第二章同步发电机的自动并列1.

1电路示意图GGUXUQF~第一节概述一台发电机组在未投入系统运行之前，它的电压uG与并列母线电压ux的状态量往往不相等，须对待并发电机组进行适当的调节，使之符合并列条件,并将断路器QF合闸作并网运行,这一系列操作为并列操作。第二章同步发电机的自动并列一并列操作21并列操作的意义1)随着负荷的波动，电力系统中发电机运行的台数经常要变动。2)当系统发生某些事故时，也常要求将备用发电机组迅速投入电网运行。3)电力系统的容量在不断增大，同步发电机的单机容量也越来越大，大型机组不恰当的并列操作将导致严重后果。因此，对同步发电机的并列操作进行研究，提高并列操作的准确度和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。32母线电压的状态量母线电压瞬时值:ftUtUumm2sinsin幅值频率初相角a)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l一2倍的额定电流。b)发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。3同步发电机组并列时应遵循的原则：自同期：只有在系统发生故障情况下采用准同期：一般在系统正常运行情况下采用4并列方法4二同步的基本概念同步是同步发电机并列运行的前提同步：电力系统中的同步是指各并列运行的同步发电机的1）转子以相同的电角度旋转，2）相角差不超过允许值，3）发电机出口的归算电压近似相等。特征：电气距离Z=0Δu=0，Δf=0，δ=0电气距离Z≠0u1*=u2*，Δf=0，δ≤δal5三准同期并列(a)电路示意图GGUXUQF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，调节待并发电机组的状态参数使之符合并列条件并进行合闸操作。在(a)图中，QF为并列断路器。并列断路器合闸之前，QF两侧电压的状态量一般不相等，须对发电机组G进行控制使它符合并列条件，然后发出QF的合闸信号。GUGU6SUSUGUSUXUOGXe(b)相量图设发电机电压的角频率为G，电网电压的角频率为x，它们间的相量差为。(a)图中由于QF两侧电压的状态量不相等，QF主触头间具有电压差如（b)图示。滑差电压：当系统频率和发电机频率不相等时，系统电压和发电机电压瞬时值之差称为滑差电压滑差角频率：即电角速度之差。ωs=ωG–ωx=2πfs71发电机并列的理想条件0exGxGffUUSU电压幅值相等频率相等相角差为零即并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。XXGUXUQFSU(C)等值电路图GX(C)图为计算并列时冲击电流的等值电路。当电网参数一定时，冲击电流决定于合闸瞬间的值。最理想情况的值为零，这时QF合闸的冲击电流也就等于零。SU82发电机并列时偏离理想条件所引起的后果1）电压幅值差0eXGXGffUUhhmXdXGhIiXXUUI28.1冲击电流的有效值:冲击电流最大瞬时值:GUxUhI冲击电流性质：主要为无功电流分量危害：定子绕组端部受力大引起后果：SU92）合闸相角差0eXGXGffUUhhmeXqqeXqGhIiXXEXXUI28.12sin22sin2eGUxUSUhI冲击电流的有效值:冲击电流最大瞬时值:冲击电流性质：主要为有功电流分量危害：机组转轴受到很大冲击力引起后果：103）频率不相等SSSXGSseGSGXGGsXGXGGsXXGGsfTtUuUtUtUUttUutUtUu212cos2sin22sin22sin22cos2sin20sinsin2121滑差角频率滑差频率脉动周期脉动电压:假定:脉动电压的幅值:UsusTstXUsUGU2tX1tGe,GXGXUUff引起后果：会对机组造成冲击，引起暂态，严重时导致失步113并列的同步过程1)ab,发电机状态,减速,GX2)b点,G=X，发电机状态,G会继续减小3)bao,GX，减速,则δ减小仍为正4)o点后,δ开始变负,交换功率为负,电动机状态,加速，GX5)oc,δ反方向运动,G增大,但GX6)c点G=X,电动机状态,加速,G继续增大7)co,δ仍为负,电动机状态,G继续增大8)O点后,δ开始变正,交换功率为正,发电机状态,减速,G会减少,但GX发电机电压超前电网电压：发电机发出功率，发电机处于制动而减速发电机电压滞后电网电压：发电机吸收功率，发电机将加速故交换功率方向与相角差δe正负有关设原动机的输入功率恒定不变，GX,令合闸时的相角差为δe0(图中a点)，为超前状态。12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，且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SE，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。励磁开关SEUEXUQFGXxGU～四自同期并列操作（已很少采用）转子绕组13控制操作非常简单，在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用机组投入电网运行。1优点：XdXhXXUIdXdXGXXXUU2缺点：1)自同期并列方式不能用于两个系统间的并列操作。2)在投入瞬间，相当于电网经发电机次暂态电抗短路，因而引起较大的冲击电流。3)发电机母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作将产生影响。14第二节准同期并列的基本原理1脉动电压的幅值US2sin2tUUUUSXSXGTs1Ts2tUstUUUUUUUSXGXGSXGcos222Ts1Ts2XGUUXGUUtUs（1）电压幅值差2利用脉动电压us检测准同期并列的条件一脉动电压(1)(2)(1)(2)s1s2s1s2通过对Usmin的测量就可以判断电压幅值差是否超出允许范围。[应小于（0.1~0.15）Ue])12(2ntntSeSeXGSXGSUUUUUUminSXGUUU15反映了频率差的大小。