《同步发电机的自动并列教学课件PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同步发电机的自动并列教学课件PPT（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、North China Electric Power University第二讲 同步发电机的自动并列l马 静lOffice:J5B309lTel:15801659769lEmail:第二章 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.9/11/20242North China Electric Power University第二章 同步发电机的自动并列l一、概述(同步并列和准同期概念)l二、准同期并列的基本原理l三、自动并列装置的工作原理l四、微机并列装置9/11/20243North China Elec
2、tric Power University第二章 同步发电机的自动并列l一、概述(同步并列和准同期概念)n同步并列和准同期的基本概念n同步发电机并列的基本原则n准同期并列理想条件n偏离理想条件三种情况下的后果n自同期并列l二、准同期并列的基本原理l三、自动并列装置的工作原理l四、微机并列装置9/11/20244North China Electric Power University一、同步并列与准同期一、同步并列与准同期发电机投入电力系统参加并发电机投入电力系统参加并列运行的操作称为列运行的操作称为“并列操并列操作作”。同步发电机的并列操作称为同步发电机的并列操作称为“同期同期”。以近于同步
3、运行。以近于同步运行条件进行的并列操作称为条件进行的并列操作称为“准同期准同期”。发电厂将一台发电机组用发电厂将一台发电机组用准同期方式并入电厂母线。准同期方式并入电厂母线。将将电力系统的两部分用准电力系统的两部分用准同期的方式进行并列。同期的方式进行并列。并并列列操操作作9/11/20245North China Electric Power University同步发电机并列需遵循的基本原则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、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最大值一般不超过1-2倍的额定电流。倍的额定电流。2、发电机并
4、入电网后，应能迅速进入同步运行状态，、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。其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。9/11/20246North China Electric Power University同步发电机的并列方法同步发电机的并列方法同同步步发发电电机机的的并并列列方方法法准准 同同 期期 并并 列列自自 同同 期期 并并 列列在在电力系统正常运行的情况下，一般采用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。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，为了迅速只有当电力系统发生故障时，为了迅速
5、投入水轮发电机组，投入水轮发电机组，过去过去曾采用自同期曾采用自同期并列方法。并列方法。由于微机型数字式自动并列方法已经趋由于微机型数字式自动并列方法已经趋于成熟，于成熟，现在也用准同期并列方法现在也用准同期并列方法投运投运水轮发电机组。水轮发电机组。9/11/20247North China Electric Power University同步发电机并列的理想情况同步发电机并列的理想情况发电机端电压为发电机端电压为电网电压为电网电压为两者之间的相量差为两者之间的相量差为当当电网参数一定时，电网参数一定时，冲击电流就取决于合冲击电流就取决于合闸瞬间闸瞬间 的值的值最最理想的情况就是理想的情况
6、就是 的值为零，此时，的值为零，此时，QF合闸冲击电流为零。合闸冲击电流为零。图1-1准同期并列(a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路9/11/20248North China Electric Power University同步发电机并列的理想条件同步发电机并列的理想条件发电机并列的理想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。并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。或或1、频率相等、频率相等2、电压幅值相等、电压幅值相等3、相角差为零、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此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网
7、同步运行，不会出现扰动现象。行，不会出现扰动现象。 实际上，待并发电机组调节系统实际上，待并发电机组调节系统很难实现理想条件很难实现理想条件；在实际；在实际的操作中也的操作中也没有这样的苛求没有这样的苛求。只要合闸冲击电流小，不危及电。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。于引起任何不良后果即可。9/11/20249North China Electric Power University实际并列条件之一实际并列条件之一电压幅值差电压幅值差并列时的电气状态：并列时的电气状态
8、：可以计算得到冲击电流最大瞬可以计算得到冲击电流最大瞬时值：时值：冲击电流主要为无功电流分量。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电压、电网电压的有效值发电机直轴次暂态电抗发电机直轴次暂态电抗9/11/202410North China Electric Power University实际并列条件之一实际并列条件之一电压幅值差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。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
