2020電力系統(tǒng)自動裝置技術(shù)

電力系統(tǒng)自動裝置目 錄前言緒論 1

第四章 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)概論………6第一節(jié)電力系統(tǒng)運(yùn)行控制及其自動化第一章 同步發(fā)電機(jī)的自動并列 2

概述 6第一節(jié)概述 2第二節(jié)準(zhǔn)同期并列的基本原理 4

第二節(jié)配電自動化系統(tǒng) 1第三節(jié)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì) 4復(fù)習(xí)思考題 6第三節(jié)頻率差的測量及調(diào)整第四節(jié)電壓差的測量及調(diào)整

………………1………………6

第五章 自動重合閘 7第五節(jié)自動準(zhǔn)同期并列裝置的合閘控制…9

第一節(jié)概述 7第六節(jié)微機(jī)型自動并列裝置 0復(fù)習(xí)思考題 4第二章 電力系統(tǒng)電壓的自動調(diào)節(jié) 5

第二節(jié)輸電線路的三相一次自動重合閘 9第三節(jié)高壓輸電線路的單相自動重合閘 6第一節(jié)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓的有關(guān)問題…5

第四節(jié)高壓輸電線路的綜合重合閘………0第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 9

復(fù)習(xí)思考題 1第三節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁場的建立與滅磁 6第四節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本原理及調(diào)節(jié)特性 1

第六章 電力系統(tǒng)自動低頻減載裝置 2第一節(jié)概述 2第五節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性的調(diào)整………4

第二節(jié)自動低頻減載裝置的工作原理……5第六節(jié)微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置 7

第三節(jié)微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置………9第七節(jié)電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓的有關(guān)問題……9

復(fù)習(xí)思考題 4復(fù)習(xí)思考題

……0

第七章 電力系統(tǒng)其他安全自動裝

…5第三章 電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié) 1

第一節(jié)備用電源自動投入裝置 5第二節(jié)廠用電切換 0第一節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性 1

