,） 置时， 此小母线上才有同期电压。图 % & （ 左侧是同期电压引入回路， 中间虚 * ,） 线框内为手动准同期用单相组合式同步表， 右侧虚线框内为自动准同期装置 （--. & / 型） 。 发电厂的电气设备安装结束后， 一般设备线路位置不再变动； 汽轮机 （或水 轮机） 的转动方向也是固定的， 所以投产后的母线路相序是不会改变的， 一般只 需在第一次并网前测量同期点两侧电压相序。手动准同期和自动准同期可不再 考虑相序条件。 发电机准同期并列有三种操作方法： 分散式手动准同期、 自动准同期及集中 式手动准同期。本节仅讲述前两种操作方法。集中式手动准同期操作方法在本 书第七章第一节另有讲述。
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图!"#
发电机并列示意图
（ $） 主电路； （ %） （ )） 滑差电压 &* 波形 &’、 &( 波形；
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路器， 都可作为同期点。在同期点应装设准同期装置。对于电压在 !!"#$ 以上 的联络线路的断路器， 除装设准同期装置外， 其重合闸装置应具有检查无压、 检 查同期的功能。 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， 除了装设以上两种准同期装置之外， 还应装设自动自同期装置。对于 双电源的变电站， 一般只装设带非同期闭锁的手动准同期装置。
第一节
同步发电机准同期并列原理
发电机并列主电路示意图见图 % & ! （ ’） 。 (! 为待并发电机， 当同期点断路 器 )*! 合闸使发电机 (! 并网后， 如果断路器 )*+ 跳闸， )*+ 两侧为不同系统的 电源， 也必须按照准同期条件合闸。图 % & ! 为待并发电机电压与系统电压波形 图； 图 %&（ 为滑差电压波形图。图中系统电压瞬时值为 ! ,） （! -. / 0.1 .23 .4 5" 6.） 待并发电机电压瞬时值为 （! -7 / 071 .23 7 4 5" 67） 式中 发电机电压幅值； 0.1、 071—系统电压、 发电机电压的初相角； 6.、 67 —系统电压、 " " 发电机电压的电角速度。 ! ! .、 7 —系统电压、 系统电压与发电机电压瞬时值之差为滑差电压瞬时值 -8。 -8 / -. & -7。设 初相角均为零， 即! 则有 0.1 / 071 / 01， ! 6. / ! 67 / "9， 8 /! . &! 7， （! （! -8 / -. & -7 / 0.1 .23 & 071 .23 .4 5" 6.） 7 4 5" 67） / 01 .23 ! ! . 4 & 01 .23 74 ! ! ! : 5! 7 / +01 .23 ! 4 / 081,6. ! 8 4,6. （ . 5! 7） + + + 也可用几何方法以 -. 瞬时值减 -7 的瞬时值得到 -8 的波形 ［如图 % & （ ］ 。 ! ,） ! 8 滑差电压 -8 是一个角速度为 （! 、 幅值为 +01 .23 ! 4 作正弦变化的电压。 . 5! 7） + + 滑差电压幅值的变化规律为 — #"! —
# &*+ , -.+ ’/0 ! 1 - * 由于在并网之前系统频率与待并发电机频率不相等 .’ 与 .( 之间的相角差 &* 的幅值也由小到大随之变 ", ! "以 2 3 #为周期而变化， * 1 随时间 1 而变化。 化。当", 2 时， 当",#时， 滑差电压达最大值 &*+ , -.+。 &* , 2； "从零至 #的 时间， 即相邻滑差电压幅值为零点之间的时间， 即为滑差电压 &* 的周期 4*。 滑差电压幅值的零点， 表示 &( 与 &’ 之间相角差为零， 4* 的长短又反映两电 压频差的大小， 所以准同期可利用滑差电压包络线波形变化， 来实现准同期合 闸。手动准同期和自动准同期的目的， 均为检查发电机电压与系统电压之间的 电压差、 频率差以及电压相角差， 当电压差和频率差满足要求时， 以提前时间 156 发出合闸命令， 使并列断路器主触头在电压相角差为零的瞬间合闸， 实现发电机 平稳并入系统。 