第六節(jié) 并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)之間無功功率的分配與穩(wěn)定.doc

第六節(jié) 并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)之間無功功率的分配與穩(wěn)定發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行與單機(jī)運(yùn)行時的情況不同：首先，電網(wǎng)電壓(用匯流排電壓表示)與各發(fā)電機(jī)端電壓相等，因此每一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流的變化將影響整個電網(wǎng)的電壓變化。另外，當(dāng)負(fù)載要求的總無功功率不變時，還產(chǎn)生了各臺發(fā)電機(jī)承擔(dān)多少無功功率的問題。這個問題又可分為：(1)怎樣分配才是合理的或是最佳的；(2)分配不符合要求時，怎樣轉(zhuǎn)移各臺發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功月戴之趨于合理；(3)達(dá)到合理分配狀態(tài)時，能否保持下去，即分配是否穩(wěn)定。這些問題均與發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)。因?yàn)楦髋_發(fā)電機(jī)的電勢對應(yīng)各自的勵磁電流，當(dāng)電網(wǎng)電壓一定而各電勢不同時，在發(fā)電機(jī)之間將形成環(huán)流，這種環(huán)流基本上是無功的，從而使各發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功功率不一致，如圖6-43所示。一、無功功率的合理分配鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范4.1.7.6條規(guī)定，“并聯(lián)運(yùn)行的各交流發(fā)電機(jī)組均應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)廳，且當(dāng)負(fù)載在嘗、額定負(fù)載的20%-100%范圍內(nèi)變化時”，各發(fā)電機(jī)組聽承擔(dān)的無功功率“與急無功負(fù)載按機(jī)組定額比例分配值之差，應(yīng)不超過下列數(shù)值中的較小者:最大機(jī)組額定無功功率的士10%;最小機(jī)組額定無功功率的士25%?！蔽覈鴥?nèi)河鈉船建造規(guī)范中也有類似的要求。總之，規(guī)范要求無功功率按發(fā)電機(jī)額定功率比例進(jìn)行分配。二、無功功率的轉(zhuǎn)移根據(jù)上述分析，電勢不等，無功分配不均;電勢相等，無功也就均勻分配，因此要使無功功率均勻分配必須調(diào)整電勢。調(diào)整電勢的方法就是調(diào)節(jié)勵磁電流。清注意，現(xiàn)在調(diào)勵磁電流不希望改變電網(wǎng)電壓，因此在減少一臺發(fā)電機(jī)勵磁電流的同時，必須相應(yīng)地增加另一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流。換言之，這種調(diào)整需要從兩個方向上同時進(jìn)行，單純把電勢大的發(fā)電機(jī)勵磁電流調(diào)小，或單純把電勢小的發(fā)電機(jī)勵磁電流調(diào)大都是不行的另外，因電網(wǎng)電壓不變，自動勵磁磁節(jié)裝置是不會進(jìn)行自動調(diào)整的，所以，轉(zhuǎn)移無功的勵磁調(diào)節(jié)是人為的調(diào)節(jié)或附加裝置們自動調(diào)節(jié)。三、無功功率分配的穩(wěn)定性討論當(dāng)并聯(lián)發(fā)電機(jī)間無功分配調(diào)整合理后，能否把合理的狀態(tài)保持下去.這與自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的性能有很大關(guān)系。為了討論無功分配的穩(wěn)定性.首先介紹幾個有關(guān)概念。1.發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性表示發(fā)電機(jī)端電壓與輸出無功電流之間的關(guān)系，如圖645所示。它與發(fā)電機(jī)外特性有些類似，即都是電壓與電流的關(guān)系，在頻率不變的情況下測得。但兩種特性是不同的；外特性是在勵磁電流不變的情況下獲得的。而調(diào)壓特性是在自動勵磁電流調(diào)節(jié)裝置起作用的情況下獲得的外特性的隨坐標(biāo)是負(fù)載電流，調(diào)壓特性的橫坐標(biāo)是無功電流幾，即負(fù)載電流的無功分量。 2.無差特性、無差特性是呈水平直線的調(diào)壓特性，即當(dāng)無功電流IQ變化時，端電壓變化U=O的特性。當(dāng)IQ變化時，去磁的電樞反應(yīng)變化，必定引起端電壓的變化(單機(jī)運(yùn)行時)，但U=O說明自動勵磁調(diào)整裝置AVR在起作用，調(diào)節(jié)屬可控類型。3.有差特性有差特性是指當(dāng)IQ增大時也U增大的調(diào)壓特性。由于自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)作用，U的變化雖存在，但比發(fā)電機(jī)的外特性上U的變化要小得多。簡化看，可認(rèn)為有差特性是一根略向右傾斜的直線。4.調(diào)差系數(shù)KcKc是指調(diào)壓特性下傾角的正切值，定義值不小于0當(dāng)把特性看作一根直線，且U和IQ采用標(biāo)么值(per-unit system)時,Kc表示發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓調(diào)整率從公式可看出，無差特性的KC=0，有差特性的KC0。