9、在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。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允许超过机端短路电流的1/201/10。据此，得到。据此，得到同期并同期并列的一个条件：列的一个条件：电压差电压差Us不能超过额定电压的不能超过额定电压的5%10%.现在的一些大型发电机组规定现在的一些大型发电机组规定电压差不超过电压差不超过0.1%,以尽量避免无以尽量避免无功冲击电流功冲击电流9/11/202411North China Electric Power University实
10、际并列条件之二实际并列条件之二合闸相角差合闸相角差并列时的电气状态：并列时的电气状态：计算得到冲击电流最大瞬时值：计算得到冲击电流最大瞬时值：电网电压的有效值电网电压的有效值发电机交轴次暂态电抗发电机交轴次暂态电抗冲击电流主要为有功电流分量。冲击电流主要为有功电流分量。9/11/202412North China Electric Power University实际并列条件之二实际并列条件之二合闸相角差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，这对有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到
11、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，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。一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。例如：一般规定，汽轮发电机组不允许因相角差产生的例如：一般规定，汽轮发电机组不允许因相角差产生的冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短路的冲击电冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短路的冲击电流值的流值的1/10可以得到最大允许并列误差角：可以得到最大允许并列误差角：9/11/202413North China Electric Power University实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差并列时
12、的电气状态：并列时的电气状态：断路器断路器QF两侧的电压差为脉动两侧的电压差为脉动电压：电压：脉动电压的幅值脉动电压的幅值9/11/202414North China Electric Power University实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差 是幅值为是幅值为 ,频率接频率接近工频的交流电压波形。近工频的交流电压波形。脉动电压周期脉动电压周期 、滑差频率、滑差频率 、滑差角频率、滑差角频率 都可以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。率之间的相差程度。9/11/202415North Chin
13、a Electric Power University实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差若若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，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。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周期在10S16S之间。之间。9/11/202416North China
14、Electric Power University同步发电机并列的同步过程分析同步发电机并列的同步过程分析发电机发出发电机发出功率功率发电机吸收发电机吸收功率功率并列的同步过程分析9/11/202417North China Electric Power University自同期并列自同期并列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，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列断路器QF
15、,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列发电机拉入同步状态。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。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，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。因此，曾作为系统事故的重要措施之一。9/11/202418North C
16、hina Electric Power University自同期并列的缺点自同期并列的缺点1、自同期并列方式、自同期并列方式不能用于两个系统间的操作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、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，因而暂态电抗形成短路，因而不可避免出现较大的冲击电流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、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。作产
17、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。自同期并列方法现在已经很少采用。9/11/202419North China Electric Power University第二章 同步发电机的自动并列l一、概述(同步并列和准同期概念)l二、准同期并列的基本原理n脉动电压、滑差电压n恒定越前时间、恒定越前相角n恒定越前时间并列装置的整定计算n例子l三、自动并列装置的工作原理l四、微机并列装置9/11/202420North China Electric Power University二、准同期并列的基本原理二、准同期并列的基本原理并列断路器并列断路器QF主触头闭合瞬间所出