由于断路器的合闸机构为机械操动机构， 从接受合闸命令到断路器主触头 所以必须以提前时间 156 发出合 闭合之间要经一定时间， 此时间约为 2 7 8 3 2 7 9’， 闸命令。 如前所述， 同步发电机按照准同期法并网， 必须同时满足准同期四项条件。 — !"! —
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其中， 待并发电机的电压相序和电压数值， 比较容易满足要求； 而频率绝对相等 （ !" # !$） 是不可能的。因为发电机的转子是由动力机械 （如汽轮机） 带动的， 在并 网之前， 它的转速不可能稳定保持额定转速， 而总是有微小的反复变动， 机端电 压的频率， 也就不可能长时间保持与系统频率相等。正是由于电压频率的微小 （ (） 中)和* ， 才能实 变动， 两侧电压相位随之变化， 才产生同期点 ［图 % & ’ ! 点］ 现在四项同期条件同时满足时刻断路器主触头接通， 使发电机平稳并网。从图 正是由于待并发电机转速不稳定， 才能给同期并列创造条件。 % & ’ 不难看出， 如果待并发电机转速长时间保持恒定， 使同期点两侧电压的频率保持绝对相等， 那么 +$ 与 +" 之间相角差相对静止， 就不可能出现同期点， 也就不可能实现准同 期并列。
（!） 投入发电机的励磁系统， 调节励磁电流使发电机端电压逐渐升至额定 值。 （"） 合上发电机出线刀闸 !#$ （ 或 "#$） ， 投入同期开关 !$%$。此时， !$%$ 上 下对应单数号码触点接通， （!&’） 之 ( 相电压经 !$%$ 触点 ) ! 母线电压互感器 发电机端电压互感器 （ &’） 之 ( 相电压经 !$%$ 触点 * !! 送至同期小母线 +,$(； !- * !. 送至同期小母线 +$&(。 （-） 将同期闭锁开关 $%/ 投向 “闭锁” 位置， 此时 $%/ 触点 ! * - 断开。手动 同期开关 !$%$0 投向 “粗调” 位置， 此时 !$%$0 之 - * 1、 2 * 3、 !! * !" 触点接通， 同期电压表和频率表均接入电压 4’!、 45! 分别指示待并发电机电压和频率； 所以在 4’" 、 45" 分别指示系统电压和频率。由于 !$%$0 触点 !- * !1 触点断开， “粗调” 位置时同步表 4$ 不旋转。同期继电器 6$7 两线圈均无外加电压， 其动断 触点闭合。但因 !$%$0 触点 ". * "8 断开， 合闸小母线 !+$0 与 "+$0 之间不会 接通。 根据电压表的指示， 用待并发电机的无功调节把手调整待并发电机的电 （1） 压， 使之与系统电压相等； 根据频率表的指示， 用待并发电机的有功调节把手调 整发电机的频率， 使之与系统频率基本相等。 （.） 将 !$%$0 投向 “细调” 位置， 其触点 ! * "、 . * 8、 ) * !9、 !2 * !3、 "8 * ".、 !同期检查继电器 6$7 两线圈分别接入 * !1 接通。此时同步表 4$ 表开始旋转， 再对发电机 系统电压和发电机电压。根据同步表 4$ 表指针旋转的速度和方向， 进行细调， 达到同步表 4$ 表指针顺时针缓慢旋转时， 将 !#5 的控制开关 !$%0 投向 “预备合闸” 位置其绿色位置指示灯闪亮。待同步表 4$ 表指针接近同期点 迅速将 !$%0 转至 “合闸” 位置并保持约 "$， 再放开手 时刻， 6$7 动断触点闭合， 柄， 使其自动复位， 其触点 . * 3 接通， 若 "$ 后又断开， 其红色位置 !#5 会闭后， 指示灯稳亮。 在同步表指针接近同期点时发出合闸命令， 是为满足提前时间的需要。同 步表 4$ 表指针顺时针旋转， 表明发电机频率略高于系统频率。这样， 发电机并 网后可立即向系统输送少量有功负荷， 以利于发电机进入同步。 发电机并网后， 将 !$%$、 “退出” 位置。至此， 手动同期装置退 （8） !$%$0 转至 出， 并网操作结束。 — "!! —