下面定性討論Kc不同時，對兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時的無功分配產(chǎn)生的影響。1、KC1KC20這種情況如圖6-46(a)所示。為表示清楚起見，吧兩臺發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性分別畫在縱軸的兩側(cè)(圖(b)、(c)、(d)畫法相同)。由于Kc0，當(dāng)無功負(fù)載增加時.電網(wǎng)電壓下降。根據(jù)三角形相似關(guān)系可知，不同電壓下，兩臺發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功按比例分配，且分配圍繞穩(wěn)定。所謂穩(wěn)定是指根據(jù)電壓或總負(fù)載量可以確定特性上的唯一工作點(diǎn)。2、KC1=KC20如圖6-46(b)所示，從圖中可知兩臺發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功是均勻分配的,且分配穩(wěn)定。3、KC1KC2=0這種情況如圖6-46(c)所示。由于右邊特性為無差特性，把電網(wǎng)電壓箱定了。若有差特性的起點(diǎn)(空載狀態(tài))與無差特性重合，那末有差特性的發(fā)電機(jī)將不能承擔(dān)無功負(fù)載。為了使它承擔(dān)一定的無功功率，就需要把有差特性抬高。即使如此，由于電網(wǎng)電壓一定、有差特性所承擔(dān)的無功功率不能變化，而負(fù)載變化時，無功功率的全部變化量由無差特性的發(fā)電機(jī)承擔(dān)。這種組合雖然能穩(wěn)定分配，但分配是不成比例的。4、KC1=KC2=0這種情況如圖6-46(d)所示。當(dāng)兩特性處于同一水平線時，無功功率的分配不成比例，且不能穩(wěn)定分配，甚至分配會發(fā)生周期性變化，即形成振蕩。 四、調(diào)差環(huán)節(jié)原理從以上討論，我們發(fā)現(xiàn)單機(jī)運(yùn)行時理想的無差特性，在并聯(lián)運(yùn)行時卻有不利的一面。因此，可控型自動勵磁調(diào)節(jié)裝置通常附加有一個“調(diào)差環(huán)節(jié)”，該環(huán)節(jié)在單機(jī)運(yùn)行時不用，而當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，則把無差的調(diào)壓特性改成有差特性，從而可使無功分配合理且能穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，設(shè)電網(wǎng)電壓保持不變，即U1不變?，F(xiàn)調(diào)節(jié)R0，電壓加入AVR的測量回路。由于AVR產(chǎn)生的凋節(jié)作用將使端電壓下降，從而U1也減小。若初始U1記為U10，那么，當(dāng)調(diào)節(jié)才停止并保持穩(wěn)定。顯然，此時的U1U k時這個關(guān)系表明調(diào)差作用與負(fù)載的無功電流IQ有關(guān)，系數(shù)K與R及電流互感器變比有關(guān)，通常改變R的大小就可方便地改變調(diào)差系數(shù)的大小。當(dāng)負(fù)載電流為純有功性質(zhì)時，特性基本上呈無差調(diào)差電路有多種形式，例如，當(dāng)AVR采用三相測量變壓器時，可用雙TA、雙可調(diào)電阻的形式。調(diào)差電路又叫電流穩(wěn)定裝置或環(huán)流補(bǔ)償裝置。因?yàn)锳VR輸入電壓U2由電壓分量U1和電流分量UR迭加而成，而使無差特性改為有差特性、是一種反相復(fù)勵作用。調(diào)差裝置以降低調(diào)壓精度來換取并聯(lián)運(yùn)行時的無功穩(wěn)定分配。五、差動環(huán)流補(bǔ)償電路原理圖6-48所示線路叫差動環(huán)流補(bǔ)償電路，每個機(jī)組除電流互感器TA1(或TA2)和可調(diào)電阻R1(或R2)外，還有一個差動電流互感器TA3(或TA4)、TA咨的原邊接TA1的副邊，它自身有兩個副邊。副邊1與另一機(jī)組的TA4的副邊1交叉聯(lián)接，副邊2經(jīng)電阻R 1接到 AVR如圖示。當(dāng)發(fā)電機(jī)非并聯(lián)運(yùn)行時，至少有一個斷路器O1或Q2是斷開的，因此，其常閉副觸點(diǎn)把TA3和TA的副邊1都短接了，從而副邊2無輸出，發(fā)電機(jī)調(diào)壓特性為無差特性；當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時TA,和TA,的副邊1才被解除短路狀態(tài)，補(bǔ)償電路起作用。這時R1或R2產(chǎn)生的電壓降UR1。對AVR所起的作用類似于上述調(diào)差環(huán)節(jié)，但電阻凡和R2上流過的電流由TA3和TA4原邊共同決定，等值電路圖如圖6-49,其中忽略了互感器的磁化電流、漏抗及繞組電阻。 六、均壓線對于調(diào)壓特性是有差特性的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)來說，發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時可以做到無功的合理分配及穩(wěn)定分配。但實(shí)際的系統(tǒng)，如不可控相復(fù)勵發(fā)電機(jī).由于勵磁系統(tǒng)的非線性，調(diào)節(jié)的不可控性，其調(diào)壓特性不能做到線性下降，而且由于不同機(jī)組存在差異性等原因，使無功的分配問題受到影響。一種常用的解決辦法是聯(lián)均壓線。相同容量的發(fā)電機(jī)