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1、第第4 4章章 同步发电机自动并列原理同步发电机自动并列原理 4.1 4.1 概概 述述4.1.1 4.1.1 并列操作的意义并列操作的意义并列操作并列操作: :将同步发电机投入电力系统并列运行将同步发电机投入电力系统并列运行 的操作。的操作。 在电力系统运行中，同步发电机的并列操作在电力系统运行中，同步发电机的并列操作 是一项基本操作。是一项基本操作。4.1.2 4.1.2 对并列操作的基本要求对并列操作的基本要求并并列列瞬瞬间间，发发电电机机的的冲冲击击电电流流不不应应超超过过规规定定的的允允许许值值（其其最最大大瞬瞬时时值值一一般般不不超超过过额额定定电电流的流的12倍倍）。并列后，发电
2、机应能迅速进入同步运行状态并列后，发电机应能迅速进入同步运行状态, , 暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。4.1.3 4.1.3 并列操作方式并列操作方式 发电机的并列操作方式通常分为准同期和自发电机的并列操作方式通常分为准同期和自同期两种。同期两种。自同期：将未励磁、接近同步转速的发电机投自同期：将未励磁、接近同步转速的发电机投入系统，并同时给发电机加上励磁，在原动机力入系统，并同时给发电机加上励磁，在原动机力矩、同步力矩等作用下把发电机拖入同步，完成矩、同步力矩等作用下把发电机拖入同步，完成并列操作。并列操作。准同期准同期: : 发电机在并列合闸前已
3、励磁，当发电机发电机在并列合闸前已励磁，当发电机频率、电压相角、电压大小分别和并列点处系统频率、电压相角、电压大小分别和并列点处系统侧的频率、电压相角、电压大小接近相等时，将侧的频率、电压相角、电压大小接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。发电机断路器合闸，完成并列操作。两种并列操作方法的比较：两种并列操作方法的比较：准同期并列：准同期并列：并列时冲击电流小，不会引起系并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；不足是并列操作过程中需要对发统电压降低；不足是并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间长且操作电机电压、频率进行调整，并列时间长且操作复杂。复杂。自同期并列：自同期并
4、列：并列过程中不存在调整发电机电并列过程中不存在调整发电机电压、频率的问题，并列时间短且操作简单；不压、频率的问题，并列时间短且操作简单；不足是并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸足是并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸收无功而使系统电压降低，同时产生很大的冲收无功而使系统电压降低，同时产生很大的冲击电流，对电力系统扰动大。击电流，对电力系统扰动大。 系统在正常运行情况下，一般采用准同期系统在正常运行情况下，一般采用准同期方法将发电机投入运行。方法将发电机投入运行。 在系统发生故障时，可采用自同期并列方在系统发生故障时，可采用自同期并列方法，以迅速将发电机投入系统运行。法，以迅速将发电机投入系
5、统运行。 不管是准同期并列还是自同期并列，可以不管是准同期并列还是自同期并列，可以通过手动操作，也可以通过自动操作。通过手动操作，也可以通过自动操作。本章主要介绍自动本章主要介绍自动准同期并列方法准同期并列方法 自动准同期并列自动准同期并列手动准同期并列手动准同期并列自动自同期并列自动自同期并列手动自同期并列手动自同期并列4.2 4.2 自动准同期装置的组成自动准同期装置的组成4.2.1 4.2.1 准同期并列的理想条件准同期并列的理想条件 准同期并列的理想条件为两侧电源电压的准同期并列的理想条件为两侧电源电压的三个状态量全部相等，即：三个状态量全部相等，即：（1 1） 待并发电机频率与系统频
6、率相等，待并发电机频率与系统频率相等，即滑差即滑差( (频差频差) )为零；为零；（2 2） 待并发电机电压与系统电压的幅值待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零；相等，即压差为零；（3 3） 断路器主触头闭合瞬间，待并发电断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。 这时，断路器这时，断路器QF主触头间的主触头间的 值等于零，值等于零，不但冲击电流等于零，而且并列后发电机与系统不但冲击电流等于零，而且并列后发电机与系统立即进入同步运行，不会发生任何扰动现象。立即进入同步运行，不会发生任何扰动现象。4.2.2 4.2.2 并列误
7、差对并列的影响并列误差对并列的影响电压幅值差：同步并列时，只有发电机电压幅电压幅值差：同步并列时，只有发电机电压幅值值与与系系统统母母线线电电压压幅幅值值不不相相等等时时的的情情况况, ,即即 。 此此电电压压差差产产生生的的是是无无功功冲冲击击电电流流，冲冲击击电电流流的的电电动动力力对对发发电电机机绕绕组组产产生生影影响响，由由于于定定子子绕绕组组端端部部的的机机械械强强度度最最弱弱，所所以以须须特特别别注注意意对对它它所造成的危害，因此冲击电流必须加以限制。所造成的危害，因此冲击电流必须加以限制。a)此时产生的冲击电流最大值为此时产生的冲击电流最大值为:合闸相角差：在并列断路器闭合前的一