第三節(jié)自動解列裝置 2第二節(jié)調(diào)速器的基本原理及特性 0

第四節(jié)故障錄波裝置 4第三節(jié)電力系統(tǒng)的自動調(diào)頻 5

復(fù)習(xí)思考題 7第四節(jié)自動發(fā)電控制技術(shù) 2

參考文獻(xiàn) 8復(fù)習(xí)思考題 5緒 論隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的越來越大及單機(jī)容量的不斷提高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式的變化越來越頻繁。因此，為保證電能質(zhì)量，使電力系統(tǒng)更加安全、可靠地運(yùn)行，對電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的要求越來越高，也促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的快速發(fā)展。根據(jù)電力系統(tǒng)的組成和運(yùn)行特點(diǎn)，電力系統(tǒng)的自動化技術(shù)一般包括電力系統(tǒng)自動監(jiān)視和控制、電廠動力機(jī)械自動控制和電力系統(tǒng)自動裝置。電力系統(tǒng)自動監(jiān)視和控制的主要任務(wù)是提高電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠、變電所把反映電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息，由遠(yuǎn)動終端裝置送給調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)及時(shí)地對電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行分析并得出安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的決策，然后通過人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)顯示出來，供運(yùn)行人員參考，由于經(jīng)安全分析后所及時(shí)采取的預(yù)防性措施，極大地提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。電廠動力機(jī)械的控制是電廠自動控制的主要組成部分，它隨電廠的類型不同而有很大差別，如火電廠中的鍋爐和汽輪機(jī)的自動控制系統(tǒng)與水電廠中水力機(jī)械的自動控制系統(tǒng)分屬各自專業(yè)對這一領(lǐng)域的研究。電力系統(tǒng)自動裝置，是指對發(fā)電廠、變電所電氣主接線設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制和操作的自動裝置，是直接為電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和保證電能質(zhì)量服務(wù)的基礎(chǔ)自動化設(shè)備。電壓和頻率是電能質(zhì)量的兩個(gè)主要指標(biāo)，電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，需要采取各種措施保證電壓和頻率的穩(wěn)定。在電力系統(tǒng)自動裝置中，同步發(fā)電機(jī)的自動并列裝置既可保證同步發(fā)電機(jī)并列操作的正確性和安全性，同時(shí)又加快了發(fā)電機(jī)的并列過程；同步發(fā)電機(jī)的自動勵(lì)磁控制系統(tǒng)可保證系統(tǒng)電壓水平、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及加快故障切除后電壓的恢復(fù)，同時(shí)可使無功功率在并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間合理分配，使系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)；電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)裝置可保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)有功功率的自動平衡，使電力系統(tǒng)頻率在規(guī)定范圍內(nèi)變動，同時(shí)可使有功功率在并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間合理分配，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；在電力系統(tǒng)自動化的進(jìn)一步發(fā)展中，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)可以和火電廠自動化、水電廠自動化、變電站綜合自動化、配電自動化及前述各種自動化裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)、融匯和整合，實(shí)現(xiàn)更高層次上的電力系統(tǒng)綜合自動化，進(jìn)一步保證了電能質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平；輸電線路的自動重合閘裝置、備用電源自動投入裝置可提高系統(tǒng)供電的可靠性；電力系統(tǒng)自動低頻減載裝置，可防止電力系統(tǒng)無功不足時(shí)引起的系統(tǒng)頻率的大幅度降低，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。上述這些電力系統(tǒng)安全自動裝置及自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)普遍，為電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮著極其重要的作用。第一章 同步發(fā)電機(jī)的自動并列第一節(jié) 概 述一、自動并列的意義電力系統(tǒng)中的負(fù)荷是隨機(jī)變化的，為保證電能質(zhì)量，需要經(jīng)常將發(fā)電機(jī)投入和退出運(yùn)行；另外，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些事故時(shí)，也常要求將備用發(fā)電機(jī)組迅速投入運(yùn)行。在上述情況下，把一臺空載運(yùn)行的發(fā)電機(jī)經(jīng)過必要的調(diào)節(jié)，在滿足并列運(yùn)行的條件下經(jīng)斷路器操作與系統(tǒng)并列，這種操作過程稱為同步發(fā)電機(jī)的并列操作。因此，同步發(fā)電機(jī)的并列操作是發(fā)電廠中一項(xiàng)重要的操作。在某些情況下，需要將已經(jīng)解列的電力系統(tǒng)的兩部分重新聯(lián)合運(yùn)行，這種操作也屬于并列操作。兩電網(wǎng)間的并列操作與同步發(fā)電機(jī)的并列操作相比，其調(diào)節(jié)過程更為復(fù)雜，涉及的面較廣，內(nèi)容也較為繁瑣。因此本書僅討論同步發(fā)電機(jī)的并列操作。在發(fā)電廠中，每一個(gè)有可能進(jìn)行并列操作的斷路器都稱為電廠的同期點(diǎn)。如圖1-1所示，每個(gè)發(fā)電機(jī)的斷路器都是同期點(diǎn)，因?yàn)楦靼l(fā)電機(jī)的并列操作都在各自的斷路器上進(jìn)行；母聯(lián)斷路器是同一母線上所有發(fā)電單元的后備同期點(diǎn)；當(dāng)變壓器檢修完畢投入運(yùn)行時(shí)，可以在變壓器的低壓側(cè)進(jìn)行并列操作；對于三繞組變壓器，為了減少并列進(jìn)行時(shí)可能出現(xiàn)的母線倒閘操作，保證迅速可靠地恢復(fù)供電，其高、中、低三側(cè)都有同期點(diǎn)；110kV以上線路，當(dāng)設(shè)有旁路母線時(shí)，在線路主斷路器因故退出工作的情況下，也可利用旁路母線斷路器進(jìn)行并圖1-1發(fā)電廠的同期點(diǎn)舉例（?表示同期點(diǎn)）?PAGE3?PAGE3?第一章 同步發(fā)電機(jī)的自動并列?PAGE4?PAGE4?電力系統(tǒng)自動裝置 第2版列操作；而母線分段斷路器一般不作為同期點(diǎn)，因?yàn)榈蛪簜?cè)母線解列時(shí)，高壓側(cè)是連接的，因此沒有設(shè)同期點(diǎn)的必要。電力系統(tǒng)的容量在不斷增大，同步發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也越來越大，如操作不當(dāng)將損壞發(fā)電機(jī)并引起系統(tǒng)電壓波動，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，同步發(fā)電機(jī)組在并列時(shí)應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則：并列斷路器合閘時(shí)，沖擊電流盡可能小，其瞬時(shí)最大值一般不超過發(fā)電機(jī)額定電1～2倍。發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減小對電力系統(tǒng)的擾動。二、同步發(fā)電機(jī)并列操作的方法同步發(fā)電機(jī)的并列操作方法可分為準(zhǔn)同期并列和自同期并列兩種。（一）準(zhǔn)同期并列準(zhǔn)同期并列是指先給待并發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，使其建立起電壓，調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓和頻率，在符合同步條件時(shí)，合上并列斷路器，將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)。任一發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的瞬時(shí)值均可表示為uG=UGmsin（ωGt+φ0G）uS=USmsin（ωSt+φ0S）式中 UGm，USm—發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的幅值；ωG，ωS—發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的角頻率；φ0G，φ0S—發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的初相位。

