發(fā)電機(jī)同期并列裝置

1、發(fā)電機(jī)同期并列裝置發(fā)電機(jī)同期并列裝置一、同步發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行二、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并列的方法三、準(zhǔn)同期并列的條件分析四、準(zhǔn)同期并列的方式五、自動準(zhǔn)同期裝置六、發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)試驗(yàn)一、同步發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 同步發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 為了提高供電的可靠性和供電質(zhì)量，合理地分配負(fù)荷，減少系統(tǒng)備用容量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，發(fā)電廠的同步發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)電廠應(yīng)按照一定的條件并列在一起運(yùn)行，這種運(yùn)行方式稱為同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行。如圖1所示。 同步發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的操作，或者電力系統(tǒng)解列的兩部分進(jìn)行并列運(yùn)行的操作稱為并列操作或同期操作。用以完成并列操作的裝置稱為同期裝置。一、同步發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 并列操作的基

2、本要求 發(fā)電機(jī)投入的瞬間沖擊電流應(yīng)盡可能的小，其最大值不應(yīng)超過12倍的額定電流，防止同步發(fā)電機(jī)受到損壞； 發(fā)電機(jī)組并入系統(tǒng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，以減小對電力系統(tǒng)的擾動。圖1 電力系統(tǒng)中并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)二、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并列的方法 實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并列的方法有準(zhǔn)同期并列和自同期并列兩種。 1、準(zhǔn)同期并列 準(zhǔn)同期并列的方法 準(zhǔn)同期并列是待并機(jī)組并列前，轉(zhuǎn)子先加勵磁電流，并調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相等；同時調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使發(fā)電機(jī)的頻率與系統(tǒng)頻率相等；當(dāng)上述兩個條件滿足時，在相位重合前一時刻發(fā)出合閘脈沖，合上發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的斷路器，這種并列稱為準(zhǔn)同期并列。 二、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并列的方法 準(zhǔn)同期并列的優(yōu)缺點(diǎn)

3、 優(yōu)點(diǎn)：在正常情況下，并列時產(chǎn)生的沖擊電流比較小，不會使系統(tǒng)電壓降低，并列后容易拉入同步，對系統(tǒng)擾動小。 缺點(diǎn)：因同期時需調(diào)整待并發(fā)電機(jī)的電壓和頻率，使之與系統(tǒng)電壓，頻率接近，這就要花費(fèi)一定時間，使并列時間加長，不利于系統(tǒng)發(fā)生事故時及時投入備用容量。 二、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并列的方法2、自同期并列 自同期并列的方法 自同期并列原理圖如圖2所示。 開機(jī)前將DL和滅磁開關(guān)KMC斷開, KMC的常閉輔助接點(diǎn)KMC 將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通過自同期電阻RZ短路。開啟機(jī)組,將機(jī)組驅(qū)動到接近額定轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速差一般控制在額定轉(zhuǎn)速的5以下)時自動閉合DL,由DL的輔助接點(diǎn)聯(lián)動將KMC閉合、KMC 斷開,給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組加勵磁

4、電流。圖2 自同期并列原理圖二、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并列的方法 自同期并列的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：并列過程短，操作簡單，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)，且容易實(shí)現(xiàn)自動化。 缺點(diǎn)：合閘時的沖擊電流較大，對電力系統(tǒng)擾動大，不僅會引起電力系統(tǒng)頻率振蕩，而且會在自同期并列的機(jī)組附近造成電壓瞬時下降。 綜上所述，自同期并列僅在系統(tǒng)中的小容量發(fā)電機(jī)上采用。大中型發(fā)電機(jī)均采用準(zhǔn)同期并列方法。三、準(zhǔn)同期并列的條件分析（一）準(zhǔn)同期并列的理想條件n待并發(fā)電機(jī)端電壓UF與系統(tǒng)電壓U大小相等；n待并發(fā)電機(jī)端電壓的相位與系統(tǒng)電壓的相位相同；n待并發(fā)電機(jī)的頻率fF與系統(tǒng)頻率f相等；n待并發(fā)電機(jī)的相序與系統(tǒng)相序相同。

