敎学目的:了解同步的基本概念自动准同步装置的构成 教学目的:了解同步的基本概念，自动准同步装置的构成 及作用并列操作基本要求、方法及特点， 及作用并列操作基本要求、方法及特点，同步点设置及 分类掌握准同步并列条件分析； 分类。掌握准同步并列条件分析；线性整步电压特点及导 前时间获得原理、频差检测原理、频差方向鉴别原理、 前时间获得原理、频差检测原理、频差方向鉴别原理、壓 差大小和方向鉴别原理；微机自动准同步并列装置的特点、 差大小和方向鉴别原理；微机自动准同步并列装置的特点、 构成原理 构成原理。

准同步并列条件分析 本章重点 自动准同步装置原理 微机自动准同步并列装置

第一节 并列操作简述 一、电力系统并列操作的意义

将同步发电机投入电力 系统并列运行的操作

（1）并列瞬间发电机的冲击电压与电流的相角 并列瞬间， 不应超过规定的允许值 不应超过规定嘚允许值。

并列操 作的基 本要求

采用自动并列装置进行并列操作 采用自動并列装置进行并列操作，不仅能减轻运 行人员的劳动强度 行人员的劳动强度，也能提高系统运行的可靠性和 稳定性 稳定性。

二、同步发电机并列操作的方法

先励磁后并列 先励磁后并列，并列时产生的冲击 电压与电流的相角较小不会使系统电压降低， 电压与电流的楿角较小不会使系统电压降低， 并列后容易拉入同步 并列后容易拉入同步。

先并列后励磁操作简单、并列速度快， 先并列后励磁操作简单、并列速度快，在 系统发生故障、频率波动较大时 系统发生故障、频率波动较大时，发电机组 仍能并列操作并迅速投入电网运荇 仍能并列操作并迅速投入电网运行，可避免 故障扩大有利于处理系统事故。 故障扩大有利于处理系统事故。

(一 ) 手动准同步 装置

由運行操作人员手动调整发电机 的电压和频率并监视电压差、 的电压和频率，并监视电压差、频 率差和整步表 率差和整步表，靠经验判斷合闸时 操作断路器合闸 间，操作断路器合闸

1、手动准同步装置主要存在以下问题

手动准同步装置一般是几囼机组共用一套， 手动准同步装置一般是几台机组共用一套各 机组的控制电缆较多，接线较复杂 机组的控制电缆较多，接线较复杂

洇此在控制回路中装设了非同步合闸闭锁装置， 因此在控制回路中装设了非同步合闸闭锁装置用于防止 运行人员误发合闸脉冲所造成的非同步合闸。 运行人员误发合闸脉冲所造成的非同步合闸

(二)自动准同步装置 2、自动准同步装置 1 半自动准同步装置

同步点：在发 同步点： 电厂内， 电厂内凡鈳 以进行并列操 作的断路器

指在发电厂中将一台发电机与另 一台发电机同步并列、一台发电 一台发电机同步并列、 机与系统的同步并列、 機与系统的同步并列、两个电气 上没有联系的电力系统并列

其特征：同步点两侧电源的电压、频率不相同， 其特征：同步点两侧电源的电壓、频率不相同 且由于频率不相同， 且由于频率不相同使得两电源间的相角差也不 断的变化。 断的变化进行差频并列是要在同步点兩侧电压 和频率相近时， 和频率相近时捕获两侧相角差为零的时刻完成 并列。 并列

指断路器两侧电源在电气上已存在 联系的系统两部汾通过此并列点再 增加一个通路的操作， 增加一个通路的操作如线路断路 器或双母线系统的母联联络或分段 断路器等

其特征： 其特征：茬并列前同步点两侧电源的电压可能不 相同，但频率相同且存在一个固定相角差， 相同但频率相同，且存在一个固定相角差即 功角， 功角其数值取决于并列前两侧电源连接电路的 电抗值和传输的有功功率值。 电抗值和传输的有功功率值

发电机功角特性曲线的表达式为： 发电机功角特性曲线的表达式为：

差频并列点： 差频并列点：指在任何 运行方式下同步点两侧 电源都是两个独立的电 源。 同频并列点： 同频并列点：随著运 行方式的变化同步 行方式的变化， 点两侧有时是两个独 立的电源 立的电源，有时则是 一个系统 一个系统。

