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第一章 同步系统综述 发电厂中，发电机组的投人运行操作是经常进行的操作。在系统正常运行时，随着负荷的增加，要求备用发电机迅速投入系统，以满足用户用电量增长的要求；在系统发生事故时，会失去部分电源，要求将备用机组快速投入电力系统制止系统崩溃。这些情况均要进行同步操作，将发电机组安全可靠、准确快速地投入，确保系统的可靠、经济运行和发电机的安全。 在变电所或发电厂网控室中，同步操作可解决系统中分开运行的线路断路器正确投人的问题，实现系统并列运行，以提高系统的稳定、可靠运行及线路负荷的合理、经济分配。 同步操作是发电厂、变电所中重要的操作，但目前忽视同步操作重要性的情况还较普遍，主要表现在： （1）对采用手动同步方式和老式不良的同步装置，给系统及发电机的安全所带来的危害认识不足，有些人错误地认为只要能把发电机并上电网就可以了，认为同步时机组的猛烈震动是正常的并网表现。 （2）同步操作时，对发电机与系统电压间存在一定的相角差下并网无所谓，以为在合闸回路中串进同步检查继电器触点就万无一失了。 （3）认为把待并发电机对系统的电压差和频率差调节得越小越好，把这看成是限制并网时冲击电流的最好措施，花多少时间去调节电压和转速、延长并网时间在所不惜。 （4）忽视线路断路器的同步分析。在设计上只设手动准同步操作方式或设同步检查继电器，没有意识到在一个系统两部分的联络线上，还有同频并网的问题，更没有考虑到在大功角下合闸所带来的后果。 （5）不认真评价一个自动准同步装置的主要技术指标及性能，不清楚如何更好地满足同步的要求。 以上的片面或错误的认识，带来以下不良的后果： （1）大的相角差并网使发电机的绕组、轴承、联轴器等受到严重的累积损伤，使机组寿命大大缩短。 （2）消耗大量的时间，对电压差和频率差过分精细调节，不仅不能及时地将发电机投人电网去带负荷，而且带来极大的空转能耗浪费。 （3）不考虑功角、压差的同频合环操作，可能造成系统继电保护误动作甚至造成系统振荡。 因此，认识同步操作的重要性，研究同步过程中的理论及采用新型的自动准同步装置是非常必要的。 第一节 同步系统的原理和分类 电力系统中，同步方法可分为准同步和自同步两种方式。 一、准同步方式 准同步方式是将待并发电机在投人系统前通过调节器调节原动机转速，使发电机转接近同步转速。通过励磁调整装置调节发电机励磁电流，使发电机端电压接近系统电压，在同步条件中的频差及压差满足给定值时，选择在零相角差到来前的合适时刻合上断路器，断路器触点闭合瞬间引起的冲击电流小于允许值，发电机迅速被拉入同步运行。 准同步并列的电压相量分析如图1所示。 图1准同步方式的电压相量分析 （a）电路示意图；（b）相量图 同步并列前的断路器两侧的电压为： 同步并列前的断路器两侧的电压为： 发电机侧电压UG＝UGmsin（ωG t十φ0G） 系统侧电压 US＝ USmsin（ωSt十φ0S） 上两式中UGm一待并发电机的电压幅值； USm一运行系统的电压幅值； UG一断路器待并发电机侧的电压； US一断路器运行系统侧的电压； ωG一待并发电机的角频率； ωS一运行系统的角频率； φ0G一待并发电机电压的初相角； φ0S一运行系统电压的初相角。 由图1的电压相量分析可知，断路器并列的理想条件为： (1)两电压幅值相等，即UGm=USm (2)两电压角频率相等，即ωG=ωS，或两电压频率相等，即fG=fS； (3)合闸瞬间的相角差为零，即中φ=0°。 如果能同时满足上述三个条件，意味着断路器 QF两侧的电压相量重合且无相对运动，此时电压差Ud＝0，冲击电流等于零，发电机与系统立即同步运行，不发生任何扰动。应该指出，如真的出现ωG=ωS，两电压相对静止，无法实现φ=0°,故上述角频率相等的条件应表述为角频率相近。 现将准同步的各个条件对同步过程的影响分析如下： （一）电压差值 发电机同步时的电压相量图如图1-2所示。 如频率相等 fG=fS φ=0° 而两电压有效值不等，即 UG = US 电压差U 则产生冲击电流的有效值为 一（G 一“S －IP Xr。十X，＋X。 式中X”。一发电机纵轴次暂态电抗； X。一线路电抗； Xs一等值