5、（二）準(zhǔn)同期并列的條件分析 XL電力系統(tǒng)等值電抗。三、準(zhǔn)同期并列的條件分析1、電壓大小不等時，合閘投入時的相量圖如圖4所示。 此時，ab兩端存在有電位差為：合閘時由于電位差的作用發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生沖擊電流。即 X為發(fā)電機(jī)并列合閘過程中的電抗 若 UF U,發(fā)電機(jī)輸出無功功率，反之。圖4 電壓相量圖 三、準(zhǔn)同期并列的條件分析 沖擊電流為無功分量，雖不會加重原動機(jī)的負(fù)擔(dān)，但會在電樞繞組中產(chǎn)生很大的沖擊力，使電樞繞組端部受沖擊力的作用而變形。2、電壓相位不同時，合閘投入如圖5所示： 此時，ab兩端存在有電位差為： 合閘時由于電位差的作用發(fā)電機(jī)也將產(chǎn)生沖擊電流。由于并列時a一般都很小,所以在只有相角差情況下

6、，并列時的沖擊電流主要是有功分量。(a較大時會含有無功性質(zhì)的電流分量)圖5 UF稍超前U的相量圖三、準(zhǔn)同期并列的條件分析 若UF 與U反向時，相量圖如圖6所示，此時電壓差可達(dá)發(fā)電機(jī)電壓的兩倍，若此時并列，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，可達(dá)額定電流的2030倍。發(fā)電機(jī)會因遭受巨大的沖擊電磁力而損壞。 若aFa，發(fā)電機(jī)超前電網(wǎng)，機(jī)組立即輸出有功功率，反之。對機(jī)組和電網(wǎng)都會產(chǎn)生沖擊。三、準(zhǔn)同期并列的條件分析3、電壓頻率不同時，合閘投入（1）當(dāng)fFf時，如圖7所示。UF超前U, Ih 與UF 相位差小于90，即發(fā)電機(jī)輸出有功功率。沖擊電流Ih 的有功分量Ihp 對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子減速牽入同步，直到fF

7、=f。圖7 fF大于f三、準(zhǔn)同期并列的條件分析（2）當(dāng)fFf時，如圖8所示。UF滯后U, Ih與UF 相位差大于90， 即發(fā)電機(jī)從電力系統(tǒng)吸收有功功率。沖擊電流Ih的有功分量Ihp 對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子加速牽入同步，直到fF=f。 通常，使待并發(fā)電機(jī)的電壓、頻率稍高于系統(tǒng)電壓、頻率，在壓差的作用下發(fā)電機(jī)輸出有有功功率、無功功率即為發(fā)電機(jī)并列所需要的。圖8 fF小于f三、準(zhǔn)同期并列的條件（三）準(zhǔn)同期并列的實(shí)際條件 發(fā)電機(jī)實(shí)際并列時，由于發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)均有一定的抗沖擊的能力，除了相序必須一致外，其他條件允許有一定的偏差n 待并發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓接近相等，不超過（5-10）%額定電壓；n待并發(fā)

8、電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的相角差在并列瞬間應(yīng)接近于零，不大于10；n待并發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率接近相等，不超過（0.2-0.5）%額定頻率。四、準(zhǔn)同期并列的方式 按自動化程度不同，準(zhǔn)同期并列分為以下三種方式n 手動準(zhǔn)同期：發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、以及合閘操作都由運(yùn)行人員手動進(jìn)行，只是在控制回路中裝設(shè)了非同期合閘的閉鎖裝置（同期檢查繼電器），用以防止由于運(yùn)行人員誤發(fā)合閘脈沖造成的非同期合閘。n 半自動準(zhǔn)同期：發(fā)電機(jī)電壓及頻率的調(diào)整由手動進(jìn)行，同期裝置能自動地檢驗(yàn)同期條件，并選擇適當(dāng)?shù)臅r機(jī)發(fā)出合閘脈沖。n 自動準(zhǔn)同期：同期裝置能自動地調(diào)整頻率，至于電壓調(diào)整，有些裝置能自動地進(jìn)行，也有一些裝置沒有電壓自

