第二講同步發電機的自動并列肖仕武Office:J5B309Tel:80794899NorthChinaElectricPowerUniversity2/542024/1/30第二章同步發電機的自動并列

重點講解發電機同步準同期并列的自動化原理.這是將同步發電機投入電網進行并列運行以組成電力系統的基本步驟.NorthChinaElectricPowerUniversity3/542024/1/30第二章同步發電機的自動并列一、概述(同步并列和準同期概念)二、準同期并列的基本原理三、自動并列裝置的工作原理四、微機并列裝置NorthChinaElectricPowerUniversity4/542024/1/30第二章同步發電機的自動并列一、概述(同步并列和準同期概念)同步并列和準同期的基本概念同步發電機并列的基本原則準同期并列理想條件偏離理想條件三種情況下的后果自同期并列二、準同期并列的基本原理三、自動并列裝置的工作原理四、微機并列裝置NorthChinaElectricPowerUniversity5/542024/1/30一、同步并列與準同期發電機投入電力系統參加并列運行的操作稱為“并列操作”。同步發電機的并列操作稱為“同期”。以近于同步運行條件進行的并列操作稱為“準同期”。發電廠將一臺發電機組用準同期方式并入電廠母線。將電力系統的兩部分用準同期的方式進行并列。并列操作NorthChinaElectricPowerUniversity6/542024/1/30同步發電機并列需遵循的基本原則1、并列斷路器合閘時，沖擊電流應盡可能小，其瞬時最大值一般不超過1-2倍的額定電流。2、發電機并入電網后，應能迅速進入同步運行狀態，其暫態過程要短，以減少對電力系統的擾動。NorthChinaElectricPowerUniversity7/542024/1/30同步發電機的并列方法同步發電機的并列方法準同期并列自同期并列在電力系統正常運行的情況下，一般采用準同期并列方法將發電機組投入運行。只有當電力系統發生故障時，為了迅速投入水輪發電機組，過去曾采用自同期并列方法。由于微機型數字式自動并列方法已經趨于成熟，現在也用準同期并列方法投運水輪發電機組。NorthChinaElectricPowerUniversity8/542024/1/30同步發電機并列的理想情況發電機端電壓為電網電壓為兩者之間的相量差為當電網參數一定時，沖擊電流就取決于合閘瞬間的值最理想的情況就是的值為零，此時，QF合閘沖擊電流為零。NorthChinaElectricPowerUniversity9/542024/1/30同步發電機并列的理想條件發電機并列的理想條件——

并列斷路器兩側電源電壓的三個狀態量全部相等。或1、頻率相等2、電壓幅值相等3、相角差為零此時，合閘沖擊電流為零，并列后發電機可以立即與電網同步運行，不會出現擾動現象。

實際上，待并發電機組調節系統很難實現理想條件；在實際的操作中也沒有這樣的苛求。只要合閘沖擊電流小，不危及電氣設備，合閘后機組迅速進入同步運行，對電網影響小，不致于引起任何不良后果即可。NorthChinaElectricPowerUniversity10/542024/1/30實際并列條件之一——電壓幅值差并列時的電氣狀態：可以計算得到沖擊電流最大瞬時值：沖擊電流主要為無功電流分量。發電機電壓、電網電壓的有效值發電機直軸次暫態電抗NorthChinaElectricPowerUniversity11/542024/1/30實際并列條件之一——電壓幅值差沖擊電流的電動力對發電機組的繞組產生影響，而定子繞組端部機械強度最弱，需特別注意對其造成的危害。并列操作是正常操作，沖擊電流最大瞬時值限制在1-2倍的額定電流以下。為了保證機組的安全，我國規定電壓差并列沖擊電流不允許超過機端短路電流的1/20~1/10。據此，得到同期并列的一個條件：電壓差Us不能超過額定電壓的5%~10%.現在的一些大型發電機組規定電壓差不超過1%,以盡量避免無功沖擊電流NorthChinaElectricPowerUniversity12/542024/1/30實際并列條件之二——合閘相角差并列時的電氣狀態：計算得到沖擊電流最大瞬時值：電網電壓的有效值發電機交軸次暫態電抗沖擊電流主要為有功電流分量。NorthChinaElectricPowerUniversity13/542024/1/30實際并列條件之二——合閘相角差在有相角差的情況下合閘后，發電機與電網間立刻進行有功功率的交換，使得發電機組的聯軸受到沖擊，這對于發電機組和電網均產生不利影響，為了保證機組安全，一般將有功沖擊電流限制在較小的范圍內。例如：一般規定，汽輪發電機組不允許因相角差產生的沖擊電流值為發電機空載時突然發生機端短路的沖擊電流值的1/10可以得到最大允許并列誤差角：NorthChinaElectricPowerUniversity14/542024/1/30實際并列條件之三——頻率差并列時的電氣狀態：斷路器QF兩側的電壓差為脈動電壓：脈動電壓的幅值NorthChinaElectricPowerUniversity15/542024/1/30實際并列條件之三——頻率差

