電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理

1、電能系統(tǒng)基礎(chǔ)電能系統(tǒng)基礎(chǔ) 東南大學(xué)電氣工程系 第第 五五 講講 主講教師：陳主講教師：陳 中中 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 準(zhǔn)同期并列的基本原理準(zhǔn)同期并列的基本原理 第三節(jié)第三節(jié) 自動(dòng)并列裝置的工作原理自動(dòng)并列裝置的工作原理 第四節(jié)第四節(jié) 頻率差與電壓差的調(diào)整頻率差與電壓差的調(diào)整 第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)字型并列裝置的組成數(shù)字型并列裝置的組成 第二章第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列 一、并列操作的意義一、并列操作的意義 同步運(yùn)行的概念同步運(yùn)行的概念 并列操作的概念并列操作的概念 任一目前電壓瞬時(shí)值可表示為：任一目前電壓瞬時(shí)值可表示為： 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述

2、 )sin(wtuu m 發(fā)電機(jī)并列操作示意圖發(fā)電機(jī)并列操作示意圖 同步發(fā)電機(jī)并列操作是電廠的一項(xiàng)重要操作。同步發(fā)電機(jī)并列操作是電廠的一項(xiàng)重要操作。 電力系統(tǒng)容量越大，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量越大，不恰當(dāng)?shù)牟㈦娏ο到y(tǒng)容量越大，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量越大，不恰當(dāng)?shù)牟?列操作造成的后果越大。列操作造成的后果越大。 發(fā)電機(jī)并列操作應(yīng)該遵循以下原則：發(fā)電機(jī)并列操作應(yīng)該遵循以下原則： 1. 并列瞬間，發(fā)電機(jī)的沖擊電流應(yīng)盡可能小，不應(yīng)超并列瞬間，發(fā)電機(jī)的沖擊電流應(yīng)盡可能小，不應(yīng)超 過(guò)允許值過(guò)允許值（其瞬時(shí)最大值一般不超過(guò)（其瞬時(shí)最大值一般不超過(guò)12倍的額定電倍的額定電 流）流）； 2. 并列后，發(fā)電機(jī)應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行，

3、暫態(tài)過(guò)程要并列后，發(fā)電機(jī)應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行，暫態(tài)過(guò)程要 短短 ，以減小對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)。，以減小對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)。 發(fā)電機(jī)并列操作方法分類(lèi)：發(fā)電機(jī)并列操作方法分類(lèi)： 1. 準(zhǔn)同期并列準(zhǔn)同期并列（廣泛采用，重點(diǎn)介紹）（廣泛采用，重點(diǎn)介紹） 2. 自同期并列自同期并列（已很少采用，只有當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事（已很少采用，只有當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事 故時(shí)，為了迅速投入水輪發(fā)電機(jī)組，采用該方法）故時(shí)，為了迅速投入水輪發(fā)電機(jī)組，采用該方法） 發(fā)電機(jī)并列操作方法介紹發(fā)電機(jī)并列操作方法介紹 1）準(zhǔn)同步并列：）準(zhǔn)同步并列： 發(fā)電機(jī)在并列合閘前已加勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓的幅值、發(fā)電機(jī)在并列合閘前已加勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓的幅值、

4、 頻率、相位分別與并列點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)電壓的幅值、頻率、頻率、相位分別與并列點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)電壓的幅值、頻率、 相位接近相等時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操相位接近相等時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操 作。作。 2）自同步并列：）自同步并列： 將未加勵(lì)磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，隨后將未加勵(lì)磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，隨后 給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、同步力矩的作用給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、同步力矩的作用 下將發(fā)電機(jī)拉入同步，完成并列操作。下將發(fā)電機(jī)拉入同步，完成并列操作。 發(fā)電機(jī)并列操作方法介紹發(fā)電機(jī)并列操作方法介紹 3）準(zhǔn)同步并列的優(yōu)點(diǎn)）準(zhǔn)同步并列的優(yōu)點(diǎn) 并列時(shí)沖擊電流小，不會(huì)引