要求小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期Ts大于某一个给定值。例如，设滑差角速度的允许值为0.2％，即则（rad/s）对应的脉动电压周期Ts的值为所以Us的脉动周期Ts大于10s才满足小于0.2％的要求。sy2.010022.0fNsy2.0ssTsys102sfssN（2）频率差SSSTf21测量Ts可以检测待并发电机组与电网间的滑差角速度s的大小，即频率差大小。16（3）合闸相角差YJ考虑到断路器操作机构和合闸回路控制电器的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合间信号，即取一提前量，这一段时间称为“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，故称为“恒定越前时间”。1）恒定越前时间2）恒定越前相角准同期并列装置采用的提前量有两种：在两电压相量重合之前的恒定时间发出合闸信号的，称恒定越前时间在两电压相量重合之前的恒定相角发出合闸信号的，称恒定越前相角YJt17二自动准同期装置(1)检测电压间的滑差角频率,且调节发电机的转速,使发电机的频率接近于系统频率。(2)检测电压值差,且调节发电机的电压,使两电压的差值小于规定允许值。(3)检查并列条件,当频率、电压条件满足时选择合适时间发出合闸信号。1三个控制单元电源G升速减速升压降压并列断路器合闸频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元与门提前量信号形成电压差允许频率差允许合闸信号182准同期并列装置按自动化程度可分为(1)半自动准同期并列装置这种并列装置没有频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元。并列时，待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整，当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就在合适的时间发出合闸信号。它与手动并列的区别仅仅是合闸信号由该装置经判断后自动发出，而不是由运行人员手动发出。(2)自动准同期并列装置在有人值班的发电厂中，发电机的电压往往由运行人员直接操作控制，不需配置电压差控制单元在无人值班的发电厂中，自动准同期并列装置需设置具有电压自动调节功能的电压差控制单元。当同步发电机并列时，发电机的频率或频率和电压都由并列装置自动调节，使它与电网的频率、电压间的差值减小，当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。193准同期并列装置两种原理按提前量的不同恒定越前相角恒定越前时间2sin2eXSXGUUUU321ssstUstQFtQFtQFs1s2＝sy0s3UAYJYJYJQFYJsyt01)恒定越前相角YJ1,sssyoe当时合闸相角差在零之后2,0sssyoe当时合闸相角差为3,sssyoe当时合闸相角差在零之前203准同期并列装置两种原理321ssstUstYJtYJtYJs1s2s31YJ2YJ3YJ2)恒定越前时间tyJtyJ=tQF+tctc自动装置合闸信号输出回路的动作时间tQF断路器的合闸时间0eYJYJSt在之前的恒定时间发出合闸信号，其对应的越前相角值随而变化恒定越前时间装置理论上可以使合闸相角差等于零。实际上因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存在着分散性。因而并列时会有合闸相角误差214恒定越前时间并列装置的整定计算1)越前时间tYJ2)允许电压差3)允许滑差角频率YJcQFttt自动装置合闸信号输出回路的动作时间并列断路器的合闸时间自动并列装置的动作误差时间断路器的动作误差时间一般定为(0.1一0.15)UNeysycQFtt2arcsin21.82hmqXeyqiXXE22例2-1某发电机采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参数已归算到以发电机额定容量的标么值。一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗为0.125；系统等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗为0.25；断路器合闸时间＝0.5s，它的最大可能误差时间为±20％；自动并列装置最大误差时间为±0.05s；待并发电机允许的冲击电流值。试计算允许合闸误差角、允许滑差角速度，与相应的脉动电压周期。XqtQFGNhIi2''maxeysyTstQFey05.128.1225.0125.012arcsin2ey＝199.00992.0arcsin2（rad）即为4.11解1）允许合闸误差角sy2）允许滑差角速度1.02.05.0tQF断路器合闸动作误差时间05.0tc（s）自动并列装置的误差时间(S)所以33.115.0199.0sy（rad/s）如果滑差角速度采用标么值表示，则1042.050233.122*fesysyTs3）脉动电压周期7.433.122sysT（s）)rad(E.XXiarcsin''qx''q''maxhey28122因故23第三节自动并列装置的工作原理一并列装置控制逻辑必须在越前时间信号到达之前完成频率差和电压差的检测任务，作出是否让越前时间信号通过与门Y1的判断。电压差频率差判别区tYJtUs或非门提前时间信号电压差不允许频率差不允许合闸信号与门或非门提前时间信号电压差不允许频率差不允许合闸信号与门或非门提前时间信号电压差不允许频率差不允许合闸信号与门100010110001100010110001BCDAY1H1BCDECBDDAE24基本原理：1、其中任何一个不符合并列条件，那么由或非门Hl输出的非逻辑使与门Yl闭锁，因而所产生的越前时间信号不能通过与门Y1，也就不能发出合闸信号。2、只有在滑差角频率和电压差都符合并列条件的情况下，越前时间信号才能