是幅值為,頻率接近工頻的交流電壓波形。脈動電壓周期、滑差頻率、滑差角頻率都可以用于表示待并發電機的頻率與電網之間或兩并列電網頻率之間的相差程度。NorthChinaElectricPowerUniversity16/542024/1/30實際并列條件之三——頻率差此時的合閘相角差是時間的函數，與發出合閘時間有關。若發出合閘信號的時刻不恰當，就會產生較大的沖擊電流，若發出合閘信號的時刻恰當，就會在QF兩側電壓相量重合時合閘，沖擊電流為零。若并列時頻率差較大，即使合閘相角差很小，滿足要求，也需要發電機經歷一段時間的加速或者減速過程，才能實現同步。加速或減速力矩會對機組造成沖擊，嚴重時甚至會導致失步。我國在發電廠進行人工手動并列操作時，一般限制滑差周期在10S~16S之間。NorthChinaElectricPowerUniversity17/542024/1/30同步發電機并列的同步過程分析發電機發出功率發電機吸收功率NorthChinaElectricPowerUniversity18/542024/1/30自同期并列自同期并列就是將一臺未加勵磁電流的發電機組升速到接近于電網頻率，滑差角頻率不超過允許值，而且，在機組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上并列斷路器QF,接著立刻合上勵磁開關，給轉子加上勵磁電流，在發電機電動勢逐漸增長的過程中，由電力系統將并列發電機拉入同步狀態。優點：控制操作非常簡單，不需要選擇合閘時刻。

在電力系統發生故障、頻率波動較大的情況下，應用自同期并列可以迅速把備用的水輪機組投入電網，因此，曾作為系統事故的重要措施之一。NorthChinaElectricPowerUniversity19/542024/1/30自同期并列的缺點1、自同期并列方式不能用于兩個系統間的操作。2、發電機以自同期方式投入電網。在投入瞬間，未加勵磁電流的發電機接入電網，相當于電網經過發電機次暫態電抗形成短路，因而不可避免出現較大的沖擊電流。3、發電機母線電壓瞬時下降對其他用電設備的正常工作產生影響，自同期并列方法也受到限制。自同期并列方法現在已經很少采用。NorthChinaElectricPowerUniversity20/542024/1/30第二章同步發電機的自動并列一、概述(同步并列和準同期概念)二、準同期并列的基本原理脈動電壓、滑差電壓恒定越前時間、恒定越前相角恒定越前時間并列裝置的整定計算例子三、自動并列裝置的工作原理四、微機并列裝置NorthChinaElectricPowerUniversity21/542024/1/30二、準同期并列的基本原理并列斷路器QF主觸頭閉合瞬間所出現的沖擊電流值以及進入同步運行的暫態過程，取決于合閘時的脈動電壓和滑差角頻率。準同期并列主要對脈動電壓和滑差角頻率進行檢測和控制，并且選擇合適的時間發出合閘信號，使得合閘瞬間的脈動電壓在于允許值之內。檢測的信息主要取自并列斷路器QF兩側的電壓，而且主要是對脈動電壓進行檢測并提取信息。NorthChinaElectricPowerUniversity22/542024/1/301脈動電壓—