（1-1）上述電壓的幅值、角頻率和相位是用來恒量電壓的三個(gè)重要的狀態(tài)量。圖1-2為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列示意圖，圖1-2a中QF為并列斷路器即同期點(diǎn)，QF的一端為待并發(fā)電機(jī)G，其電壓相量為UG；QF的另一端為系統(tǒng)，其電壓相量為US。由于QF兩側(cè)電壓的狀態(tài)量不相等，QF觸頭兩端存在電壓差Ud，如圖1-2b所示。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)一定時(shí)，Ud值越大，則合閘瞬間產(chǎn)生的沖擊電流就越大。若要合閘瞬間沖擊電流等于零且對電網(wǎng)不產(chǎn)生任何擾動，則應(yīng)使Ud值為零。因此，發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)的理想條件是斷路器兩側(cè)電壓的三個(gè)狀態(tài)量完全相

1-2發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列示意圖a）一次系統(tǒng)圖b）相量圖ω等，即ωGUG

=ωS=US

或fG

fS〓〓

（1-2）δe0 〓式中 δe—發(fā)電機(jī)電壓UG和系統(tǒng)電壓US之間的相位差。當(dāng)滿足上述條件時(shí)，則圖1-2b中UG和US兩個(gè)相量完全重合并保持同步旋轉(zhuǎn)，并列合閘瞬間的沖擊電流等于零，且并列后發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)立即進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，沒有任何擾動現(xiàn)象。（二）自同期并列自同期并列是將一臺未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)升速到接近額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差角頻率ωd（ωd=ωG-ωS）不超過允許值，且在機(jī)組的加速度小于一定值的前提下，首先合上并列斷路器QF，接著立即合上勵(lì)磁開關(guān)SE，給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁電流，在發(fā)電機(jī)電動勢逐漸增加的過程中，由系統(tǒng)將并列的發(fā)電機(jī)拉入同步運(yùn)行。其并列示意圖如圖1-3所示。在發(fā)電機(jī)以自同期方式并入電網(wǎng)的瞬間，未經(jīng)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，相當(dāng)于電網(wǎng)經(jīng)發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗Xd″短路，由此產(chǎn)生的沖擊電流周期分量Im″為