5、起系統(tǒng)電壓降低；并列時(shí)沖擊電流小，不會(huì)引起系統(tǒng)電壓降低；不足不足是并列是并列 操作過(guò)程中需要對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、頻率進(jìn)行調(diào)整，并列時(shí)間操作過(guò)程中需要對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、頻率進(jìn)行調(diào)整，并列時(shí)間 較長(zhǎng)且操作復(fù)雜。較長(zhǎng)且操作復(fù)雜。 4）自同步并列的優(yōu)點(diǎn)）自同步并列的優(yōu)點(diǎn) 并列過(guò)程中不存在調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓、頻率的問(wèn)題，并列時(shí)并列過(guò)程中不存在調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓、頻率的問(wèn)題，并列時(shí) 間短且操作簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)電壓和頻率降低的情況下，仍有間短且操作簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)電壓和頻率降低的情況下，仍有 可能將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；可能將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；不足不足是并列發(fā)是并列發(fā) 電機(jī)未經(jīng)勵(lì)磁，并列時(shí)會(huì)從系統(tǒng)中吸收無(wú)功而

6、造成系統(tǒng)電電機(jī)未經(jīng)勵(lì)磁，并列時(shí)會(huì)從系統(tǒng)中吸收無(wú)功而造成系統(tǒng)電 壓下降，同時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊電流。壓下降，同時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊電流。 二、準(zhǔn)同期并列二、準(zhǔn)同期并列 （相角差等于零）（ （電壓幅值相等）（ （頻率相等）或）（ 理想條件： 值。的擊電流決定于合閘瞬間當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)一定時(shí)，沖 ，為它們之間的向量差 ，的角頻率為電網(wǎng)電壓 ，角頻率為發(fā)電機(jī)電壓 03 uu2 ff1 u uuu u u e x s s xg gxg xg x x g g ww w w （一）電壓幅值差（一）電壓幅值差 （電壓幅值不相等） （相角差等于零） （頻率相等） xg xg ww uu 0 e 28 . 1 hhm xd x

7、g ii x u xx uu i h 沖擊電流主要為無(wú)功電流量。沖擊電流主要為無(wú)功電流量。 沖擊電流的電動(dòng)力對(duì)發(fā)電機(jī)繞組產(chǎn)生影響，由于沖擊電流的電動(dòng)力對(duì)發(fā)電機(jī)繞組產(chǎn)生影響，由于 定子繞組端部的機(jī)械強(qiáng)度最弱，所以特別注意對(duì)定子繞組端部的機(jī)械強(qiáng)度最弱，所以特別注意對(duì) 它造成的影響。它造成的影響。 沖擊電流最大瞬時(shí)值限制在沖擊電流最大瞬時(shí)值限制在12倍額定電流一下倍額定電流一下 為宜為宜 （二）合閘相角差（二）合閘相角差 （合閘存在相角差） （頻率相等） （電壓幅值相等） 0 uu e xg xg ww 2 sin 2 x u i h e xq q xx e 發(fā)電機(jī)為空載情況。發(fā)電機(jī)為空載情況。 當(dāng)

8、相角差較小時(shí)，沖擊電流主要為有功電流分量，當(dāng)相角差較小時(shí)，沖擊電流主要為有功電流分量， 說(shuō)明合閘后發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間立刻交換有功功率，說(shuō)明合閘后發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間立刻交換有功功率， 使機(jī)組聯(lián)軸受到突然沖擊，這對(duì)電網(wǎng)和機(jī)組都是使機(jī)組聯(lián)軸受到突然沖擊，這對(duì)電網(wǎng)和機(jī)組都是 不利的。不利的。 為了保證機(jī)組安全運(yùn)行，一般將有功沖擊電流限為了保證機(jī)組安全運(yùn)行，一般將有功沖擊電流限 制在較小數(shù)值。制在較小數(shù)值。 （三）頻率不相等（三）頻率不相等 （合閘存在相角差） （頻率不相等） （電壓幅值相等） 0 uu e xg xg ww 2 sin2 2 sin2) 2 sin(2u ) 2 cos(u ) 2 sin(2

9、u ) 2 cos() 2 sin(2 0 )sin()sin( s 21 21 e mg s mg xg mgs xg s xg mgs xgxg mgs xmxgmgs ut w ut ww u t ww u t ww u t ww t ww uu twutwuu 為脈動(dòng)電壓的幅值 令： 假設(shè)： 藍(lán)色：藍(lán)色：ug f51hz 幅值幅值umg 紅色：紅色：ux f50hz 幅值幅值umx 假設(shè)系統(tǒng)電壓恒定，機(jī)端電壓以恒定角頻率假設(shè)系統(tǒng)電壓恒定，機(jī)端電壓以恒定角頻率ws對(duì)系統(tǒng)電對(duì)系統(tǒng)電 壓轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)相角差從壓轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)相角差從0到到180度時(shí)，度時(shí)，us的幅值相應(yīng)的從零的幅值相應(yīng)的從零 到最大值，