第二节 准同步并列条件分析 一、同步电压及同步点 （一）中性点直接接地系统的同步点电压取得方式

（二）中性点不接地系统的同步点电压取得方式

变压器高、 （三）变压器高、低压侧同步电压的取得方式

（四）同步点及同步方式

三绕组变压器的任一侧断蕗器 双绕组变压器可只在低压侧断路器设同步点

各级母联断路器及6 10KV分段断路器均考虑装 各级母联断路器及6-10KV分段断路器均考虑装 设手动准同步装置和自动准同步装置 设手动准同步装置和自动准同步装置，以提高母 线倒换操作的灵活性 线倒换操作的灵活性。

二、准同步并列條件分析

（1）待并发电机电压与系统电压相等 待并发电机电压与系统电压相等。 电压相等 （一） 准同步并 列理想条 件

（2）待并发电机频率与系统频率相等 待并发电机频率与系统频率相等。 频率相等 （3）并列断路器主触头闭合瞬间待 并列断路器主触头闭合瞬间， 并发电機电压与系统电压间的相 并发电机电压与系统电压间的相 角差为零 角差为零。

（二）准同步并列条件分析

1.电压差值 1.电压差值

冲击电压与電流的相角最大瞬时值为： 冲击电压与电流的相角最大瞬时值为：

为保证发电机安全 为保证发电机安全，一般要求冲击电压与电流的相角不超过发 电机出口短路电压与电流的相角的0.05 0.1倍 0.05～ 电机出口短路电压与电流的相角的0.05～0.1倍则准同步并列时 电压允许偏差的范围为5% 10%的额定電压 5%～ 的额定电压。 电压允许偏差的范围为5%～10%的额定电压

2.相角差值 2.相角差值

冲击电压与电流的相角最大瞬时值为： 冲击电压与电流的相角最大瞬时值为：

通常要求冲击电压与电流的相角不超过发电机出口三相短路 通常要求冲击电压与电流的相角不超过发电机出口三相短路 電压与电流的相角的0.1 0.1倍 要求合闸时相角差不超过10° 不超过10 电压与电流的相角的0.1倍，要求合闸时相角差不超过10°。

3.频率差值 3.频率差值

? ud 为正弦脈动波其最大幅值为 2UG (或2US ) ，所以 为正弦脉动波 又称为脉动电压。 滑差电压 ud 又称为脉动电压

滑差周期为 滑差周期为

如果发出合闸命令的時刻不恰当就有可能在相角差较大时合 闸，从而引起较大的冲击电压与电流的相角此外，如在频率差较大时并列 从而引起较大的冲击電压与电流的相角。此外如在频率差较大时并列， 频率较高的一方在合闸瞬间将多余的动能传递给频率低的一方 频率较高的一方在合閘瞬间将多余的动能传递给频率低的一方， 即使合闸时的相角差不大, 即使合闸时的相角差不大,当传递能量过大时待并发电机需经历 一个暂態过程才能拉入同步运行严重时将导致失步。 一个暂态过程才能拉入同步运行严重时将导致失步。因此要求 待并发电机与运行系统的頻率差不超过0.1～0.25Hz 不超过0.1 待并发电机与运行系统的频率差不超过0.1～0.25Hz。

1)并列操作及基本要求 1)并列操作及基本要求 2)并列操作方法及特点 2)并列操莋方法及特点 3)手动准同步与自动准同步 3)手动准同步与自动准同步 4)同步电压取得方式、 4)同步电压取得方式、同步点设置 同步电压取得方式 5）准同步并列条件 准同步并列时电压允许偏差为5%-10%额定电压、 准同步并列时电压允许偏差为5%-10%额定电压、相 5% 额定电压

第三节 自动准同步装置简介

傳统常采用自动准同期装置： 传统常采用自动准同期装置： ZZQ51、52） ZZQ-5（51、52）-许昌继电器 ZZQ-3A（3B） ZZQ-3A（3B）-阿城继电器 微机型准同期装置：如南自所SJ 11（12） SJ微机型准同期装置：如南自所SJ-11（12）等 ?ZZQ-5型自动准同期装置组成：自动合闸、自动 ZZQZZQ 型自动准同期装置组成：自动合闸、 调频、自动调压、电源㈣部分组成 调频、自动调压、电源四部分组成。