QF兩側電壓相量幅值相等（1）QF兩側電壓相量幅值相等可以得到脈動電壓：NorthChinaElectricPowerUniversity23/542024/1/301脈動電壓—QF兩側電壓相量幅值不相等（2）QF兩側電壓相量幅值不相等應用三角函數可以得到脈動電壓：NorthChinaElectricPowerUniversity24/542024/1/301脈動電壓—利用脈動電壓檢測準同期并列條件（3）利用脈動電壓檢測準同期并列條件

在脈動電壓波形中，載有準同期并列所需檢測的信息——電壓幅值差（隨時間變化的規律）頻率差（隨時間變化的規律）相角差（隨時間變化的規律）

利用脈動電壓可以為自動并列裝置提供鑒別并列條件的信息和選擇合適的合閘信號發出時間。NorthChinaElectricPowerUniversity25/542024/1/302脈動電壓—并列檢測電壓幅值差1、并列檢測條件之一——電壓幅值差：電壓幅值差對應于脈動電壓波形的最小幅值通過對的測量就可以判斷QF兩端電壓幅值差是否超出允許值。為了限制并網合閘時的沖擊電流，設定電壓幅值差限制，作為并列條件之一。NorthChinaElectricPowerUniversity26/542024/1/302脈動電壓—并列檢測頻率差

與之間的頻率差就是脈動電壓的頻率，他與滑差角頻率存在關系：

反映了頻率差的大小，要求小于允許值，就相當于要求脈動電壓周期大于一個給定值。例如：設滑差角頻率

測量的值可以檢測出發電機組與電網之間滑差角頻率的大小，即頻率差的大小。NorthChinaElectricPowerUniversity27/542024/1/302脈動電壓—并列檢測合閘相角差最理想的合閘瞬間是在與兩相量重合的瞬間。

考慮到斷路器操動機構和合閘回路控制電器的固有時間，必須在兩電壓相量重合之前發出合閘信號，即需要有一個提前量，這一段時間稱為“越前時間”提前量恒定越前相角恒定越前時間在兩相量重合之前恒定角度發出合閘信號在兩相量重合之前恒定時間發出合閘信號廣泛應用合閘回路具有固定動作時間NorthChinaElectricPowerUniversity28/542024/1/302恒定越前時間準同期并列在理論上，按照恒定越前時間進行并列合閘，可以使合閘相角差為零

由于裝置的越前信號時間、出口繼電器動作時間、斷路器的合閘時間都存在分散性，故而并列時會有合閘相角誤差。NorthChinaElectricPowerUniversity29/542024/1/303恒定越前時間并列裝置的整定計算1、越前時間：2、允許電壓差：3、允許滑差角頻率：最大時間誤差下，沖擊電流不越界。NorthChinaElectricPowerUniversity30/542024/1/30

某發電廠采用自動準同期并列方式與系統進行并列，系統的參數已經歸算到以發電機額定容量為基準的標幺值。一次系統的參數為：發電機交軸次暫態電抗為0.125，系統的等值機組的交軸次暫態電抗與線路電抗為0.25，斷路器合閘時間為0.5s，他的最大可能誤差時間為，自動并列裝置最大誤差時間為±0.05s，待并發電機允許的沖擊電流為