10、當(dāng)相角差從到最大值，當(dāng)相角差從180度到度到360度（度（0度）時(shí)，度）時(shí)，us的幅的幅 值又從最大值回到零。轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)間為脈動(dòng)周期值又從最大值回到零。轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)間為脈動(dòng)周期ts。 ss s f t 12 脈動(dòng)周期脈動(dòng)周期ts、滑差頻率、滑差頻率fs、滑差角頻率、滑差角頻率ws都可以都可以 用來(lái)表示發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率之間的差值。用來(lái)表示發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率之間的差值。 相角差相角差是時(shí)間的函數(shù)，所以合閘相角信號(hào)差與發(fā)是時(shí)間的函數(shù)，所以合閘相角信號(hào)差與發(fā) 出合閘信號(hào)的時(shí)間有關(guān)。出合閘信號(hào)的時(shí)間有關(guān)。 合閘時(shí)間恰當(dāng)，合閘相角差很小，沖擊電流很小。合閘時(shí)間恰當(dāng)，合閘相角差很小，沖擊電流很小。

11、合閘時(shí)間不恰當(dāng)，合閘相角差大，沖擊電流很大。合閘時(shí)間不恰當(dāng)，合閘相角差大，沖擊電流很大。 還需注意，還需注意，如果并列頻率差值很大，如果并列頻率差值很大，即使合閘時(shí)即使合閘時(shí) 相角差很小，滿足要求，但這時(shí)發(fā)電機(jī)需要很長(zhǎng)相角差很小，滿足要求，但這時(shí)發(fā)電機(jī)需要很長(zhǎng) 一段時(shí)間才能進(jìn)入同步過(guò)程，嚴(yán)重時(shí)甚至失步，一段時(shí)間才能進(jìn)入同步過(guò)程，嚴(yán)重時(shí)甚至失步， 因而也是不允許的。因而也是不允許的。 發(fā)發(fā) 電電 機(jī)機(jī) 組組 進(jìn)進(jìn) 入入 同同 步步 運(yùn)運(yùn) 行行 過(guò)過(guò) 程程 同步運(yùn)行進(jìn)入暫態(tài)運(yùn)行過(guò)程同步運(yùn)行進(jìn)入暫態(tài)運(yùn)行過(guò)程 ws0較小時(shí)較小時(shí)，很快進(jìn)入同步運(yùn)行，很快進(jìn)入同步運(yùn)行 ws0較大時(shí)較大時(shí)，較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)入同步

12、運(yùn)行，較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)入同步運(yùn)行 ws0很大時(shí)很大時(shí)，最大相角超過(guò)，最大相角超過(guò)180，導(dǎo)致失步，導(dǎo)致失步 三、自同期并列三、自同期并列 概念：概念：自同期并列操作是將一臺(tái)未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)組自同期并列操作是將一臺(tái)未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)組 升速至電網(wǎng)頻率，滑差角頻率升速至電網(wǎng)頻率，滑差角頻率ws不超過(guò)允許值，且在機(jī)不超過(guò)允許值，且在機(jī) 組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上斷路器組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上斷路器 qf，接著立刻合上勵(lì)磁開(kāi)關(guān)，接著立刻合上勵(lì)磁開(kāi)關(guān)se，給轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流，給轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流， 在發(fā)電機(jī)電勢(shì)逐漸增長(zhǎng)的過(guò)程中，由電力系統(tǒng)將并列的發(fā)在發(fā)電機(jī)電勢(shì)逐漸增長(zhǎng)的過(guò)程中，由電力系統(tǒng)將并列的發(fā) 電機(jī)拉入同步運(yùn)行。電機(jī)拉入同步運(yùn)行。 突出優(yōu)點(diǎn)：突出優(yōu)點(diǎn)：不需要選擇合閘時(shí)機(jī)，操作非常簡(jiǎn)單。不需要選擇合閘時(shí)機(jī)，操作非