自动检测待并发电机和系统间频率 自动检测待并发电机和系统间频率 电压差是否满足并列要求 差、电压差是否满足并列要求。频 差和压差均满足时在发电机和系 差和压差均满足时， 统电压相位重合前提前一个时间发 合闸脈冲当频差、 合闸脉冲，当频差、压差有一个条 件不满足时 件不满足时，则闭锁合闸脉冲

合 闸 部 分 组 成

保证频差在规定范围内， 保证频差在规定范围内才允许发出合 闸脉冲， 闸脉冲否则闭锁合闸脉冲

检查压差在规定范围内时允许发出合闸 脉冲， 脉冲否则闭锁合闸脉冲

对频差檢查、 对频差检查、压差控制部分的输出和导 前时间脉冲进行逻辑判断， 前时间脉冲进行逻辑判断当满足同步 条件时发出合闸脉冲。 条件时发出合闸脉冲

(一)线性整步电压 ZZQ1、ZZQ-5型自动准同步装置是利用线性整步电 压来检定同步条件的。线性整步电压由电压变换 电压变换、 压來检定同步条件的线性整步电压由电压变换、 方波整形电路、混频电路、低通滤波电路组成 组成。 方波整形电路、混频电路、低通滤波電路组成

的特点： 2、线性整步电压 U sy的特点：

线性整步电压最大值由线性整步电压形成电蕗参数决定 线性整步电压最大值由线性整步电压形成电路参数决定。其 U 最大值时刻对应相角差0 过零点对应相角差180 180° 最大值时刻对应相角差0°点； sy 过零点对应相角差180°点。

线性整步电压的斜率与频差的绝对值成正比通过检测线性 线性整步电压的斜率与频差的绝对值成正比， 整步电压斜率的大小也可以反映频率差的大小。 整步电压斜率的大小也可以反映频率差的大小。

(二)导前时间脉冲的获得部分 ?对线性整步电压信号进行比例和微分运算 对线性整步电压信号进行比例和微分运算， 对线性整步电压信号进行比例和微分运算 再经电平检测电蕗 再经电平检测电路，可获得恒定导前时间脉冲

(三)频差检测部分 利用比较恒定导前时间电平检测电路和恒定导 前相角电平检测电路的动莋次序来实现频率差检 测

– 即恒定导前时间电平检测电路先于恒定导前相 角电平检测电路动作时， 角电平检测电路动作时 ? s > ? d .set – 即恒定导湔时间电平检测电路与恒定导前相角 电平检测电路同时动作时， 电平检测电路同时动作时? s = ? d .set – 即恒定导前相角电平检测电路先于恒定导前時 间电平检测电路动作时， 间电平检测电路动作时 ? s < ? d

(四)压差控制部分 因线性整步电压中不含并列点两侧电压幅值的信 息，则电压差大小的檢测由调压部分来完成并 将检测的结果 U ?U 送入合闸逻辑部分。当电压 U 差满足要求时 ?U = 0 此时若频差也满足要求， 则提前一个时间 t y 发出合闸脉沖；若压差不满足 U 要求时 ?U = 1 闭锁合闸脉冲的发出。

ZZQ二、ZZQ-5装置自动调频部分

（一）频差方向鉴别单元

（二）调速脉冲形成单元

（一）频差方向鉴别单元工作原理 ?当 0?δ ?180 0 时发电机方波电压[U g ] 后沿对 当 高电位时，与门1DA 1DA在 应于系统方波电压[U s ] 高电位时与门1DA在C 点输出正脉冲， 点输出正脉冲说明 f g ? f s

系统方波电压后沿对应于发电机方波电压高 系统方波电压后沿对应于发电机方波电压高 电位时，与门2DA在d点输出正脉冲说明 f g ? f s 电位时，与门2DA在 点输絀正脉冲 2DA

（二）调速脉冲形成单元

ZZQ三、ZZQ-5装置自动调压部分

1）压差大小和方向鉴别单元

电平检测Ⅰ的输入电压为： 电平检测Ⅰ的输入电压为：

设电平检测Ⅰ和电平检测Ⅱ 设电平检测Ⅰ和电平检测Ⅱ的动作电压均为 U op ， 即表示压差满足要求时 当 K (U G ? U S ) ≤ U op 时，即表示压差满足要求时电平检测 U 和电平检测Ⅱ均不动作， Ⅰ和电平检测Ⅱ均不动作 ?U 为“0”，解除合闸部分闭 锁。

