第1章同步发电机的自动并列

1、 电力系统中的负荷是随机变化的，为保证电能 质量，需要经常将发电机投入和退出运行；另外， 当系统发生某些事故时，也常要求将备用发电机组 迅速投入运行。 在上述情况下，把一台空载运行的发电机经过在上述情况下，把一台空载运行的发电机经过 必要的调节，在满足并列运行的条件下经断路器操必要的调节，在满足并列运行的条件下经断路器操 作与系统并列，这种操作过程称为同步发电机的并作与系统并列，这种操作过程称为同步发电机的并 列操作。列操作。 1-1 概述概述 一、自动并列的意义一、自动并列的意义 1-1 概述概述 一、自动并列的意义一、自动并列的意义 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

2、大，如操作不当将损坏发电机并引起系 统电压波动，严重时可能导致系统振荡，破坏电力系 统稳定运行。因此，同步发电机组在并列时应遵循以 下两个原则： （1）并列断路器合闸时，冲击电流尽可能小，其 瞬时最大值一般不超过发电机额定电流的12倍。 （2）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。 1-1 概述概述 一、自动并列的意义一、自动并列的意义 同步发电机的并列操作方法可分为准同准同 期并列期并列和自同期并列自同期并列两种。 （一）准同期并列（一）准同期并列 准同期并列是指先给待并发电机加上 励磁，使其建立起电压，调整发电机的电压 和频率，在符合同步条

3、件时，合上并列断路 器，将发电机并入系统。 1-1 概述概述 二、同步发电机并列操作的方法二、同步发电机并列操作的方法 SSSmS GGGmG tUu tUu 0 0 sin( )sin( 1-1 概述概述 二、同步发电机并列操作的方法二、同步发电机并列操作的方法 0 e SG SGSG UU ff 或 发电机并入系统的理想条件发电机并入系统的理想条件 （二）自同期并列（二）自同期并列 自同期并列是将一台未加励磁电流的发电机升 速到接近额定转速，发电机电压与系统电压的角频 率差值不超过允许值，且在机组的加速度小于一定 值的前提下，首先合上并列断路器QF，接着立即合 上励磁开关SE，给发电机加上

4、励磁电流，在发电机 电动势逐渐增长的过程中，由系统将并列的发电机 拉入同步运行。 1-1 概述概述 二、同步发电机并列操作的方法二、同步发电机并列操作的方法 Sd S m XX U I 1-1 概述概述 二、同步发电机并列操作的方法二、同步发电机并列操作的方法 由此产生的冲击电流周期分量为由此产生的冲击电流周期分量为 当发电机采用准同期并列时，最理想的并列情况是在断路器 触头合闸的瞬间，发电机电压和系统电压的三个状态量完全相 等，即如式1-2，这样并列过程中产生的冲击电流为零，对系统 不会造成任何扰动。但是，在实际运行中，同时满足式1-2中的 三个条件几乎是不可能的，事实上也没有必要。只要并列

5、时产 生的冲击电流小于规定的允许值，不会危及设备安全，并列过 程中对发电机和系统影响较小，不致引起不良后果，可以允许 三个状态量有一定的偏差。但是，偏差值要控制在一定的允许 范围内。下面分别分析式（1-2）中的任一条件不满足时所产生 的冲击电流。 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期并列条件分析一、准同期并列条件分析 Sd SG m XX UU I mm Ii 28 . 1 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期并列条件分析一、准同期并列条件分析 （一）电压幅值不相等（一）电压幅值不相等 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期

6、并列条件分析一、准同期并列条件分析 e Sq Ge Sq G m XX U XX U I sin 2 sin 2 由于合闸瞬间存在相角差所产生的冲击电流有效值为：由于合闸瞬间存在相角差所产生的冲击电流有效值为： 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期并列条件分析一、准同期并列条件分析 （三）频率不相等（三）频率不相等 )sin()sin( 00SSSmGGGmd tUtUu ) 2 cos() 2 sin(2ttUu SGSG Gmd ) 2 sin(2tUU SG Gmd ) 2 cos(tUu SG dd 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期并