圖1-3自同期并列示意圖II″= +XS

（1-3）式中 US—?dú)w算到發(fā)電機(jī)端的系統(tǒng)電壓；XS—?dú)w算后的系統(tǒng)等值電抗。式（1-3）表明，當(dāng)發(fā)電機(jī)參數(shù)一定時(shí)，自同期并列的沖擊電流主要取決于系統(tǒng)的情況，即決定于US和XS的大小。自同期并列方式的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、速度快，在系統(tǒng)發(fā)生故障、頻率波動較大時(shí)，發(fā)電機(jī)組能迅速投入運(yùn)行，可避免故障擴(kuò)大，有利于處理系統(tǒng)事故。但因合閘瞬間發(fā)電機(jī)定子吸收大量無功功率，導(dǎo)致合閘瞬間系統(tǒng)電壓下降較多，將對其他用電設(shè)備的正常工作產(chǎn)生一定的影響，因此，自同期并列方式在使用時(shí)有其局限性。GB14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：“在正常運(yùn)行情況下，同步發(fā)電機(jī)的并列應(yīng)采用準(zhǔn)同期并列方式；在故障情況下，水輪發(fā)電機(jī)可以采用自同期并列方式”。由于準(zhǔn)同期并列時(shí)沖擊電流比較小，不會使系統(tǒng)電壓下降，并列后容易拉入同步，因而在系統(tǒng)中應(yīng)用較為普遍。本章主要討論同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同期并列裝置。第二節(jié) 準(zhǔn)同期并列的基本原理一、準(zhǔn)同期并列條件分析當(dāng)發(fā)電機(jī)采用準(zhǔn)同期并列時(shí)，最理想的并列情況是在斷路器觸頭合閘的瞬間，發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的三個(gè)狀態(tài)量完全相等，即如式（1-2），這樣并列過程中產(chǎn)生的沖擊電流為零，對系統(tǒng)不會造成任何擾動。但是，在實(shí)際運(yùn)行中，同時(shí)滿足式（1-2）中的三個(gè)條件幾乎是不可能的，事實(shí)上也沒有必要。只要并列時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流小于規(guī)定的允許值，不會危及設(shè)備安全，并列過程中對發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)影響較小，不致引起不良后果，可以允許三個(gè)狀態(tài)量有一定的偏差。但是，偏差值要控制在一定的允許范圍內(nèi)。下面分別分析式（1-2）中的任一條件不滿足時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流。（一）電壓幅值不相等設(shè)發(fā)電機(jī)并列時(shí)斷路器兩側(cè)電壓相量如圖14a所示，即斷路器兩側(cè)電壓的頻率相等，合閘時(shí)相位差等于零，但兩電壓幅值不相等。由于電壓幅值不等所產(chǎn)生的沖擊電流的有效值為I″=G I″=G +XS式中 UG，US—發(fā)電機(jī)電壓、電網(wǎng)電壓有效值；X″發(fā)電機(jī)直軸次暫態(tài)電抗；XS系統(tǒng)等值電抗。由圖1-4a可見，沖擊電流主要為無功電流分量，其瞬時(shí)最大值為

（1-4）這時(shí)沖擊電流所產(chǎn)生的電動力會對發(fā)電機(jī)繞組產(chǎn)生危害，當(dāng)電動力較大時(shí)，有可能引起發(fā)電機(jī)繞組的端部變形。（二）相位不相同設(shè)并列合閘時(shí)斷路器兩側(cè)電壓相量如圖1-4b所示，即斷路器兩側(cè)電壓幅值相等、頻率相等，但在合閘瞬間存在相位差。由于合閘瞬間存在相位差所產(chǎn)生的沖擊電流有效值為

=1.82（1-5）圖1-4準(zhǔn)同期并列條件分析a）電壓幅值不相等b）相位差不為零I″=X″UGnδe≈ UGXnδe （1-6）q+XS式中 X″—發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗。

