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1、同步发电机自动并列原理,2/54,2019/10/23,第四章 同步发电机的自动并列,重点讲解发电机同步准同期并列的自动化原理. 这是将同步发电机投入电网进行并列运行以组成电力系统的基本步骤.,3/54,2019/10/23,第四章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念) 二、准同期并列的基本原理 三、自动并列装置的工作原理 四、微机并列装置,4/54,2019/10/23,第二章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念) 同步并列和准同期的基本概念 同步发电机并列的基本原则 准同期并列理想条件 偏离理想条件三种情况下的后果 自同期并列 二、准同期并列的基本原理
2、三、自动并列装置的工作原理 四、微机并列装置,5/54,2019/10/23,一、同步并列与准同期,发电机投入电力系统参加并列运行的操作称为“并列操作”。,同步发电机的并列操作称为“同期”。以近于同步运行条件进行的并列操作称为“准同期”。,发电厂将一台发电机组用准同期方式并入电厂母线。,将电力系统的两部分用准同期的方式进行并列。,并列操作,6/54,2019/10/23,同步发电机并列需遵循的基本原则,1、并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1-2倍的额定电流。,2、发电机并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。,7/54,2019
3、/10/23,同步发电机的并列方法,同步发电机的并列方法,准 同 期 并 列,自 同 期 并 列,在电力系统正常运行的情况下，一般采用准同期并列方法将发电机组投入运行。,只有当电力系统发生故障时，为了迅速投入水轮发电机组，过去曾采用自同期并列方法。,由于微机型数字式自动并列方法已经趋于成熟，现在也用准同期并列方法投运水轮发电机组。,8/54,2019/10/23,同步发电机并列的理想情况,发电机端电压为,电网电压为,两者之间的相量差为,当电网参数一定时，冲击电流就取决于合闸瞬间 的值,最理想的情况就是 的值为零，此时，QF合闸冲击电流为零。,9/54,2019/10/23,同步发电机并列的理想
4、条件,发电机并列的理想条件 并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。,2、电压幅值相等,3、相角差为零,此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运行，不会出现扰动现象。,实际上，待并发电机组调节系统很难实现理想条件；在实际的操作中也没有这样的苛求。只要合闸冲击电流小，不危及电气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致于引起任何不良后果即可。,10/54,2019/10/23,实际并列条件之一电压幅值差,并列时的电气状态：,可以计算得到冲击电流最大瞬时值：,冲击电流主要为无功电流分量。,发电机电压、电网电压的有效值,发电机直轴次暂态电抗,冲击电流的影响： 冲击电流为
5、无功分量，不会加重原动机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形。,并列冲击电流的波形,三相短路时最严重相的电流波形图,m,12/54,2019/10/23,实际并列条件之一电压幅值差,冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。,并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在1-2倍的额定电流以下。,为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不允许超过机端短路电流的1/201/10。据此，得到同期并列的一个条件：电压差Us不能超过额定电压的5%10%.,现在的一些大型发电机组规定电压差不超过1%,以尽量
6、避免无功冲击电流,13/54,2019/10/23,实际并列条件之二合闸相角差,并列时的电气状态：,计算得到冲击电流最大瞬时值：,电网电压的有效值,发电机交轴次暂态电抗,冲击电流主要为有功电流分量。,冲击电流的影响： 1)电枢绕组端部受力变形; 2)转轴上受冲击转矩的作用,使机轴扭曲变形; )电枢绕组发热。,14/54,2019/10/23,实际并列条件之二合闸相角差,在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全，一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。,15/54,2019/10/23,实际并列
7、条件之三频率差,并列时的电气状态：,断路器QF两侧的电压差为脉动电压：,脉动电压的幅值,16/54,2019/10/23,实际并列条件之三频率差,是幅值为 ,频率接近工频的交流电压波形。,脉动电压周期 、滑差频率 、滑差角频率 都可以用于表示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频率之间的相差程度。,冲击电流的影响： 拍振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕组发热。,17/54,2019/10/23,实际并列条件之三频率差,此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸时间有关。若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在QF两侧电压相量重合时合闸，冲击电流为
8、零。,若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，也需要发电机经历一段时间的加速或者减速过程，才能实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时甚至会导致失步。,我国在发电厂进行人工手动并列操作时，一般限制滑差周期在10S16S之间。,18/54,2019/10/23,同步发电机并列的同步过程分析,发电机发出功率,发电机吸收功率,19/54,2019/10/23,自同期并列,自同期并列就是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，而且，在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器QF,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐
9、渐增长的过程中，由电力系统将并列发电机拉入同步状态。,优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。 在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网，因此，曾作为系统事故的重要措施之一。,20/54,2019/10/23,自同期并列的缺点,1、自同期并列方式不能用于两个系统间的操作。,2、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次暂态电抗形成短路，因而不可避免出现较大的冲击电流。,3、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工作产生影响，自同期并列方法也受到限制。,自同期并列方法现在已经很少采用。,相序
10、不同对并列的影响,U不超过10% 相位差不超过10% 频率偏差不超过0.2%-0.5%（0.1-0.25Hz)。,发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差:,22/54,2019/10/23,第二章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念) 二、准同期并列的基本原理 脉动电压、滑差电压 恒定越前时间、恒定越前相角 恒定越前时间并列装置的整定计算 例子 三、自动并列装置的工作原理 四、微机并列装置,23/54,2019/10/23,二、准同期并列的基本原理,并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程，取决于合闸时的脉动电压和滑差角
11、频率。,准同期并列主要对脉动电压和滑差角频率进行检测和控制，并且选择合适的时间发出合闸信号，使得合闸瞬间的脉动电压在于允许值之内。,检测的信息主要取自并列断路器QF两侧的电压，而且主要是对脉动电压 进行检测并提取信息。,24/54,2019/10/23,1 脉动电压 QF两侧电压相量幅值相等,（1）QF两侧电压相量幅值相等,可以得到脉动电压：,26/54,2019/10/23,1 脉动电压QF两侧电压相量幅值不相等,（2）QF两侧电压相量幅值不相等,应用三角函数可以得到脉动电压：,27/54,2019/10/23,1 脉动电压利用脉动电压检测准同期并列条件,（3）利用脉动电压检测准同期并列条件
12、,在脉动电压波形中，载有准同期并列所需检测的信息 电压幅值差（随时间变化的规律） 频率差（随时间变化的规律） 相角差（随时间变化的规律）,利用脉动电压可以为自动并列装置提供鉴别并列条件的信息和选择合适的合闸信号发出时间。,28/54,2019/10/23,2 脉动电压并列检测电压幅值差,1、并列检测条件之一电压幅值差：,电压幅值差 对应于脉动电压 波形的最小幅值,通过对 的测量就可以判断QF两端电压幅值差是否超出允许值。,为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制，作为并列条件之一。,29/54,2019/10/23,2 脉动电压并列检测频率差,与 之间的频率差就是脉动电压 的频率 ，他
13、与滑差角频率 存在关系：,反映了频率差 的大小，要求 小于允许值，就相当于要求脉动电压周期 大于一个给定值。,例如：设滑差角频率,测量 的值可以检测出发电机组与电网之间滑差角频率的大小，即频率差的大小。,30/54,2019/10/23,2 脉动电压并列检测合闸相角差,最理想的合闸瞬间是在 与 两相量重合的瞬间。,考虑到断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，即需要有一个提前量，这一段时间称为“越前时间”,提前量,恒定越前相角,恒定越前时间,在两相量重合之前恒定角度 发出合闸信号,在两相量重合之前恒定时间 发出合闸信号,广泛应用,合闸回路具有固定动作时
14、间,31/54,2019/10/23,2 恒定越前时间准同期并列,在理论上，按照恒定越前时间进行并列合闸，可以使合闸相角差为零,由于装置的越前信号时间、出口继电器动作时间、断路器的合闸时间都存在分散性，故而并列时会有合闸相角误差。,发电机与系统电压在频率和相角基本相同的情况下（不能完全相同），在发电机电压与系统电压的相角差 为零之前一个恒定时间，向发电机断路器发出闭合信号，将发电机并入电力系统。这个越前时间等于发电机断路器的标称合闸时间。,一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理,定义,恒定越前时间自动准同期并列矢量示意图,恒定越前一个恒定时间的目的：使合闸瞬间,系统电压矢量,发电机电压矢量,一
15、、恒定越前时间自动准同期并列基本原理,恒定越前时间自动准同期合闸信号控制单元的控制原则是当频率和电压满足并列条件的情况下，在 与 要重合之前发出合闸信号。在两电压向量重合之前的信号称为提前量信号。,(1)越前时间tYJ,通常令,式中 tc 自动准同期装置的动作时间； tQF并列断路器的合闸时间。,tYJ主要决定于tQF，其值随断路器的类型不同而不同。,一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理,(2)允许滑差角速度,恒定越前时间原理,一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理,(2)允许滑差角速度,由于YJ = s tYJ ，当tYJ 为定值时， YJ 与s 成正比。 即由于 s1 s2 s3 ， 所
16、以 YJ1 YJ2 YJ3,由于装置的越前信号时间、出口继电器的动作时间以及断路器的合闸时间tQF存在着分散性，并列时难免具有合闸相角差，这就使并列时的允许滑差角速度SY 受到限制。,一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理,(2)允许滑差角速度,设ey为发电机组的允许合闸相角，最大允许滑差为sy,式中 自动准同期装置的动作误差时间； 并列断路器的合闸动作误差时间。,ey决定于发电机的最大冲击电流值 ，当给定 值后，可求得,将ey 代入上式，即可求得允许滑差sy 。,一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理,38/54,2019/10/23,3 恒定越前时间并列装置的整定计算,1、越前时间：,2、允许电压差：,3、允许滑差角频率：,最大时