7、列条件分析一、准同期并列条件分析 SGd SGd fff t de 2 sin2 2 sin2 2 sin2 e Sm e Gm d Gmd UU t UU dd d f T 21 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期并列条件分析一、准同期并列条件分析 当 =0时， =0； 当 = 时， =2 e e d U d U SmGm UU2 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期并列条件分析一、准同期并列条件分析 eSmGmSmGmd UUUUUcos2 22 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 一、准同期并列条件分析一、准同期并列条件分析

8、 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 二、准同期并列装置的构成二、准同期并列装置的构成 准同期并列装置主要由频率差控制单元、 电压差控制单元和合闸信号控制单元组成，如 图1-8所示。 （1）频率差控制单元频率差控制单元：其作用是检测发电 机电压与系统电压间的滑差角频率、调节发电 机的转速，使待并发电机的频率接近于系统频 率。 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 二、准同期并列装置的构成二、准同期并列装置的构成 （2）电压差控制单元电压差控制单元：其功能主要是检测 发电机与系统间的电压差、调节发电机电压， 使之与系统电压间的差值小于规定允许值， 以促使并列条件的形成。

9、 （3）合闸信号控制单元合闸信号控制单元：其功能是检查并 列条件，当待并发电机的频率与电压都满足 并列要求时，选择适当的时间发出合闸信号， 使并列断路器主触头接通时，相角差接近于 零或控制在允许的范围内。 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 二、准同期并列装置的构成二、准同期并列装置的构成 发电机的准同期并列装置，按其自动化 程度的不同可以分为以下几种。 （1）手动准同期并列装置 手动准同期并列装置是将供同期操作用 的表计和操作开关装在同步小屏或中央信号 屏上，运行操作人员通过监视电压表、频率 表和整步表，判断待并发电机与系统间的电 压差、频率差的大小并进行调整，当并列条 件满足

10、时，选择合适的时间操作断路器合闸。 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的分类三、准同期并列装置的分类 （2）半自动准同期并列装置 半自动准同期并列装置是指在并列过程 中，待并发电机的电压和频率由运行操作人 员监视和调整，当频率和电压都满足并列条 件时，并列装置自动选择合适的时间发出合 闸信号。它与手动准同期并列的区别是合闸 信号由装置经判断后自动发出，而不是由运 行人员手动合闸。 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的分类三、准同期并列装置的分类 （3）自动准同期并列装置 自动准同期并列装置是在并列过程中， 由装置自动监视发电机

11、与系统间的电压差和 频率差，当电压差和频率差不合格时，由自 动调节单元发出调节脉冲，直到和符合要求 后，自动选择理想的时机发出合闸信号。 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的分类三、准同期并列装置的分类 恒定越前时间恒定越前时间和和恒定越前相角恒定越前相角型准同期并列装置型准同期并列装置 在准同期并列装置中，合闸信号的控制是整个装 置的核心，其控制原则是在电压差和频率差都满足并 列条件的情况下，适时发出合闸信号，使断路器触头 在相角差=0闭合。由于并列装置合闸出口继电器具有 一定的动作时间以及断路器存在固有的合闸时间，因 此，若要在相角差=0的瞬间断路器触头刚

12、好闭合，就 必须在此之前发出合闸信号。根据合闸信号所取提前 量的不同，准同期并列装置又可分为恒定越前相角和 恒定越前时间两种不同类型。 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的分类三、准同期并列装置的分类 (1)恒定越前相角型恒定越前相角型 恒定越前相角准同期并列是指合闸信号的提前量恒定越前相角准同期并列是指合闸信号的提前量 为一恒定的相角为一恒定的相角 ，即在发电机电压相量与系统电压，即在发电机电压相量与系统电压 相量重合（相量重合（ =0）之前）之前 时，发出合闸信号。时，发出合闸信号。 YJ e YJe d YJ YJ t 1-2 准同期并列的基本原理准同期