2 +S2當(dāng)δ很小時(shí)，有2nδe≈nδe。參照式（1-5），可求出其沖擊電流最大瞬時(shí)值。這時(shí)沖2擊電流既有有功分量，也有無功分量，當(dāng)相位差較小時(shí)主要為有功電流分量，說明合閘后發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間立刻交換有功功率，使機(jī)組的聯(lián)軸受到突然沖擊。合閘相位差的存在，意味著在并列瞬間，發(fā)電機(jī)定子所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩在極短的時(shí)間內(nèi)要強(qiáng)迫轉(zhuǎn)子縱向磁軸與其取向一致，不難想象一個(gè)數(shù)百噸重的轉(zhuǎn)子在很短時(shí)段內(nèi)立即旋轉(zhuǎn)一個(gè)相當(dāng)于相位差的電角度會產(chǎn)生巨大的機(jī)械轉(zhuǎn)矩沖擊，這會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組及軸系的機(jī)械損傷。因此，為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)將此沖擊電流限制在較小數(shù)值內(nèi)，也就是要將并列時(shí)的相位差δe控制在一定范圍內(nèi)，而且當(dāng)發(fā)電機(jī)容量越大時(shí)，對δe值的限制越嚴(yán)。（三）頻率不相等設(shè)待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的電壓相量如圖1-5a所示，即斷路器兩側(cè)電壓幅值相等、但兩電壓頻率不同。由于頻率不相等，在斷路器兩側(cè)產(chǎn)生的電壓差為脈振變化，如圖1-5b所示，脈振電壓ud為ud=UGmsin（ωGt+φ0G）-USmsin（ωSt+φ0S） （1-7）設(shè)φ0G=φ0S=0，UGm=USm，則〓〓〓〓〓ωG-ωS〓 〓ωG+ωS〓〓〓〓〓ud=2UGmsin〓 2 t〓cos〓 2 t〓 （1-8）〓ωG-ωS〓

圖1-5脈振電壓a）相量圖b）波形圖〓〓定義Ud=2UGmsin〓〓〓

2 t〓為脈振電壓的幅值，則式（1-8）可表示為〓〓〓ωG+ωS〓〓〓ud=Udcos〓 2 t〓 （1-9）由式（1-9）可見，脈振電壓ud的波形可看成是幅值為Ud、頻率接近于工頻的交流電壓。發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的頻率差稱為轉(zhuǎn)差，用fd表示；其角頻率差相應(yīng)稱為轉(zhuǎn)差角頻率，用ωd表示。即fd=fG-fSωd=ωG-ωS圖1-5a所示兩電壓相量的相位差δe為

（1-10）因此，脈振電壓的幅值Ud又可表示為

δe=ωdt （1-11）Ud=2UGmsinωdt=2UGmsinδe=2USmsinδe

（1-12）2 2 2由圖1-5b可見，若將系統(tǒng)電壓US作為參考相量，則待并發(fā)電機(jī)電壓UG將以轉(zhuǎn)差角頻率ωd的速度圍繞US旋轉(zhuǎn)，當(dāng)相位δe由0到π時(shí)，Ud相應(yīng)從零變到最大值；當(dāng)δe從π變到d2π時(shí)，Ud又從最大值回到零。UG旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間稱為一個(gè)脈振周期，用Td表示。則Td與轉(zhuǎn)差頻率fd及轉(zhuǎn)差角頻率ωd的關(guān)系為ddTd=d