試計算允許合閘誤差角允許滑差角頻率相應的脈動電壓周期4例題NorthChinaElectricPowerUniversity31/542024/1/30第二章同步發電機的自動并列一、概述(同步并列和準同期概念)二、準同期并列的基本原理三、自動并列裝置的工作原理并列信號的檢測：整步電壓、半波和全波線性整步電壓頻率差和電壓差的檢測并列合閘控制并列裝置的控制邏輯頻率差/電壓差調整四、微機并列裝置NorthChinaElectricPowerUniversity32/542024/1/30自動裝置——補充模擬型機電型電磁型電子(晶體管)型數字型(微機)增加的功能：計數，存儲，程序運行，計算功能帶來的變化？重點了解歷史，一般了解NorthChinaElectricPowerUniversity33/542024/1/30三、自動并列裝置的工作原理NorthChinaElectricPowerUniversity34/542024/1/301并列的檢測信號—1

整步電壓正弦型整步電壓正弦型整步電壓與相角差和電壓差值有關線性整步電壓NorthChinaElectricPowerUniversity35/542024/1/301并列的檢測信號—1整步電壓射極跟隨器半波線性整步電壓NorthChinaElectricPowerUniversity36/542024/1/301并列的檢測信號—1

整步電壓半波線性整步電壓NorthChinaElectricPowerUniversity37/542024/1/301并列的檢測信號—1

整步電壓半波線性整步電壓理想波形只反映發電機和系統電壓間的相角差特性，與電壓幅值無關。濾波器時間常數影響相移NorthChinaElectricPowerUniversity38/542024/1/301并列的檢測信號—1

整步電壓全波線性整步電壓射極跟隨器NorthChinaElectricPowerUniversity39/542024/1/301并列的檢測信號—1

整步電壓全波線性整步電壓

比較半波線性整步電壓，全波線性整步電壓多了一倍矩形脈沖，從而可以減少濾波器時間常數NorthChinaElectricPowerUniversity40/542024/1/301并列的檢測信號—2

相角差(數字式)

在整步電壓的產生電路中，矩形波的寬度與并列電源波形的相角差相對應。把矩形寬度實時記錄，就是相角差的運動軌跡。NorthChinaElectricPowerUniversity41/542024/1/301并列的檢測信號—3

頻率差相角差的運動軌跡中含有滑差角頻率的信息頻率差檢測可以直接測量兩個并列電壓頻率頻率差檢測含機組加速度(穩定性)信息NorthChinaElectricPowerUniversity42/542024/1/301并列的檢測信號—4

電壓差電壓差檢測直接通過計算機接口讀入兩個電壓值后進行計算通過電路比較兩個電壓值的大小后讀入計算機NorthChinaElectricPowerUniversity43/542024/1/302.并列合閘控制—恒定越前時間模擬式自動并列裝置

恒定越前時間部分由RC組成的比例—微分回路和電平檢測電路構成

在一定勻速滑差范圍內，誤差是比較小的，但是不能用于有加速度滑差的情況。主要是存在微分環節，會使加速度中的噪聲放大，使信號變差而影響正常工作。NorthChinaElectricPowerUniversity44/542024/1/302并列合閘控制—恒定越前時間數字式自動并列裝置

數字式自動并列裝置利用嚴密的數學模型，計算出恒定越前時間，具有相當的準確性。很方便地計及了加速度的情況為計算點的滑差角速度分別為本計算點和上一次計算點的角度值兩計算點間的時間CPU發出合閘信號到斷路器主觸頭閉合時需經歷的時間NorthChinaElectricPowerUniversity45/542024/1/302.并列合閘控制—恒定越前時間計算最佳的合閘越前相角是發出合閘信號對下一個計算點的相角值進行預測，推算出否是否NorthChinaElectricPowerUniversity46/542024/1/303控制邏輯NorthChinaElectricPowerUniversity47/542024/1/304頻率差/電壓差調整頻率差調節的任務：將待并發電機頻率調整到接近于電網頻率，使頻率差滿足并列允許條件，促成并列的實現。頻率差調節頻率差測量調節量控制升速減速發電機轉速以比例調節準則進行調整，輸出的調節脈沖時間與頻率差成比例NorthChinaElectricPowerUniversity48/542024/1/303頻率差/電壓差調整電壓差調節的任務：將待并發電機電壓值自動調整到接近