第十七章同步電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行

掌握同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)的條件和方法；掌握同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的基本電磁關(guān)系、功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式；掌握有功功率的調(diào)節(jié)、穩(wěn)定概念；掌握無功功率的調(diào)節(jié)、V形曲線.本章教學(xué)要求1目前一頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行把同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)的過程稱為投入并聯(lián)，或稱為并列、并車或整步?，F(xiàn)代發(fā)電廠中都是把幾臺同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)起來接在共同的匯流排上如圖。xsxsxs1xs2xsn…….匯流排一臺發(fā)電機(jī)的等效電路多臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)的等效電路2目前二頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)3一個(gè)地區(qū)總是有好幾個(gè)發(fā)電廠并聯(lián)起來組成一個(gè)強(qiáng)大的電力系統(tǒng)(即電網(wǎng))，如圖為系統(tǒng)的一角。同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行3目前三頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)單機(jī)供電的缺點(diǎn)：

①不能保證供電質(zhì)量(電壓和頻率的穩(wěn)定性)和可靠性(發(fā)生故障就得停電);

②無法實(shí)現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。這些缺點(diǎn)可以通過多機(jī)并聯(lián)來改善。4同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行孤島運(yùn)行4目前四頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)減少發(fā)電廠的儲備容量 發(fā)電廠可以根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展，相應(yīng)地逐步增加發(fā)電機(jī)的臺數(shù)。提高發(fā)電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 發(fā)電廠可按照負(fù)荷變化情況，確定投入并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺數(shù)。提高供用電的質(zhì)量和可靠性 由許多發(fā)電廠組成的電力系統(tǒng)，容量大，負(fù)荷變化時(shí)對系統(tǒng)的電壓和頻率的影響就小。并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)

水電與火電的協(xié)調(diào)調(diào)度，可再生能源與清潔能源的有效利用。查閱資料思考：1.哪些屬于可再生能源、哪些屬于清潔能源？各自特點(diǎn)如何？2.并聯(lián)運(yùn)行有什么缺點(diǎn)？

5目前五頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)第一節(jié)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件和方法無窮大電網(wǎng)：1）S→∞2）ZS

→03）US

=C

4）fS=C前提：同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)(與變壓器并聯(lián)運(yùn)行對照）無窮大電網(wǎng)的圖形表示6目前六頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)各變壓器的一次和二次額定電壓相等，即各變壓器變比相等；各變壓器連接組別相同；各變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值相等，短路阻抗角也相等。7回憶：變壓器理想的并聯(lián)條件7目前七頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)一、并聯(lián)投入的條件下標(biāo)“I”代表為電網(wǎng)下標(biāo)“Ⅱ”代表發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前情況8目前八頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)一、并聯(lián)投入的條件下標(biāo)“I”代表為電網(wǎng)下標(biāo)“Ⅱ”代表發(fā)電機(jī)分三部分討論：1.投入并聯(lián)的條件2.不滿足條件的影響3.并車的準(zhǔn)備工作9目前九頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)1）發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢應(yīng)與電網(wǎng)電壓相等即E0Ⅱ=U2Ⅱ=UI2）發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率相等fⅡ=fI1122下標(biāo)“I”代表為電網(wǎng)下標(biāo)“Ⅱ”代表發(fā)電機(jī)1.投入并聯(lián)的條件10目前十頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)3）并聯(lián)合閘瞬間，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的對應(yīng)相的電壓應(yīng)同相位(瞬時(shí)值相等），亦即發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)回路電勢為零。1122下標(biāo)“I”代表為電網(wǎng)下標(biāo)“Ⅱ”代表發(fā)電機(jī)331.投入并聯(lián)的條件11目前十一頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)1122下標(biāo)“I”代表為電網(wǎng)下標(biāo)“Ⅱ”代表發(fā)電機(jī)334）相序相同445）電壓波形相同551.投入并聯(lián)的條件12目前十二頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)若任何一個(gè)不滿足則在開關(guān)的兩端，會出現(xiàn)差額電壓，如果閉合開關(guān)，在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)組成的回路中必然會出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)避免產(chǎn)生大的電流沖擊和轉(zhuǎn)軸受到突然的扭矩，從而威脅到發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。2.不滿足并聯(lián)投入條件的影響13目前十三頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)2.不滿足并聯(lián)投入條件的影響上述條件中，除相序一致是絕對條件外，其它條件都是相對的，因?yàn)橥ǔｋ姍C(jī)可以承受一些小的沖擊電流。電壓差不應(yīng)超過額定電壓的5%~10%；頻率差不應(yīng)超過額定頻率的0.2%~0.5%；相位誤差不應(yīng)大于5°。14目前十四頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)3.并聯(lián)投入的準(zhǔn)備檢查并車條件和確定合閘時(shí)刻：通常用電壓表測量電網(wǎng)電壓U1，并調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓U=U1。再借助同步指示器檢查并調(diào)整頻率和相位以確定合閘時(shí)刻。匯流排ABS15目前十五頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)3.并聯(lián)投入的準(zhǔn)備合閘時(shí)刻的確定發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間相序、電壓滿足條件時(shí)，合閘16目前十六頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)合閘瞬間開關(guān)兩端電位差為：3.并聯(lián)投入的準(zhǔn)備17目前十七頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)