=

（1-13）脈振周期Td、轉(zhuǎn)差頻率fd及轉(zhuǎn)差角頻率ωd均可用來表示待并發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率之間的差值。轉(zhuǎn)差頻率大，則脈振周期短；轉(zhuǎn)差頻率小，則脈振周期長。例如，某發(fā)電機(jī)并列時(shí)，規(guī)定允許的轉(zhuǎn)差角頻率為ωd≤0.2%ωN，fN=50Hz，即100ωd≤0.2×2πfN=0.2πrad/s100對應(yīng)的脈動電壓周期Td為Tdπ=2π=10sd 0.2π也就是說，當(dāng)脈振周期Td>10s時(shí)，轉(zhuǎn)差角頻率ωd<0.2%ωN，滿足發(fā)電機(jī)并列的要求。由式（1-11）可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差角頻率ωd一定時(shí)，相位差δe是時(shí)間t的函數(shù)，所以并列時(shí)合閘相位差與發(fā)出合閘信號的時(shí)間有關(guān)，如果剛好在δe=0時(shí)合上并列斷路器觸頭，則合閘瞬間的沖擊電流等于零；如果在δe=π時(shí)并列斷路器觸頭合閘，則產(chǎn)生最大沖擊電流，給系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)帶來較大危害。因此，選擇發(fā)出合閘信號的時(shí)刻非常關(guān)鍵，這一問題將在后面的內(nèi)容中著重討論。另外還需指出，如果并列時(shí)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)頻率差較大，即使合閘時(shí)相位差δe很小，但合閘后發(fā)電機(jī)需要經(jīng)歷一個(gè)很長的暫態(tài)過程才能進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)可能失步，因此從并列后應(yīng)迅速進(jìn)入同步運(yùn)行的角度出發(fā)，應(yīng)控制并列時(shí)的頻率差。式（1-12）所示的脈振電壓Ud與相位差δe間的函數(shù)關(guān)系可用波形圖表示，如圖1-6所示。由圖1-6可見：當(dāng)δe=0時(shí)，Ud=0；當(dāng)δe=π時(shí)，Ud=2UGm=2USm。因此，通過測量脈振電壓的數(shù)值即可判斷δe的大小。另外，在圖1-6中，脈振電壓兩最小值之間的時(shí)間差，剛好是一個(gè)脈振周期Td，所以通過測量該時(shí)間的長短便可知轉(zhuǎn)差頻率fd和轉(zhuǎn)差角頻率ωd的大小。圖1-6UG=US時(shí)脈振電壓Ud的波形 圖1-7UG與US不相等時(shí)脈振電壓Ud的波形圖1-7所示為發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓不相等時(shí)脈振電壓的波形圖。由圖1-5a的相量圖可知，當(dāng)斷路器兩側(cè)電壓幅值不相等時(shí)，脈振電壓Ud可由三角公式求得：U2mU2m+U2m-2UGmUSmcosδeG S當(dāng)δe=0時(shí)，Ud=UGm-USm，此時(shí)脈振電壓最小，為兩電壓幅值差。當(dāng)δe=π時(shí)，Ud=UGm+USm，此時(shí)脈振電壓最大，為兩電壓幅值和。