表礻压差不满足要求 当 U G ? U S ≥ U op / K 时，表示压差不满足要求U ?U = 1 将合闸部分闭锁。 将合闸部分闭锁

装置直流电源有三种，由系统侧电压 装置直流电源有三种 装置直流电源有三种 互感器供电，经整流滤波后获得+55V +55V 互感器供电，经整流滤波后获得+55V 采用参数式稳压得到+40V +12V。 +40V、 采用参数式穩压得到+40V、+12V

ZZQ1）ZZQ-5型自动准同期装置组成及作用 2）线性整步电压特点及导前时间获得 3）频差检测原理 4）频差方向鉴别原理 5）压差大小和方向鑒别原理

第四节 微机自动准同步并列装置 一、模拟式自动准同步装置存在的问题

同步操作速度慢 装置受电路原 理限制 理限制，既无法 做到精确同步 做到精确同步， 也无法做到快速 同步 同步。

因在原理上存在缺陷因而会使并列时间延长， 因在原理上存在缺陷因而会使并列时间延长，有时甚至 出现危及发电机安全的误并列 出现危及发电机安全的误并列。

微机型自动准哃步装置的特点

具有结构简单、 具有结构简单、方便扩充功能的特点

二、微机洎动准同步原理

一种是设置独立的 微机准同步装置

另一种是将同步并 列功能附设在机组 控制中 控制中，把机组的 起动、 起动、同步并列操 作合为一个完整的 过程

微机自动准同步装置逻辑框图

并列点、远方复位 断路器辅助接点

调压、调速 合闸、信号

同步装置运行程序存放在

同步参数整定值存放茬 装置运行过程中的采集数据、计 装置运行过程中的采集数据、 算中间结果及最终结果存放在

随机存储器RAM 随机存储器RAM

输入/输出接口电路为鈳编程并行接口 输入/输出接口电路为可编程并行接口，用以采集并列点 选择信号、远方复位信号、断路器辅助触点信号、 选择信号、远方复位信号、断路器辅助触点信号、键盘 信号、电压差越限信号等开关量 信号、电压差越限信号等开关量，并控制输出继电器实 现调压、调速、合闸、报警等功能 现调压、调速、合闸、

2.压差鉴别 2.压差鉴别

Ds ? DG ? D?U 时不允许合闸信号输出，Ds ? DG 时 不允许合闸信号输出，

D 并行口输出升压信号； 并行口输出升压信号； s ? DG时并行口输出降压 信号。 信号 Ds ? DG ? D?U 时，尣许合闸信号输出

3.频率差、 3.频率差、相角差鉴别 频率差

若可编程定时计数器的计时脉冲频率为 若可编程定时计数器的计时脉冲频率为 c f = fc / N ?则 T = 1 / f c × N ，即 则 ?发电机电压和系统电压分别由可编程计数器计数 发电机电压和系統电压分别由可编程计数器计数， 发电机电压和系统电压分别由可编程计数器计数 读取NS Ng后 求取fS fg NS、 fS、 读取NS、Ng后，求取fS、fg将其绝对值与设萣的 允许频率偏差整定值进行比较，作出是否允许并列 允许频率偏差整定值进行比较 的判断。 的判断

2）相角差鉴别和合闸命令的发出

?系统电压方波的宽度为τS，发电机电压方波的宽度为τi 系统电压方波的宽度为τS发电机电压方波的宽度为τi 系统电压方波的宽度为τS

τS、 τi的值可由CPU从定时计数器读入求得 的值可由CPU从定时计数器读入求得。 τS、 τi的值可由CPU从定时计数器读入求得

?数字式准同期装置可按下式计算理想的导前合闸 数字式准同期装置可按下式计算理想的导湔合闸 相角， 相角即

由上式可求出最佳的合闸导前相角δy值 由上式可求出最佳的合闸导前相角δy值，该值与本计 δy 算点的相角δi比较 δi比较 算点的相角δi比较。 当

则继续进行下一点计算 若 (2π ? δ i ) ? δ y ?ε ，则继续进行下一点计算直 δi逐渐逼近δy符合合闸的条件为止 逐渐逼菦δy符合合闸的条件为止。 至δi逐渐逼近δy符合合闸的条件为止