ⅡI而合閘屬于暫態(tài)過程，此時(shí)回路阻抗很小，即便很小，回路中也會產(chǎn)生很大的沖擊電流，最佳時(shí)刻3.并聯(lián)投入的準(zhǔn)備電壓差用相量表示，頻率有較小差異時(shí)，18目前十八頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)三、投入并聯(lián)的方法1.準(zhǔn)確同步法：將發(fā)電機(jī)調(diào)整到符合并聯(lián)條件后的合閘并網(wǎng)操作過程稱為準(zhǔn)確同步法(quasi-synchronousmethod)。最基本的方法分為：

1）燈光熄滅法

2）燈光旋轉(zhuǎn)法2.自同步法(selfsynchronizingmethod)19目前十九頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)步驟：①將待并網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)由原動機(jī)拖動接近同步速度；②調(diào)勵(lì)磁使發(fā)電機(jī)空載電壓與電網(wǎng)電壓相等；③確認(rèn)相序相同，調(diào)原動機(jī)轉(zhuǎn)速使發(fā)電機(jī)電壓頻率fII約等于電網(wǎng)頻率fI；④在對應(yīng)相電壓相位相同的瞬間，合閘并網(wǎng)。1、準(zhǔn)確同步法如何確認(rèn)？為什么20目前二十頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)21（1）燈光熄滅法在電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)的對應(yīng)相間接三組燈12fⅡ約等于電網(wǎng)頻率fⅠ，變化，燈的明暗程度變化21目前二十一頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)（1）燈光熄滅法

故三組燈同時(shí)明或暗。U同時(shí)變化加在3組燈上電壓的特點(diǎn):

U相同12原理：燈泡忽明忽暗的頻率取決于？22目前二十二頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)燈光熄滅法原理：電機(jī)各端與電網(wǎng)同相端對應(yīng)，三燈泡同時(shí)亮、暗，燈泡熄滅的瞬間為合閘的最佳時(shí)機(jī)。（1）燈光熄滅法23目前二十三頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)（1）燈光熄滅法當(dāng)不滿足并網(wǎng)條件時(shí)，燈光熄滅法所見的現(xiàn)象a.頻率不等，且相差較大：b.電壓不等12如果3個(gè)相燈呈現(xiàn)同時(shí)熄滅、同時(shí)亮，但明暗交替很快，這時(shí)需調(diào)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得明暗變化慢些。三個(gè)相燈沒有絕對熄滅的時(shí)候，而是在最亮和最暗范圍閃爍。需調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。1224目前二十四頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)25d.相序不等c.相角不等（1）燈光熄滅法當(dāng)不滿足并網(wǎng)條件時(shí)，燈光熄滅法所見的現(xiàn)象三個(gè)相燈明暗程度不一致且呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，需對調(diào)發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的任意兩根接線。電網(wǎng)電壓與發(fā)電機(jī)段電瞬時(shí)值不等，三個(gè)相燈不熄滅，不能合閘并網(wǎng)。1225目前二十五頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)26并車步驟：①通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小使電壓相等；②電壓調(diào)整好后，如果相序一致，燈光應(yīng)表現(xiàn)為明暗交替。如果燈光不是明暗交替，則說明相序不一致，應(yīng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴(yán)格保證相序一致；③通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變頻率，直到燈光明暗交替十分緩慢時(shí)，說明頻率已十分接近，等待燈光完全熄滅的瞬間（相位相同），即可合閘并車（1）燈光熄滅法電網(wǎng)同步指示燈GS26目前二十六頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)27（2）燈光旋轉(zhuǎn)法一相燈泡同端連接，另外兩個(gè)交叉連接

