電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置 第2章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列

電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置第2章同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列2.1概述2.1.1

并列的定義及并列操作的重要性為了避免并列操作不當(dāng)而影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的同期并列應(yīng)滿足下列兩個(gè)基本要求：①發(fā)電機(jī)投入瞬間沖擊電流應(yīng)盡可能小，其最大值及沖擊力矩不應(yīng)超過(guò)允許值；②發(fā)電機(jī)組并入系統(tǒng)后，應(yīng)盡可能快地進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。2.1.2并列的方式(1)準(zhǔn)同期并列(2)自同期并列自同期合閘時(shí)最大沖擊電流的周期分量Ii·cy可由下式求得

式中

X″d—發(fā)電機(jī)縱軸次暫態(tài)電抗X—系統(tǒng)電抗U—系統(tǒng)電壓

發(fā)電機(jī)母線電壓Ug為2.2準(zhǔn)同期并列原理2.2.1準(zhǔn)同期并列的條件

采用準(zhǔn)同期并列的條件為：①待并發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)相序相同；②待并發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)頻率相同；③待并發(fā)電機(jī)電壓和并列點(diǎn)的系統(tǒng)側(cè)電壓相等；④待并發(fā)電機(jī)電壓和并列點(diǎn)的系統(tǒng)側(cè)電壓相位角相等。圖2.1

發(fā)電機(jī)并列示意圖

（１）存在電壓幅值差

若并列時(shí),發(fā)電機(jī)角頻率ωg等于系統(tǒng)角頻率ωx;發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相位相等,即相角差δ=0;電壓幅值不等,即Ug≠U。這時(shí)有相量圖如圖2.2所示圖2.2

電壓不等時(shí)的相量圖(2)存在相角差

圖2.3

相位不等時(shí)的相量圖(3)存在頻率差

圖2.4

脈動(dòng)電壓

相角差

δ=φg-φ=ωgt-ωxt=±102.2.2脈動(dòng)電壓的分析及恒定越前相位與恒定越前時(shí)間的概念(1)脈動(dòng)電壓的分析將us=ug-u=Ugmsin

ωgt-Umsin

ωxt稱為脈動(dòng)電壓。若Ugm=Um,此即為只有頻率偏差時(shí)的情況。Us的相量與波形如圖2.4所示,并有

設(shè)圖2.1(a)中待并發(fā)電機(jī)電壓的瞬間值為

以ωs=ωg-ωx代入式(2.6)中得

脈動(dòng)電壓us的幅值包絡(luò)線Us含有準(zhǔn)同期并列3個(gè)條件的信息:電壓差、頻率差、相位差圖2.5

Us=U時(shí)的波形1)電壓差條件在δ=0時(shí)檢測(cè)Us的大小,若它的值足夠小,說(shuō)明電壓差條件滿足,反之,電壓差不滿足要求2)頻率差條件因脈動(dòng)電壓Us的滑差角頻率ωs=ωg-ωx就是頻率差,因此,通過(guò)對(duì)ωs的檢測(cè),就能判別頻率差條件是否滿足3)相位條件并列斷路器主觸頭能于兩電壓相位差角δ=0的時(shí)刻閉合,則說(shuō)明滿足相位條件(2)恒定越前相角與恒定越前時(shí)間的概念在δ=0之前某一恒定角度δyq發(fā)出合閘信號(hào),則該同期裝置稱為恒定越前相角型同期裝置,δyq稱為恒定越前相角。若在δ=0之前某一恒定時(shí)間tyq發(fā)出合閘信號(hào),則該同期裝置稱為恒定越前時(shí)間型同期裝置,tyq稱為恒定越前時(shí)間圖2.6

不同ωs時(shí),恒定越前相角與恒定越前時(shí)間對(duì)比圖2.2.3自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的組成及分類

