电力系统自动化第1章_发电机的自动并列

第1章发电机的自动并列第1章发电机的自动并列学习目的：通过本章的学习，理解并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操作的两种方式。掌握准同期并列的理想条件，了解并列误差对并列的影响；掌握模拟式自动准同期装置的基本原理。了解微机准同步装置的基本构成及特点。重点：并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操作的两种方式；准同期并列的理想条件；自动准同期装置的组成；自动准同期装置的基本原理。难点：模拟式自动准同期装置的基本原理。第一节概述一、并列操作的意义1、并列的概念：将一台发电机投入电力系统并列运行的操作，称并列操作。发电机的并列操作又称为“并车”、“并网”、“同期”。第一节概述2、对并列操作的基本要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值不宜超过1~2倍的额定电流。（2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，进入同步运行的暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。准同期并列（一般采用）自同期并列（很少采用）3、并列操作的两种方式并列合闸时流过断路器主触头的电流3、并列操作的方式（1）准同期并列的概念：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，这种方式称为准同期。～G～XXXU.DL系统KMCK´MCRZ（2）自同期并列的概念：将一台未加励磁的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的条件下，先合并列断路器QF，接着合励磁开关，给转子加励磁电流，在发电机电势逐步增长的过程中，由电力系统将并列机组拉入同步运行。3、并列操作的方式～G～XXXU.DL系统KMCK´MCRZ第一节概述二、准同期并列设待并发电机组G已经加上了励磁电流，其端电压为UG，QF为并列断路器，系统的电压为UX，如图(a)所示。调节UG的状态参数使之符合并列条件。sin()muUtΦ准同期并列的电路示意图准同期并列的相量图（－）准同期并列的理想条件(1)fG=fX待并发电机频率与系统频率相等，即滑差(频差)为零；(2)UG=UX待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零；(3)δe=0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。sin()muUtΦ0U-UUXGS三个条件很难同时满足!!•分析机组并列时偏离理想条件所引起的后果第一节概述冲击电流mMhIKImmmMhIIIKI55.228.12.max.概念：在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。计算公式：，KM-冲击系数，发电机端取1.8；—冲击电流有效值，Ih.max-冲击电流最大值。物理意义：它会产生很大的电动力（在电气设备中产生的电动力与其平方成正比），其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。mI（二）并列误差对并列的影响1.电压幅值差对并列的影响①频率fG=fX②相角差δe=0③幅值UG≠UX（1）并列操作时条件（2）向量图sin()muUtΦ1、电压幅值差对并列的影响（3）产生的冲击电流X''dX''d''''max.X55.2X)(28.128.1XXiiSXGchchUUUUGUX——发电机、系统电压有效值；Xd〞---发电机的直轴次暂态电抗。XX---系统等值电抗X''dX''d''XX)(XXiSXGchUUU在只存在电压差的情况下，并列机组产生的冲击电流主要为无功冲击电流。!冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响．由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以须特别注意对它所造成的危害，必须限制冲击电流。结论：我国规定：电压差US不能超过额定电压的5％~10％。现在一些巨型发电机组更规定在0.1％以下，即要求尽量避免无功冲击电流。1、电压幅值差对并列的影响2、合闸相角差对并列的影响XqchSXqSXqXGchchXXUXXUXXUUIII''G''max.G''''''''max.2sinU255.22sinU255.255.228.1而①频率fG=fX②幅值UG=UX③相角差δe≠0（2）产生的冲击电流为：并列时δe一般都很小，UG与UX基本上同相位，所以在只有相角差情况下并列时的冲击电流主要是有功分量。!（1）并列操作时条件抗发电机的交轴次暂态电Xq''当相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量。说明合闸后发电机立刻向电网输出有功功率，使机组联轴受到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的。此时发电机为空载情况3、合闸频率差对并列的影响频差fS：fS＝fG-fX滑差ωs:电角速度之差称为滑差角速度，简称滑差。SSGXG2)(2fffs滑差周期：S12fTss(1)有关的几个概念:它们都是描述两电压矢量相对运动快慢的一组数据。3、合闸频率差对并列的影响在有滑差的情况下，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频率上“同步”。加速或减速力矩会对机组造成冲击。(2)并列操作时条件①相角差δe=0②幅值UG=UX③频率fG≠fX结论：滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限制并列时的滑差。!发电机准同步并列的实际条件：(1)待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电压的5%~10%。(2)在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于5°。