2I27目前二十七頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)（2）燈光旋轉(zhuǎn)法加在此3組燈上電壓不等，故三組燈不是同時(shí)亮暗，此時(shí)⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗。若2>1，以電網(wǎng)為參照，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)電壓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

2I增加，減小，增加。28目前二十八頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)當(dāng)⊕3最亮后，⊕1亮度繼續(xù)↑，⊕2變暗；下一個(gè)最亮⊕為1；再又輪到⊕2最亮。燈的亮度變換為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。29目前二十九頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)（2）燈光旋轉(zhuǎn)法原理：若2>1，燈的亮度變換為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。30目前三十頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)（2）燈光旋轉(zhuǎn)法思考：若2<1，燈的亮度變換如何？燈光旋轉(zhuǎn)速度取決于？燈光旋轉(zhuǎn)法尋找合閘時(shí)間：調(diào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使燈光旋轉(zhuǎn)速度慢，然后在A相燈熄滅，合閘并網(wǎng)。電網(wǎng)同步指示燈GSABC31目前三十一頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)

2I合閘時(shí)，對應(yīng)A相燈滅，其他兩組燈光度相同。問題：合閘的時(shí)候，發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率不同，也就是其轉(zhuǎn)子速度不是同步速度。如何解決？32目前三十二頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)（2）燈光旋轉(zhuǎn)法電網(wǎng)同步指示燈GS

旋轉(zhuǎn)法并車步驟為：

①通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小使得發(fā)電機(jī)的端電壓等于電網(wǎng)電壓；

②電壓調(diào)整好后，如果相序一致，則燈光旋轉(zhuǎn)，否則說明相序不一致，這時(shí)應(yīng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的出線相序或電網(wǎng)的引線相序；

③通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變其頻率，直到燈光旋轉(zhuǎn)緩慢時(shí)，這時(shí)等待對應(yīng)相相接的燈完全熄滅的瞬間到來，合閘并車。33目前三十三頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)準(zhǔn)確同步法又稱為理想整步法。由于它對并車條件逐一檢查和調(diào)整，所以費(fèi)時(shí)較多。準(zhǔn)確同步并列的優(yōu)點(diǎn)是并列時(shí)沖擊電流小，不會引起系統(tǒng)電壓變化。燈光旋轉(zhuǎn)和燈管熄滅屬于手工操作，隨著檢測技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，手工并網(wǎng)已很少，而是廣泛采用自動并網(wǎng)裝置。準(zhǔn)確同步并列法按自動化程度不同，分為手動準(zhǔn)同步、半自動準(zhǔn)同步和自動準(zhǔn)同步。1、準(zhǔn)確同步法34目前三十四頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)隨著檢測技術(shù)和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，手工并網(wǎng)操作已很少使用了，而是廣泛采用自動并網(wǎng)裝置。自動裝置不但使并網(wǎng)合閘瞬間的各項(xiàng)要求能最大限度地得到滿足、電磁沖擊和機(jī)械沖擊最小、杜絕了手工操作的種種不足，而且可對電網(wǎng)故障作出最快速、最恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，提高了電力系統(tǒng)的綜合自動化能力和運(yùn)行可靠性。1、準(zhǔn)確同步法35目前三十五頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)1、準(zhǔn)確同步法微機(jī)智能準(zhǔn)同期控制保護(hù)器：正常工作時(shí)，數(shù)碼管可以顯示發(fā)電機(jī)電壓、發(fā)電機(jī)頻率、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓差、發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)頻率差、發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相位差。36目前三十六頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)2、自同步法

接線圖如圖，1）將勵(lì)磁繞組通過電阻（約為勵(lì)磁電阻的10倍）短接。2)拖動到接近同步速(相差2~5％)，在無勵(lì)磁電流的情況下，將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)。37目前三十七頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)2、自同步法

3)再接通勵(lì)磁并調(diào)節(jié)勵(lì)磁，如圖，依靠定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過程結(jié)束。38目前三十八頁\總數(shù)四十頁\編于九點(diǎn)392、自同步法：用于事故狀態(tài)下的并車前提：相序一致將勵(lì)磁繞組通過電阻短接拖動到接近同步速(相差2~5％)，在無勵(lì)磁電流的情況下，將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)再接通勵(lì)磁并調(diào)節(jié)勵(lì)磁，依靠定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過