同期系统介绍

第7章同期系统教学目的：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；复习旧课：掌握信号回路的类型、信号回路的基本要求、中央事故信号系统、由ZC－23型冲击继电器构成的中央预告信号电路、由JC－2型冲击继电器构成的中央预告信号电路及交流系统装置；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；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；引入新课：第一节概述众所周知，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。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系统。本章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。一、同期的条件两个独立的电源并列运行在一起，必须具备下列条件：（1）电压（大小）相等。（2）频率相同。（3）电压的相位角差不超过允许值。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同期并列的方法分自同期并列和准同期并列两种。1．自同期并列自同期并列，是将待并发电机转速升至接近同期转速（正常并列时转差率S等于±（1~2）％；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。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式中待并发电机纵轴次暂态电抗；sdsxxUIdX——电力系统归算后的等值电抗；——电力系统归算后的电压。总之，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。因此，有关规程规定：对于单机容量在100MW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；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。sXsU2．准同期并列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。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，而造成非同期并列。但是由于并列时冲击电流较小，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。三、同期点及同期方式的设置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：（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。（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。（3）自耦变压器或三绕组变压器的三侧断路器都是同期点。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。（4）系统联络线的线路断路器都是同期点。（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。（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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）与同期系统采用的接线方式有关。一、三相接线方式同期电压的引入图7－1发电机出口断路器三相同期电压的引入电路图7－1发电机出口断路器三相同期电压的引入电路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L1－610、L3－610和公用接地小母线L2－600。同期装置从同期电压小母线L1－610、L3－610和L2－600引入发电机的三相电压和－620、L2－600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L2－600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。（一）发电机出口断路器同期电压的引入图7－1为发电机出口断路器三相同期电压的引入电路。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SS125－27、SS121－23触点分别引至同期电压小母线L1－610和L3－610。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SS113－15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7－2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）图7－2（a）为双绕组变压器三相同期电压的引入电图7－2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）图7－2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）图7－2（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。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。常用的转角变压器TR的接线，如图8－2（b）所示。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。在本图中，TR接在TM低压侧（d侧）接组别为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。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SS125－27、SS121－23触点，分别引至转角小母线L1－790、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TM星形侧相位完全相同的同期电压，再将其引至同期电压小母线L1－610、L2－600、L3－610上。可见，L1－790、L3－790平时没有电压，只有并列操作需投入TR时，才带有同期电压。3100100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L1’－620上。这种接线是把TM的星形侧视为系统，三角形侧视为待并系统。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。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TV二次侧V相接地和中性点接地并存的情况。为了实现35kV系统与110kV系统间的同期并列，需增设隔离小母线及隔离变压器，以便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一、同期测量表计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。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（1T1—S型）同期表；另一种是组合式同期表（通常采用MZ—10型），它包括一只频差表、—只压差表和一只同期表。1．同期小屏图7－31T1－S型同期表外形及内部电路（a）外形；（b）电路图同期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。2．电磁式1T1－S型同期表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。1T1—S型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7—3所示。1T1—S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。当系统频率高于待并发电机频率，即（）大于零时，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，即小于零时，指针向顺时针（“快”）方向旋转。指针旋转的角频率等于队。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3．MZ－10型组合式同期表图7－4MZ－10型组合式同期表外形图MZ－10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7－4所示。WVUVWU'WVU（''VWUGSfffffVWU'3．MZ－10型组合式同期表图7－4MZ－10型组合式同期表外形图MZ－10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7－4所示。MZ－10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MZ－10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7－4所示。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ΔU（ΔU＝UG－US）大于零时，微安表指针向正方向偏转；反之，指针向负方向偏转。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。fSGffffSGfff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。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。VWU'WVUVWU'WVUfSGfff