（1-14）在圖1-7中，脈振電壓的最小值即反應(yīng)了斷路器兩側(cè)電壓差的大??；兩最小值之間的時(shí)間代表了脈振周期的長短；電壓最小值出現(xiàn)在相位差最小時(shí)。上述分析表明，在脈振電壓Ud的波形中含有準(zhǔn)同期并列需檢測的三個(gè)條件，即電壓幅值差、頻率差以及相位差隨時(shí)間變化的規(guī)律。因此可見，脈振電壓是一個(gè)非常重要的量，通過其波形中所包含的這些信息，即可判斷準(zhǔn)同期并列的條件是否滿足要求。因此在早期的準(zhǔn)同期并列裝置中，多利用脈振電壓進(jìn)行并列條件的檢測。但隨著電子元器件的更新和自動控制技術(shù)的發(fā)展，其檢測方法也有所不同，在后續(xù)的內(nèi)容中將詳細(xì)講述。需要指出的是，并列過程中轉(zhuǎn)差角頻率ωd不僅在不同的脈振周期具有不同值，即使在同一個(gè)脈振周期內(nèi)，ωd也是變化的。但為了簡化分析，在圖1-6和圖1-7中，假設(shè)一個(gè)脈振周期內(nèi)ωd不變。由以上對三個(gè)準(zhǔn)同期并列條件的分析可知，在準(zhǔn)同期并列時(shí)，電壓差、相位差和頻率差都會對發(fā)電機(jī)的運(yùn)行、壽命及系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生直接的影響，但電壓差和頻率差產(chǎn)生的影響要輕于相位差的危害。在兩電源間存在電壓差和頻率差時(shí)并列，會造成無功功率和有功功率的沖擊，即在斷路器合閘的瞬間，電壓高的一側(cè)會向電壓低的一側(cè)輸送無功功率，頻率高的一側(cè)會向頻率低的一側(cè)輸送有功功率，但在發(fā)電機(jī)空載的情況下，即使存在較大的電壓差和頻率差，其所產(chǎn)生的功率交換也是有限的，不會對發(fā)電機(jī)造成傷害。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)具有承受一定負(fù)荷波動的能力。但是，如果在具有較大相位差的情況下并列，如前所述，會對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸系產(chǎn)生較大損害，例如繞組線棒變形松脫、出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)或多點(diǎn)接地、聯(lián)軸器螺栓扭曲、主軸出現(xiàn)裂紋等。二、準(zhǔn)同期并列裝置的構(gòu)成準(zhǔn)同期并列裝置主要由頻率差控制單元、電壓差控制單元和合閘信號控制單元組成，如圖1-8所示。圖1-8準(zhǔn)同期并列裝置主要組成部件頻率差控制單元：其作用是檢測發(fā)電機(jī)電壓UG與系統(tǒng)電壓US間的轉(zhuǎn)差角頻率ωd，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使待并發(fā)電機(jī)的頻率接近于系統(tǒng)頻率。電壓差控制單元：其功能主要是檢測發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電壓差Ud調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓，使之與系統(tǒng)電壓間的差值小于規(guī)定允許值，以促使并列條件的形成。合閘信號控制單元：其功能是檢查并列條件，當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的頻率與電壓都滿足并列要求時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)出合閘信號，使并列斷路器主觸頭接通時(shí)，相位差δe接近于零或控制在允許的范圍內(nèi)。三、準(zhǔn)同期并列裝置的分類發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同期并列裝置，按其自動化程度的不同可以分為以下幾種。（一）手動準(zhǔn)同期并列裝置手動準(zhǔn)同期并列裝置是將供同期操作用的表計(jì)和操作開關(guān)裝在同步小屏或中央信號屏上，運(yùn)行操作人員通過監(jiān)視電壓表、頻率表和同步表，判斷待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電壓差Ud、頻率差ωd的大小并進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)并列條件滿足時(shí)，選擇合適的時(shí)間操作斷路器合閘。在手動準(zhǔn)同期并列中，待并發(fā)電機(jī)電壓和頻率完全由操作人員手動調(diào)節(jié)，使其逐漸接近系統(tǒng)電壓和頻率，當(dāng)電壓差和頻率差小于規(guī)定允許值時(shí)，捕捉最佳合閘時(shí)機(jī)，在相位差δe符合要求時(shí)將斷路器合上。在此過程中，由于操作人員技術(shù)不嫻熟及緊張猶豫等原因，可能會延誤并網(wǎng)時(shí)機(jī)，拖長并網(wǎng)時(shí)間；也可能在存在相位差的情況下并網(wǎng)，給發(fā)電機(jī)帶來一定的沖擊。另外，當(dāng)幾臺機(jī)組共用一套并列裝置時(shí)，各機(jī)組間的控制電纜較多，接線復(fù)雜，同步屏與并列斷路器的控制地點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，由于視覺誤差可能引起同步操作錯(cuò)誤。（二）半自動準(zhǔn)同期并列裝置半自動準(zhǔn)同期并列裝置是指在并列過程中，待并發(fā)電機(jī)的電壓UG和頻率fG由運(yùn)行操作人員監(jiān)視和調(diào)整，當(dāng)頻率和電壓都滿足并列條件時(shí)，并列裝置自動選擇合適的時(shí)間發(fā)出合閘信號。它與手動準(zhǔn)同期并列的區(qū)別是合閘信號由裝置經(jīng)判斷后自動發(fā)出，而不是由運(yùn)行人員手動合閘。（三）自動準(zhǔn)同期并列裝置自動準(zhǔn)同期并列裝置是在并列過程中，由裝置自動監(jiān)視發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電壓差和頻率差，當(dāng)電壓差和頻率差不合格時(shí)，由自動調(diào)節(jié)單元發(fā)出調(diào)節(jié)脈沖，直到Ud和ωd符合要求后，自動選擇理想的時(shí)機(jī)發(fā)出合閘信號。由于發(fā)電機(jī)一般都配有自動電壓調(diào)節(jié)裝置，因此在有人值班的發(fā)電廠中，發(fā)電機(jī)的電壓往往由運(yùn)行人員直接操作控制，這樣在圖1-8中不必配置電壓差控制單元，從而簡化了并列裝置的結(jié)構(gòu)；在無人值班的發(fā)電廠中，自動準(zhǔn)同期并列裝置需設(shè)置具有電壓自動調(diào)節(jié)功能的電壓差調(diào)整單元，當(dāng)發(fā)電機(jī)并列時(shí)，其電壓和頻率都由并列裝置自動調(diào)節(jié)，整個(gè)并列過程無需運(yùn)行人員參與。， 在準(zhǔn)同期并列裝置中，合閘信號的控制是整個(gè)裝置的核心，其控制原則是在電壓差和頻率差都滿足并列條件的情況下，適時(shí)發(fā)出合閘信號，使斷路器觸頭在δe=0時(shí)閉合。由于并列裝置合閘出口繼電器具有一定的動作時(shí)間tC以及斷路器存在固有的合閘時(shí)間tQF，因此，若要在δe=0的瞬間斷路器觸頭剛好閉合，就必須在此之前發(fā)出合閘信號。， 恒定越前相位準(zhǔn)同期并列恒定越前相位準(zhǔn)同期并列是指合閘信號的提前量為一恒定的相位δYJ，即在發(fā)電機(jī)電壓相量UG與系統(tǒng)電壓相量US重合（δe0）之前δeδYJ時(shí)，發(fā)出合閘信號。由于在并列斷路器合閘前發(fā)電機(jī)頻率是變化的，即在不同脈動周期其轉(zhuǎn)差角頻率ωd具有不同的值，即使在同一個(gè)脈振周期內(nèi)ωd也可能是不固定的。因此，每個(gè)脈振周期與恒定越前相位δYJ對應(yīng)的越前時(shí)間tYJ也是不同的，它與δYJ的關(guān)系為ωdtYJ=δYJωd