(3)待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，频率差不应超过额定频率的0.2%~0.5%。第一节概述三、自同期并列1、概念：将一台未加励磁的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的条件下，先合并列断路器QF，接着合励磁开关，给转子加励磁电流，在发电机电势逐步增长的过程中，由电力系统将并列机组拉入同步运行。由于自同期并列合闸时发电机尚无励磁，所以在断路器闭合的瞬间相当于电力系统通过发电机定子绕阻金属性三相短路，冲击电流较大。三、自同期并列2、优点：操作简单，并列迅速，易于实现自动化。3、缺点:冲击电流大，对电力系统扰动大，不仅会引起电力系统频率振荡，而且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降。4、适用：（规程规定）①对于一切水轮发电机、同步调相机、发变组方式连接的汽轮发电机及小容量的汽轮发电机只要其端部固定良好，可采用自同期。②对于3000KW以上与母线直接连接的汽轮发电机，需要验算：要求：自同期合闸冲击电流产生的电动力不超过发电机出口三相短路时所产生电动力的一半。第二节准同期并列的基本原理=======基本知识点=======脉动电压自动准同期装置组成准同期并列合闸信号的控制第二节准同期并列的基本原理一、脉动电压两电压幅值相等与XGUU（一）(ωG与ωX不等)）则的幅值）为电压令））得：，应用积化和差公式可设初始角t2cos(Ut2sin(2Ut2cos(t2sin(20)tsin(U-)tsin(xGSSxGGSxGxGGS212xX1GGSuuUUuUusus可看成是幅值为Usm，频率接近工频的交流电压波形。1、目标：找一电量，包含同步三条件信息。第二节准同期并列的基本原理2、由于ωG与ωX不等tse两电压相量间的相角差：）））2sin(22sin(22tsin(2UexeGsGSUUUeSGeSG0~U02U~2U2U0当相角差从变动时，的幅值相应的从变到最大值当相角差从变动时，的幅值又从最大值变到由此可见，Us为正弦脉动波，又称脉动电压，最大幅值为2UG或2UXSeT的时间称脉动周期变动2XGS第二节准同期并列的基本原理Us波形图如下：相量图如下：SU第二节准同期并列的基本原理两电压幅值不相等与XGUU（二）此时可求得US的值为：tcosU2U-UUUSGX2G2XS为两电压幅值和。时，当为两电压幅值差；时，当XGSXGSUUUU-UU0ttssus波形图如下：第二节准同期并列的基本原理（三）利用脉动电压us检测准同期并列的条件1、电压幅值差为两电压幅值差XGSminU-UU2、频率差S12fTss要求ωs小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期TS大于某一个给定值。第二节准同期并列的基本原理（三）利用脉动电压us检测准同期并列的条件3、合闸相角差δe的控制（1）越前时间考虑到断路器操动机构和合闸控制回路的固有动作时间，必须在两电压相量重和之前发出合闸信号，即取一提前量。这一段时间一般称为“越前时间”。（2）恒定越前时间由于越前时间只需按断路器的合闸时间(准同期装置的动作时间可忽略)进行整定，整定值和滑差及压差无关，故称其为“恒定越前时间”。第二节准同期并列的基本原理二、自动准同期装置1、自动准同期装置的组成(1)频差控制单元(2)电压差控制单元(3)合闸信号控制单元注意：掌握每一个组成单元的任务！检测UG与UX间的滑差角频率，且调节发电机转速，使发电机电压的频率接近于系统频率。检测UG与UX间的电压差，且调节发电机电压UG，使它与UX间的电压差小于规定值。检测并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，控制单元就选择合适的时间(恒定越前时间）发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差为零。第二节准同期并列的基本原理2、自动准同期装置的类型（按自动化程度分类）半自动准同期并列自动准同期并列半自动准同期并列调压：手动调频：手动合闸：自动全自动准同期并列调压：自动调频：自动合闸：自动第二节准同期并列的基本原理三、准同期并列合闸信号的控制YJt1、越前时间YJtQFYJtttc第二节准同期并列的基本原理三、准同期并列合闸信号的控制2、允许滑差角速度YJtsYJ当tYJ为定值时，发出合闸脉冲时的越前相角与ωs成正比在δe等于零之前的恒定时间tYJ发出合闸信号，它对应的越前相角δYJ的值是随ωs而变化的。（1）理想情况，合闸时δe应为零第二节准同期并列的基本原理三、准同期并列合闸信号的控制2、允许滑差角速度（1）实际上，合闸时很难做到δe为零允许δe存在误差，设其最大允许合闸相角为δey此时，最大允许滑差为ωsy。QFceyYJeysytttXqychXXI''eG''max.2sin2U55.2XqchXXI''eyq''max.2sin2E55.2所以三、准同期并列合闸信号的控制2、允许滑差角速度第二节准同期并列的基本原理考虑到并列前发电机空载运行，定子电压Eq与δ电势相等。''''''''max28.12)(sina2qXqcheyEXXirc因为δey决定于发电机的允许最大冲击电流Ich''max.考虑并列时电压可能超过额定电压的5％第三节恒定越前时间装置=======基本知识点=======线性整步电压信号的实时检测频率差和电压差的调整合闸信号控制逻辑最佳恒定越前时间第三节恒定越前时间并列装置脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：电压幅值差、频率差和合闸相角差。但是，在实际装置中，却不能利用它检测并列条件。）））2sin(22sin(22tsin(2UexeGsGSUUU因为它的幅值与发电机电压及系统电压有关。这就使得利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号时间误差不准，从而成为引起合闸误差的原因之一。tcosU2U-UUUSGX2G2XSXGUU若：1、脉动电压）））2sin(22sin(22tsin(2UexeGsGSUUU若XGUU：第三节恒定越前时间并列装置tcosU2U-UUUSGX2G2XS特点：脉动电压不仅是相角差的函数，还与电压差有关。此并列条件检测引入误差成为合闸误差的原因之一。应用：早期曾采用，现已被“线性整步电压”替代。第三节恒定越前时间并列装置一、