13、并列的基本原理 三、准同期并列装置的分类三、准同期并列装置的分类 1dd 1d YJ YJ t 12ddd QFC tt YJ t 13ddd QFCYJ ttt 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的分类三、准同期并列装置的分类 （2 2）恒定越前时间准同期并列）恒定越前时间准同期并列 恒定越前时间准同期并列是指合闸信号的提前量为一 恒定的时间，即在发电机电压相量与系统电压相量重合 （ =0）之前 时发出合闸信号。 如果整定 ，则从理论上讲，在不同的 脉振周期，无论 等于多少，都可以保证断路器合闸时 相角差 等于零。 e YJ t QFCYJ ttt d e

14、1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的分类三、准同期并列装置的分类 （1）越前时间 （2）允许电压差 YJ t QFCYJ ttt Nd UU)15. 01 . 0( 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的整定计算三、准同期并列装置的整定计算 （3）允许滑差角频率 G Sqm eY U XXi 28 . 1 )( arcsin QFC eY SY tt 1-2 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 三、准同期并列装置的整定计算三、准同期并列装置的整定计算 1-3 频率差测量及调整频率差测量及调整 一、并列装置的控制逻辑一、并列

15、装置的控制逻辑 1-3 频率差测量及调整频率差测量及调整 二、相角差的检测二、相角差的检测 1 1 2 ii S i i ii S i i ， ， C i f N 1-3 频率差测量及调整频率差测量及调整 二、相角差的检测二、相角差的检测 1-3 频率差测量及调整频率差测量及调整 二、相角差的检测二、相角差的检测 S ii di 2 1 nt S niddi di 2 )( 2 2 1 YJ di YJdiYJ t t t 1-3 频率差测量及调整频率差测量及调整 二、相角差的检测二、相角差的检测 三、频率差的检测 1、利用相角差 的变化轨迹计算频率差 2、直接测量两并列电压的频率 频率差的测

16、量也可通过图1-14所示电路 直接测量得到，利用该电路首先测得两 并列电压频率，然后计算得到频率差值 以及发电机频率高、低的信息。 )(t e 1-3 频率差测量及调整频率差测量及调整 三、频率差的检测三、频率差的检测 C f N T N f f C ) 11 ( SG CSGd NN ffff 在微机型自动准同期并列装置中，电压差检测的方案 可分为两类：一是直接读入UG和UX的值，然后作计算比较； 二是先利用外部输入装置从两个电压互感器的二次侧提取 电压差值和极性信号，然后由CPU读入。 （一）直接读入方式 直接读入方式就是对发电机电压和系统电压采样后读 入主机，然后计算两电压间的差值，判断

17、其是否低于允许 电压差值，并可判别待并发电机电压高于或低于电网电压。 1-4 电压差测量及调整电压差测量及调整 一、电压差的测量一、电压差的测量 1-4 电压差测量及调整电压差测量及调整 一、电压差的测量一、电压差的测量 （二）、直接求取（二）、直接求取UG、UX差值方式差值方式 1-4 电压差测量及调整电压差测量及调整 一、电压差的测量一、电压差的测量 1-4 电压差测量及调整电压差测量及调整 二、电压差的调整二、电压差的调整 在微机型自动准同期并列装置中，恒定越 前时间是通过相角差的测量实现的。首先按式 （1-24）计算求出与恒定越前时间相对应的最 佳越前合闸相角 ，将其与本计算点的 进行

18、比较，理想情况应是当 时， 发出合闸信号，显然要符合上述条件是非常困 难的。 YJ YJi 2 i 1-5 自动准同期并列装置的合闸控制自动准同期并列装置的合闸控制 一、恒定越前时间一、恒定越前时间 如果 （1-27） 即可发出合闸信号。 如果 （1-28） 则继续进行下一点计算，直到逐渐逼近符合式 （1-27）为止。 YJi) 2 ( YJi YJi 2 )2( 1-5 自动准同期并列装置的合闸控制自动准同期并列装置的合闸控制 一、恒定越前时间一、恒定越前时间 YJi YJi 2 )2( 1-5 自动准同期并列装置的合闸控制自动准同期并列装置的合闸控制 二、防止错过最佳合闸时机二、防止错过最佳合闸时机 为避免上述情况发生，在进行本点计算时，可同时按式（1-30） 推算出 所需时间 ，估算一