(1)組成①頻率差控制單元②電壓差控制單元③合閘控制單元

圖2.7

自動(dòng)準(zhǔn)同期基本結(jié)構(gòu)框圖

(2)分類1)按自動(dòng)化程度分類按自動(dòng)化程度可分為半自動(dòng)型與全自動(dòng)型2)按裝置中信號(hào)處理方式分類①模擬式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置②數(shù)字式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置2.2.4發(fā)電廠同期點(diǎn)在發(fā)電廠中，凡是可以進(jìn)行同期并列操作的斷路器，都是發(fā)電廠的同期點(diǎn)。2.2.5準(zhǔn)同期并列參數(shù)的計(jì)算

(1)確定允許合閘誤差角δa·e

(2)確定允許滑差角頻率ωs·a

2.3模擬式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置2.3.1模擬式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的功能

①能自動(dòng)檢查頻率差和電壓差，鑒別它們是否滿足同期條件；②當(dāng)待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)頻率差與電壓差大于允許范圍時(shí)，ＺＺＱ?５型裝置能自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的頻率與電壓值，使之接近系統(tǒng)頻率，且電壓差滿足要求；③當(dāng)頻率差和電壓差滿足同期條件時(shí)，在兩電壓矢量重合（δ＝０）之前某一給定時(shí)間發(fā)出合閘脈沖，實(shí)現(xiàn)恒定越前時(shí)間自動(dòng)并列。2.3.2合閘控制部分（１）合閘部分的組成①線性整步電壓環(huán)節(jié)②恒定越前時(shí)間環(huán)節(jié)ａ.頻差閉鎖環(huán)節(jié)ｂ.壓差閉鎖環(huán)節(jié)圖2.8

出口合閘回路邏輯方框圖（２）線性整步電壓環(huán)節(jié)（1）全波線性整步電壓環(huán)節(jié)電路及整步電壓①整形電路的作用在于將正弦波電壓變換成方波圖2.9全波線性整步電壓電路全波線性整步電壓的特點(diǎn)圖2.10整步電壓電路的波形圖全波線性整步電壓的特點(diǎn)

（３）恒定越前時(shí)間環(huán)節(jié)

圖2.11

恒定越前時(shí)間信號(hào)形成電路2.3.3頻率差檢測(cè)

2.3.4電壓差檢測(cè)

圖2.12

電壓差檢測(cè)原則框圖2.3.5其他環(huán)節(jié)的工作原理

（１）合閘控制單元（２）頻率差控制單元

圖2.13

邏輯判別頻率差方向法控制原理

圖2.14

邏輯判別區(qū)間確定原理（３）電壓差控制單元圖2.15電壓差控制邏輯框圖2.4數(shù)字型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置

2.4.1模擬式準(zhǔn)同期裝置存在的問(wèn)題2.4.2數(shù)字式（微機(jī)式）自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置工作原理（１）主機(jī)（２）輸入輸出接口電路（３）輸入電路1)并列點(diǎn)參數(shù)選擇信號(hào)2)并列斷路器輔助接點(diǎn)信號(hào)3)復(fù)位信號(hào)圖2.16

數(shù)字式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置硬件系統(tǒng)原理框圖（４）輸出電路①控制信號(hào)②報(bào)警信號(hào)③錄波④顯示2.4.3軟件功能的工作原理

圖2.17

頻率檢測(cè)原理框圖2)相角差檢測(cè)

圖2.18

相角差檢測(cè)原理框圖及波形圖2.19

δe(t)隨ωs變化的軌跡(3)并列合閘命令發(fā)出的原理

（2.25）（2.26）

(4)微機(jī)并列裝置的功能

1)能適應(yīng)電壓互感器不同相別與電壓值2)應(yīng)有良好的電壓差、頻率差控制功能3)確保在δe=0時(shí)同步4)應(yīng)能在第一次出現(xiàn)同期條件時(shí)發(fā)合閘命令5)應(yīng)具有低壓和高壓閉鎖功