由上可知，用计算程序来检验是否满足并列条 由上可知 由上可知 则装置具有并列速度快、 件，则装置具有并列速度快、冲击电压与电流的相角小等优 点

4.输入电路 4.输入电路

5.输出电路 5.输出电路

装置异常或电源消失时报警 提供反映同步过程的电量进行录波 提供运行人员监视装置工况、实时参数、 提供运荇人员监视装置工况、实时参数、整定值及 异常情况等信息

6.电源 6.电源 可由48-250V交直流电源供电。 可由48-250V交直流电源供电 48 交直流电源供电 7.试验装置 7.试验装置

)SID-2V型自动准同步装置 (二)SID-2V型自动准同步装置 1.应用范围及特点 1.应用范围及特点 SID-2V型自动准同步装置是供给一台發电机或不 SID-2V型自动准同步装置是供给一台发电机或不 超过15 15台发电机复用进行全自动差频并列的同步装 超过15台发电机复用进行全自动差频并列的同步装 置，也可作为只存在差频并列方式的输电线路检查 同步自动并列用

在软件及硬件上对合闸控制采用了多重冗余闭锁，误合闸概率接近于零； 在软件及硬件上对合闸控制采用了多重冗余闭锁误合闸概率接近于零；

装置面板提供的智能化整步表及数码显示器使运行人 员能非常直观地监督并列全过程； 员能非常直观地监督并列全过程； 装置内部自備可调频的工频信号源，简化了调试设备； 装置内部自备可调频的工频信号源简化了调试设备；

可接受上位机以开关量形势的投入和切除命令； 可接受上位机以开关量形势的投入和切除命令；

装置电源交直流两用。 装置电源交直流两用

2.软件流程 2.软件流程 ?如各部件正常，則检测工作/设置开关W/T的状 如各部件正常则检测工作/设置开关W/T的状 如各部件正常 W/T 若检测为工作状态W 态，若检测为工作状态W则检测外部各並列点 装置接入后CPU工作，先进行装置主要部件的自检 CPU工作 装置接入后CPU工作，先进行装置主要部件的自检 同步开关送来的并列点选择信號， 同步开关送来的并列点选择信号如果无并列 在装置过程中对全部硬件，包括处理器、随机存储器、 在装置过程中对全部硬件包括處理器、随机存储器、 点选择信号或选择信号多于一个， 点选择信号或选择信号多于一个则显示器显 只读存储器、接口电路、继电器等進行自检， 只读存储器、接口电路、继电器等进行自检任何部位 示出错信号并报警。 示出错信号并报警

中断程序，装置进入同步工作状态 中断程序，装置进入同步工作状态

2）定时中断子程序说明

?在△f、△U 均满足要求后程序准备进入并列阶段测量 在 均满足要求后程序准备进入并列阶段， 当前的相角差δ 处在0 区间 当前的相角差δ，如δ处在0～π区间，则鈈存在并列机 直到δ进入π 2π区间 区间 会，直到δ进入π～2π区间，就开始检查频差变化率是 否越限如未越限，程序进行理想导前角δy的計算 δy的计算 否越限，如未越限程序进行理想导前角δy的计算，并 不断查看当前相角差δ是否与δ一致如出现δ=δy 不断查看当前相角差δ是否与δ一致，如出现δ=δy δ=0时 可发出合闸命令，确保在δ=0 δ=0° 即△δ= δ-δy =0时可发出合闸命令，确保在δ=0° 时断路器主触头闭合 時断路器主触头闭合。 如△δ≠0则进行合闸时机的预测，当预测的时刻到来 δ≠0则进行合闸时机的预测， 即发出命令实行并列 即发絀命令实行并列。这样就能确保捕捉到第一次出现的 合闸机会使并列速度达到极值。 合闸机会使并列速度达到极值。 发出合闸脉冲后装置将进行合闸回路的动作时间的计算， 发出合闸脉冲后装置将进行合闸回路的动作时间的计算， 并显示 并显示。

微机型自动准同步装置由微机处理器、压差鉴别、频差 微机型自动准同步装置由微机处理器、压差鉴别、 微机型自动准同步装置由微机处理器 及相角差鉴別、输入电路、输出电路及电源、 及相角差鉴别、输入电路、输出电路及电源、试验装置 等组成原理上能保证合闸冲击电压与电流的相角接近于零并控制准 等组成， 同步条件第一次出现时就能准确投入发电机 同步条件第一次出现时就能准确投入发电机。 ?以SID-2V型自动准同步裝置为例分析了主程序流程、 型自动准同步装置为例， 以SID-2V型自动准同步装置为例 分析了主程序流程、 定时中断子程序流程及装置特点 萣时中断子程序流程及装置特点。