9、動調(diào)節(jié)功能，四、準(zhǔn)同期并列的方式需要靠發(fā)電機(jī)的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置或由運(yùn)行人員手動進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)同期條件滿足后，同期裝置能選擇合適的時機(jī)自動地發(fā)出合閘脈沖。 同期檢查繼電器 同期繼電器的鐵心上嵌有兩個匝數(shù)相等,方向相反的線圈,線圈電源分別接系統(tǒng)側(cè)PT和待并側(cè)PT。當(dāng)兩側(cè)PT二次相位角相差小于1520時，兩個線圈磁力相等則相互抵消，故鐵心釋放使常閉輔助觸點(diǎn)閉合，接通同期回路；反之相位角相差大于20以上時總有一個線圈磁力過大，則鐵心吸合使常閉輔助觸點(diǎn)斷開，閉鎖（即斷開）同期回路。五、自動準(zhǔn)同期裝置（一）同期基礎(chǔ)知識簡介1、準(zhǔn)同期原理簡述 在同期的三要素中，頻率差和相角差這兩個要素是一對矛盾體。若兩系統(tǒng)的

10、原有相位差a0，而當(dāng)滿足頻率相等要素，則a恒定，永遠(yuǎn)不可能a=0。只有f =fgfS0, 亦即存在頻率差時，a才會出現(xiàn)等于0的機(jī)會。 在實(shí)際應(yīng)用中，電壓差、頻率差與相位差相比，對于系統(tǒng)和設(shè)備的影響要小得多；同時，電壓、頻率較容易調(diào)至滿足要求。故可以簡單地認(rèn)為，同期過程實(shí)際上是捕捉a0的過程，而電壓差和頻率差兩要素僅作為同期時的限定條件，只要在一定范圍內(nèi)即可。五、自動準(zhǔn)同期裝置2、脈動電壓 脈動電壓波形如圖9所示； 由于在并網(wǎng)之前系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)的頻率不相等，Us與Ug之間的相角差a隨t而變化。a以0-2為周期而變化，ud的幅值也隨之變化，相鄰脈動電壓幅值為零點(diǎn)之間的時間，即為脈動電壓的周期Td。

11、脈動電壓幅值的零點(diǎn)，表示相角差為零；Td的長短反應(yīng)兩電壓頻率差，所以準(zhǔn)同期可利用脈動電壓包絡(luò)線波形變化， 以圖9 (a) Ug、Us波形 (b)脈動電壓Ud波形五、自動準(zhǔn)同期裝置提前時間 tfw 發(fā)出合閘命令，使并列斷路器主觸頭在電壓相角差為零的瞬間合閘，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)平穩(wěn)并入系統(tǒng)。 脈動電壓波形中載有準(zhǔn)同期并列所需檢測的信息電壓幅值差、頻率差、相角差隨時間變換的規(guī)律。3、 越前時間（導(dǎo)前時間） 考慮到并列斷路器都有一個合閘時間，自動準(zhǔn)同期裝置應(yīng)該在=0前一段時間發(fā)出合閘脈沖，這個提前時間稱為導(dǎo)前時間時間 tfw 。 由于一個斷路器的合閘時間是恒定不變的，所以導(dǎo)前時間也不應(yīng)隨頻差、壓差改變，是一個

12、固定的值，稱之為恒定導(dǎo)前時間。五、自動準(zhǔn)同期裝置（二）自動準(zhǔn)同期裝置的構(gòu)成及功能 自動準(zhǔn)同期裝置利用脈動電壓波形，完成發(fā)電機(jī)并列前的自動調(diào)壓、自動調(diào)頻和在滿足并列條件的前提下，于發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓相位重合前的一個恒定導(dǎo)前時間發(fā)出合閘脈沖。 四大組成部分：合閘、調(diào)頻、調(diào)壓、電源 合閘部分：在頻率差和電壓差均滿足準(zhǔn)同期并列條件的前提下，于發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓相位重合前的一個恒定導(dǎo)前時間發(fā)出合閘脈沖。上述條件不滿足時，則閉鎖合閘脈沖回路。 調(diào)頻部分：判斷發(fā)電機(jī)頻率是高于還是低于系統(tǒng)頻率，從而自動發(fā)出減速或增速調(diào)頻脈沖，使發(fā)電機(jī)頻率趨近于系統(tǒng)頻率。 五、自動準(zhǔn)同期裝置 調(diào)壓部分：比較待并發(fā)電機(jī)電壓和

