发电机电抗同步并车之间的关系
电抗同步并车
1、 电抗同步并车原理
手动准同步并车，需要待并发电机起动后，观察、调整并车的三个条件，并把握合闸时机，全过程能否快速、准确地完成，取决于操作员的素质和经验。因为调整过程往往会有反复，实际并车条件是电压、频率和相位的允许范围，特别是相位条件是动态的，把握不好就会延长操作时间，甚至影响系统的正常运行或损坏设备，所以手动准同步并车操作有一定的难度。
为了降低手动准同步并车的难度，确保并车成功，人们寻找并车条件不太苛刻的并车方法。
并车过程中主要危害来自于环流的冲击所引起的破坏，而电抗器具有限制冲击电流的作用。这样自然就提出了用电抗器限制冲击电流、降低并车风险的方案。电抗同步并车法就是先将待并发电机经一电抗串联接入电网，经一段延时后待冲击电流减小或消失后，再将发电机组的主开关合闸，然后再将电抗器切除。这样可避免由于电压差、相位差而造成的巨大冲击电流。这种方法，对电压和频率的调整要求没有准确同步那样高，因此操作简便、可靠。习惯上也称其为粗同步并车法。
电抗同步并车原理如图1所示。当起动待并发电机G并建立电压后，检测并车条件，若满足电抗同步并车条件，首先合上 S2，使G通过并车电抗器LS接入电网。电抗器限制了并车冲击电流，保证了投入并联的安全性。经一定时间的整步作用，再合上Q，并且打开 S2，完成整个并车操作。
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图1 电抗同步并车原理 |
2、 电抗同步并车条件
电抗同步并车法放宽了准同步并车的并车条件，将并车条件放宽为
(1-1)
从式（1-1）可以看到，电抗同步并车的电压条件不变，原 ΔU≤±10% ；频率条件由原Δf≤±0.5HzHz放宽到Af≤±1.5Hz5Hz；相位条件由原δ≤±15°放宽到δ≠180°，理论上讲相位差几乎不受限制，只要不是在180°合闸都可以并车。这样大大地提高了并车的成功率，很受欢迎。
3、半自动粗同步原理
图2是目前广泛采用的自动切除电抗器的粗同步并车电路，其工作过程如下。
假设G1为正在运行的发电机，代表电网，G2为待并发电机。手动调整待并发电机G2（频率调整伺服马达调速开关或旋钮），使其电压、频率调整到与运行发电机比较接近，即满足粗同步井车条件时，合上同步表、并转换开关到 G2并车位置，观察同步表指针，当旋转较慢且指针转到“同相位”点前一个角度时，按下并车按钮B2，则接触器KM2获电，其辅触头闭合自保；主触头闭合，使 G2通过并车电抗器LS与电网接通；同时，时间继电器KT2获电，经一定延时（延时的时间要能保证在这段时间内待并机拉入同步，一般整定为6~8s)，其常开触头KT2闭合，接通QF2的合闸电路，使QF2合闸，G2直接接入电网并联运行。与此同时，主开关QF2的常闭辅触头断开，使KM2失电，从而使电抗器自动切除，并车电抗器就退出了电路，KT2也失电复位，整个电抗同步并车完毕。
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图2 电抗同步并车原理图 |
4、 并车电抗器
4.1．电抗器形式
并车电抗器普遍采用短时工作制的空心电抗器。并车电抗器是电抗同步法的关键元件，其作用是限制并车条件放宽后可能出现的最大并车冲击电流。因此，该电抗器必须有较大的电抗值，而且在通过大电流的条件下，磁路不饱和、电抗值稳定不变。采用一般的铁芯线圈结构不能满足上述要求，所以电抗器设计为空心线圈形式。由于电抗器仅在并车过程中使用，考虑体积、耐压、绝缘和材料等因素的经济性，电抗器是按短时工作制设计的。
4.2．电抗值的计算
电抗同步时的单相等效电路如图3（a）所示。忽略发电机电枢电阻及并车电抗器电阻，设两台发电机暂态电抗相同（为X″d)在开关 S2闭合瞬间产生环流，环流中含有直流分量和交流（周期）分量两部分，其中直流分量仅持续几十毫秒，相对于电抗并车时间（数秒）是很短的，并车电抗器主要用来限制冲击电流是交流分量。设 IN为待并发电机额定电流值，K为倍数，用 KIN表示要求限制的电流大小，K的取值为1～2，根据具体发电机及其保护电器整定情况而定。于是流过电抗器冲击电流的交流分量为
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（a）单相等效电路 b)δ<90°时的相量图 (c)δ=180°时的相量图 图3 电抗同步并车时的单相等值电路 |
(1-2)
式中， VN为电网或发电机每相额定电压有效值；X"d为发电机次暂态电抗；δ为并车瞬间存在的相位差；XLS为并车电抗器LS的电抗值。
考虑最恶劣的相角条件，即δ=180°时，且要求IHac≤KIN，将其代入式（1-2)，有
(1-3)
式中，,IN为待并发电机额定电流，A；K为倍数，取值为1～2。
采用标幺值（相对单位制）时，有
(1-4)
式（1-4）较为简明，由式（1-4）求出xLS后，可由下式求电抗器实际值 XLS
(1-5)
式中，U为线电压额定值，ZФN为发电机额定相阻抗值，Ω;IN为发电机额定线电流，A。
例：有两台相同容量的同步发电机，其额定参数为 PN=64kW，UN=400V，IN=115.5A，nN=1500r/min，fN=50Hz，cosφN=0.8,ηN=91%,RN=(75℃)=0.054Ω,x'd*= 0.0865，,x″d*=0.061。试计算两机并车用电抗器的电抗值。
解：并车电抗器电抗值为
额定阻抗值为
故并车电抗值为
并车电抗的电感值为
并车电抗器有标准产品，系统设计时可按计算值选用。
不同类型、不同功率的发电机组并车时，要求的电抗值会不同。为安全起见，电抗同步并车的电抗值应按计算结果较大者选取。
尽管并车电抗器是按照δ=1800°条件计算的，但δ角越大，自整步作用就越小，而有可能使发电机长时间不能达到同步。因此，实际粗同步操作中，一般限制δ角在90°以内，以确保并车的安全可靠。
4.3．并车接触器
为了便于操作控制，电抗同步并车中串接电抗器的控制开关常采用接触器，接触器的选择要点如下。
（1）初步选定接触器型号，从相应产品目录或资料中查出接触器触头热容量值I2t,单位为(kA)2·s。
（2）取并车电抗器工作时间 top=6~8s，作为接触器的持续接通时间，求出接触器允许短时冲击电流值为
(1-6)
（3）按 Ip>1.8IN原则，确定接触器额定容量。
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