8、瞬间，合闸相角差：在并列断路器闭合前的一瞬间，发电机电压与系统电压间存在相角差时的情况，发电机电压与系统电压间存在相角差时的情况，即即 。此时的冲击电流是有功冲击电流，说明合闸后发电此时的冲击电流是有功冲击电流，说明合闸后发电机和电网立刻交换有功功率，使机组联轴受到突然机和电网立刻交换有功功率，使机组联轴受到突然冲击，这对电网和机组都是不利的。冲击，这对电网和机组都是不利的。b)此时产生的冲击电流最大值为此时产生的冲击电流最大值为:滑差滑差：待并发电机的电压频率：待并发电机的电压频率 与系统电压频率与系统电压频率 不相等时的情况不相等时的情况，即即 。滑差周期滑差周期 ：为两电压间的相对电角速
9、度称为滑差角速度为两电压间的相对电角速度称为滑差角速度( (简称滑差简称滑差) )。 另外，频率差另外，频率差 、滑差、滑差 和滑差周期和滑差周期 都可以都可以用来表示待并发电机与系统之间频率差的大小。用来表示待并发电机与系统之间频率差的大小。 在有滑差的情况下，将机组投入电网，需经在有滑差的情况下，将机组投入电网，需经过一段加速或减速的过程，才能使机组与系统在过一段加速或减速的过程，才能使机组与系统在频率上频率上“同步同步”。加速或减速力矩会对机组造成冲。加速或减速力矩会对机组造成冲击。滑差越大，并列时的冲击就越大。击。滑差越大，并列时的冲击就越大。图图4.7 4.7 自动准同期装置组成自动
10、准同期装置组成4.2.34.2.3典型自动准同期装置的组成及并列原理典型自动准同期装置的组成及并列原理1 1、自动准同期装置的组成、自动准同期装置的组成频频差差控控制制单单元元。它它的的任任务务是是检检测测 与与 间间的的滑滑差差角角速速度度且且调调节节发发电电机机转转速速，使使它它们们之之间间的频率差小于规定值。的频率差小于规定值。电电压压差差控控制制单单元元。它它的的功功能能是是检检测测 与与 间间的的电电压压差差，且且调调节节发发电电机机电电压压，使使它它们们之之间间电电压差值小于规定值。压差值小于规定值。合闸信号控制单元。合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并检查并列条件，当待并 机机
11、组组的的频频率率和和电电压压都都满满足足并并列列条条件件时时，控控制制单单元元就就选选择择合合适适的的时时间间发发出出合合闸闸信信号号，使使并并列列断断路路器器QF的的主主触触头头接接通通时时，相相角角差差接接近近于于零或控制在允许范围以内。零或控制在允许范围以内。2. 2. 准同期并列装置原理准同期并列装置原理装置的控制原则是：当频率和电压都满足并列装置的控制原则是：当频率和电压都满足并列条件时，在条件时，在 与与 重合之前重合之前发出合闸信号，使并发出合闸信号，使并列断路器列断路器QF的主触头接通时，相角差的主触头接通时，相角差 等于零。等于零。考虑断路器有一个固有动作时间，必须在两电考虑
12、断路器有一个固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，即取一提前量信压相量重合之前发出合闸信号，即取一提前量信号。号。提前量信号可以是某一恒定相角也可以是某一提前量信号可以是某一恒定相角也可以是某一恒定时间。恒定时间。一般并列回路都有固定的时间，因此恒定越一般并列回路都有固定的时间，因此恒定越前时间并列装置得到广泛应用。前时间并列装置得到广泛应用。主要介绍主要介绍利用线性整步电压利用线性整步电压获取获取恒定越前时间的准同期并列恒定越前时间的准同期并列若并列操作时，提前量信号为一恒定时间，则若并列操作时，提前量信号为一恒定时间，则称为称为恒定越前时间自动准同期并列恒定越前时间自动准同期
13、并列。若并列操作时，提前量信号为一恒定相角，则若并列操作时，提前量信号为一恒定相角，则称为称为恒定越前相角自动准同期并列恒定越前相角自动准同期并列。1 1）线性整步电压的产生）线性整步电压的产生 图图4.8 4.8 整步电压工作原理电路图整步电压工作原理电路图自动并列装置检测并列条件的电压，称为整步电压。自动并列装置检测并列条件的电压，称为整步电压。整个电路由电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波整个电路由电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波电路和射极跟随器组成。电路和射极跟随器组成。整整形形电电路路图图相相敏敏电电路路图图 图图4.10 4.10 越前时间的比例微分原理电路及波形图越前时间
14、的比例微分原理电路及波形图设电平检测器的翻转电平：设电平检测器的翻转电平：则电平检测器动作的临界条件用下式来表示：则电平检测器动作的临界条件用下式来表示：得出：得出： 翻转时间值是仅与翻转时间值是仅与 及及 的数值有关的常量，的数值有关的常量，右端的负号与所取的时间标尺相反，即为右端的负号与所取的时间标尺相反，即为“越前时间越前时间”，故为恒定越前时间。，故为恒定越前时间。 （2 2）滑差检测）滑差检测在在 的范围内，线性整步电压越小则的范围内，线性整步电压越小则对应的角差越大，线性整步电压为顶值时，对应的角差越大，线性整步电压为顶值时， 为零，它们之间是单值关系。所以，当线性整为零，它们之间是单值关系。所以，当线性整步电压为一定值时，即等于确定了相应的步电压为一定值时，即等于确定了相应的 值，值，而在而在 为零之前的角差，称为越前相角，用为零之前的角差，称为越前相角，用 表示。表示。 滑差检测原理：首先选定一个越前相角滑差检测原理：首先选定一个越前相角 ，使得，使得的获得的获得具体实现电路：具体实现电路：(3) (3) 压差检测压差检测(4)(4)合闸控制单元原理合闸控制单元原理逻辑回路图逻辑回路图