13、系統(tǒng)電壓的高低，自動發(fā)出降壓或升壓脈沖，作用于發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器，使發(fā)電機(jī)電壓趨近于系統(tǒng)電壓，且當(dāng)電壓差小于規(guī)定數(shù)值時，解除電壓差閉鎖，允許發(fā)出合閘脈沖。 電源部分：將系統(tǒng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓變成裝置所需要的相應(yīng)電壓外，還為邏輯回路提供直流電源。 （三）同期對象及同期PT 根據(jù)電廠主接線圖來確定同期對象及同期PT的接入。如圖10。五、自動準(zhǔn)同期裝置圖10 同期PT信號接入1、發(fā)電機(jī)出口斷路器兩側(cè)的PT信號的接入 選取兩側(cè)PT相同的線電壓信號、或相同的相電壓信號，無轉(zhuǎn)角問題。2、主變高壓側(cè)斷路器兩側(cè)的PT信號的接入 由于主變多采用Y-d11接線，高壓側(cè)比低壓側(cè)的相位超前了30。 選取兩側(cè)PT相同的線電

14、壓信號、或相同的相電壓信號時，需在同期裝置中對低壓側(cè)的PT信號補(bǔ)償+30 。 對于我廠四角接線，同期對象及同期PT信號的接入六、發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)試驗(yàn)（一）同期操作前對發(fā)電機(jī)的控制 1、電壓控制 由于機(jī)組電壓高于系統(tǒng)電壓時，發(fā)電機(jī)發(fā)出無功，所以，在并網(wǎng)前，最好能夠保證機(jī)組的電壓能稍高于系統(tǒng)電壓，避免無功反送。 2、轉(zhuǎn)速控制 為了防止發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)的瞬間，有功功率倒送，所以要在并網(wǎng)前，保證發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速稍微高于3000轉(zhuǎn)。六、發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)試驗(yàn)（二）相關(guān)試驗(yàn) 1、通過定相的方法檢查發(fā)電機(jī)同期回路接線的正確性 試驗(yàn)前由運(yùn)行人員進(jìn)行倒閘操作，空出發(fā)電廠升壓站的一條母線（以雙母線為例），然后合上該母線的隔離開

15、關(guān)和斷路器，直接將發(fā)電機(jī)升壓后接至這條母線上。由于通過母線PT和發(fā)電機(jī)PT加至同期回路的兩個電壓，實(shí)際上都是發(fā)電機(jī)電壓，因此同期裝置的指示燈應(yīng)在12點(diǎn)的位置。否則，同期回路接線有誤。 該回路的檢查在發(fā)變組零起升壓時進(jìn)行。六、發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)試驗(yàn)2、通過假同期的方法檢查發(fā)電機(jī)同期回路接線的正確性 （1）假同期試驗(yàn)時的兩個必須條件 發(fā)電機(jī)隔離刀閘拉開，但其輔助接點(diǎn)要短。 將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶初試負(fù)荷的回路拆除，防止開關(guān)合上后引起DEH誤判發(fā)電機(jī)已并網(wǎng)而初加負(fù)荷，引起汽機(jī)超速。 （2）進(jìn)行假同期試驗(yàn)時，應(yīng)將斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)斷開，人為的將其輔助觸點(diǎn)放在其合閘后的狀態(tài)（輔助觸點(diǎn)接通），這時，系統(tǒng)電壓就通過這對輔助觸點(diǎn)進(jìn)入同期回路。另外待并發(fā)電機(jī)的電壓也進(jìn)入同期回路中。這兩個電壓進(jìn)行同期并列條件的比較。六、發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)試驗(yàn) 若采用手動準(zhǔn)同期并列方式，運(yùn)行人員可通過對發(fā)電機(jī)電壓頻率的調(diào)整，待滿足同期并列的條件時，手動將待并列發(fā)電機(jī)出口斷路器合上，完成假同期并列操作； 若采用自動準(zhǔn)同期并列方式，則自動準(zhǔn)同期裝置就會自動對發(fā)電機(jī)進(jìn)行