18、现的冲击电流值以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，及进入同步运行的暂态过程，取决于合闸时的脉动电取决于合闸时的脉动电压和滑差角频率。压和滑差角频率。准同期并列准同期并列主要对脉动电压和滑差角频率进行检测和主要对脉动电压和滑差角频率进行检测和控制控制，并且选择合适的时间发出合闸信号，使得合闸，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。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检测的信息主要取自并列断路器QF两侧的电压，而两侧的电压，而且主要是对脉动电压且主要是对脉动电压 进行检测并提取信息。进行检测并提取信息。9/11/202
19、421North China Electric Power University1 1 脉动电压脉动电压 QF两侧电压相量幅值相等两侧电压相量幅值相等（1）QF两侧电压相量幅值相等两侧电压相量幅值相等可以得到脉动电压：可以得到脉动电压：9/11/202422North China Electric Power University1 1 脉动电压脉动电压QF两侧电压相量幅值不相等两侧电压相量幅值不相等（2）QF两侧电压相量幅值不相等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：应用三角函数可以得到脉动电压：9/11/202423North China Electric Power Uni
20、versity1 1 脉动电压脉动电压利用脉动电压检测准同期并列条件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利用脉动电压检测准同期并列条件 在脉动电压波形中，载有准同期并列所需检测的信息在脉动电压波形中，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）电压幅值差（随时间变化的规律） 频率差（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）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。的信息和选择合适的合闸信号发出时间。9/1
21、1/202424North China Electric Power University2 2 脉动电压脉动电压并列检测电压幅值差并列检测电压幅值差1、并列检测条件之一、并列检测条件之一电压幅值差：电压幅值差：电压幅值差电压幅值差 对应于脉动电压对应于脉动电压 波形的最小幅波形的最小幅值值通过对通过对 的测量就可以判断的测量就可以判断QF两端电压幅值差是否两端电压幅值差是否超出允许值。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，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。作为并列条件之一。9/11/202425North China Electric
22、 Power University2 2 脉动电压脉动电压并列检测频率差并列检测频率差 与与 之间的频率差就是脉动电压之间的频率差就是脉动电压 的频率的频率 ，他与滑差角频率他与滑差角频率 存在关系：存在关系： 反映了频率差反映了频率差 的大小，要求的大小，要求 小于允许值，就小于允许值，就相当于要求脉动电压周期相当于要求脉动电压周期 大于一个给定值。大于一个给定值。例如：设滑差角频率例如：设滑差角频率 测量测量 的值可以检测出发电机组与电网之间滑差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。角频率的大小，即频率差的大小。9/11/202426North China El
23、ectric Power University2 2 脉动电压脉动电压并列检测合闸相角差并列检测合闸相角差最最理想的合闸瞬间是在理想的合闸瞬间是在 与与 两相量重合的瞬间。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，这一段时间称为要有一个提前量，这一段时间称为“越前时间越前时间”提提前前量量恒定越前相角恒定越前相角恒定越前时间恒定越前时间在在两相量重合之前恒定角度两相量重合之前恒定角度 发出合闸信号发出合闸信号在在两相量
24、重合之前恒定时间两相量重合之前恒定时间 发出合闸信号发出合闸信号广泛应用广泛应用合闸回路具有合闸回路具有固定动作时间固定动作时间9/11/202427North China Electric Power University2 恒定越前时间准同期并列恒定越前时间准同期并列在理论上，按照恒定越在理论上，按照恒定越前时间进行并列合闸，前时间进行并列合闸，可以使合闸相角差为零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、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。相角误差。9
25、/11/202428North China Electric Power University3 恒定越前时间并列装置的整定计算恒定越前时间并列装置的整定计算1、越前时间：、越前时间：2、允许电压差：、允许电压差：3、允许滑差角频率：、允许滑差角频率：最大时间误差下，最大时间误差下，冲击电流不越界。冲击电流不越界。9/11/202429North China Electric Power University 某发电厂采用自动准同期并列方式与系统进行某发电厂采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参数已经归算到以发电机额定容量为并列，系统的参数已经归算到以发电机额定容量为基准的标幺值。一次
26、系统的参数为：发电机交轴次基准的标幺值。一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗暂态电抗 为为0.1250.125，系统的等值机组的交轴次，系统的等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗为暂态电抗与线路电抗为0.250.25，断路器合闸时间，断路器合闸时间 为为0.5s0.5s，他的最大可能误差时间为他的最大可能误差时间为 ，自动并列装置最大误差时间为自动并列装置最大误差时间为0.05s0.05s，待并发电机待并发电机允许的冲击电流为允许的冲击电流为 试计算允许合闸误差角试计算允许合闸误差角 允许滑差角频率允许滑差角频率 相应的脉动电压周期相应的脉动电压周期4 例题例题9/11/202430North
27、 China Electric Power University第二章 同步发电机的自动并列l一、概述(同步并列和准同期概念)l二、准同期并列的基本原理l三、自动并列装置的工作原理n并列信号的检测：u整步电压、半波和全波线性整步电压整步电压、半波和全波线性整步电压u频率差和电压差的检测频率差和电压差的检测n并列合闸控制n并列装置的控制逻辑n频率差/电压差调整l四、微机并列装置9/11/202431North China Electric Power University三、自动并列装置的工作原理三、自动并列装置的工作原理9/11/202432North China Electric Power
28、 University1 并列的检测信号并列的检测信号 1 整步电压整步电压正弦型整步电压正弦型整步电压正弦型整步电压与正弦型整步电压与相角差相角差和和电压差值电压差值有关有关线性整步电压线性整步电压9/11/202433North China Electric Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 1 整步电压整步电压射极跟随器射极跟随器半波线性整步电压半波线性整步电压9/11/202434North China Electric Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 1 整步电压整步电压半波线性整步电压半波线性整步电压9/11/202
29、435North China Electric Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 1 整步电压整步电压半波线性整步电压半波线性整步电压理想波形理想波形只反映发电机和系统电压间只反映发电机和系统电压间的相角差特性，与电压幅值的相角差特性，与电压幅值无关。无关。滤波器时间常数影响相移滤波器时间常数影响相移9/11/202436North China Electric Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 1 整步电压整步电压全波线性整步电压全波线性整步电压射极跟随器射极跟随器9/11/202437North China Electric
30、Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 1 整步电压整步电压全波线性整步电压全波线性整步电压 比较半波线性整步比较半波线性整步电压，全波线性整步电压，全波线性整步电压多了一倍矩形脉电压多了一倍矩形脉冲，从而可以减少滤冲，从而可以减少滤波器时间常数波器时间常数9/11/202438North China Electric Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 2 相角差相角差(数字式数字式) 在整步电压的产生在整步电压的产生电路中，矩形波的宽度电路中，矩形波的宽度与并列电源波形的相角与并列电源波形的相角差相对应。把矩形宽度差相对应。把矩形宽度
31、实时记录，就是相角差实时记录，就是相角差的运动轨迹。的运动轨迹。9/11/202439North China Electric Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 3 频率差频率差相角差的运动轨迹中含有滑差角频率的信息相角差的运动轨迹中含有滑差角频率的信息频率差检测可以直接测量两个并列电压频率频率差检测可以直接测量两个并列电压频率频频率率差差检检测测含机组加速度含机组加速度(稳定性稳定性)信息信息9/11/202440North China Electric Power University1 并列的检测信号并列的检测信号 4 电压差电压差电电压压差差检检测测直接
32、通过计算机直接通过计算机接口读入两个电接口读入两个电压值后进行计算压值后进行计算通过电路比较两通过电路比较两个电压值的大小个电压值的大小后读入计算机后读入计算机9/11/202441North China Electric Power University2 并列合闸控制并列合闸控制 恒定越前时间恒定越前时间数字式自动并列装置数字式自动并列装置 数字式自动并列装置利用严密的数学模型，计算出数字式自动并列装置利用严密的数学模型，计算出恒定越前时间，具有相当的准确性。恒定越前时间，具有相当的准确性。很方便地计及了很方便地计及了加速度的情况加速度的情况为计算点的滑差角速度为计算点的滑差角速度分别为本
33、计算点和上一次计算点的角度值分别为本计算点和上一次计算点的角度值两两计算点间的时间计算点间的时间CPU发出合闸信号到断路器主触头闭合时需经历的时间发出合闸信号到断路器主触头闭合时需经历的时间9/11/202442North China Electric Power University2.并列合闸控制并列合闸控制 恒定越前时间恒定越前时间计算最佳的合闸越前相角计算最佳的合闸越前相角是是发出合闸发出合闸信号信号对对下一个计算点的相角值下一个计算点的相角值进行预测，推算出进行预测，推算出 否否是是否否9/11/202443North China Electric Power University3
34、 控制逻辑控制逻辑9/11/202444North China Electric Power University主要内容小结l同步并列和准同期的基本概念同步并列和准同期的基本概念l同步发电机并列的基本原则同步发电机并列的基本原则l准同期并列理想条件准同期并列理想条件/偏离理想条件分析偏离理想条件分析l自同期并列自同期并列l脉动电压、滑差电压脉动电压、滑差电压l恒定越前时间、恒定越前相角恒定越前时间、恒定越前相角l恒定越前时间并列装置的整定计算恒定越前时间并列装置的整定计算l整步电压、半波和全波线性整步电压整步电压、半波和全波线性整步电压l频率差和电压差的检测频率差和电压差的检测l并列装置的控制逻辑并列装置的控制逻辑原理原理实现实现技技 术术9/11/202445North China Electric Power University