（1-15）設(shè)在某一脈振周期ωd=ωd1，在δe=δYJ時(shí)發(fā)出合閘信號，則與此對應(yīng)的越前時(shí)間tYJ=δYJ/ωd1，如果此時(shí)間剛好等于并列裝置出口繼電器的動作時(shí)間tC和斷路器的合閘時(shí)間tQF之和，則意味著在斷路器觸頭閉合時(shí)剛好δe=0，此過程可用相量圖1-9表示。在圖1-9中，仍將系統(tǒng)電壓US作為參考相量，待并發(fā)電機(jī)電壓UG將以轉(zhuǎn)差角頻率ωd?PAGE10?PAGE10?電力系統(tǒng)自動裝置 第2版?PAGE11?PAGE11?第一章 同步發(fā)電機(jī)的自動并列的速度圍繞US逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（假設(shè)ωGωS）。19a所示為ωd=ωd1，合閘時(shí)發(fā)電機(jī)電壓相量UG與系統(tǒng)電壓US重合。當(dāng)ωdωd2ωd1時(shí)，則越前時(shí)間tYJ<tC+tQF，即在斷路器合閘時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓相量UG已經(jīng)超前于系統(tǒng)電壓US，如圖1-9b所示。ωdωd3ωd1時(shí)，則越前時(shí)間tYJtC+tQF，即在斷路器合閘時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓相量UG滯后于系統(tǒng)電壓US1-9c所示。由此可見，當(dāng)提前量為恒定相位時(shí)，很難保證從發(fā)出合閘信號到斷路器合上時(shí)，UG與US剛好重合。這樣便可能造成合閘時(shí)存在相位差，由此相位差產(chǎn)生一定的沖擊電流。恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列

圖1-9恒定越前相位原理分析a）ωd=ωd1b）ωd2>ωd1c）ωd3<ωd1恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列是指合閘信號的提前量為一恒定的時(shí)間tYJ，即在發(fā)電機(jī)電壓相量UG與系統(tǒng)電壓相量US重合（δe=0）之前tYJ時(shí)發(fā)出合閘信號。因?yàn)樵角皶r(shí)間是固定的，因此，在不同的脈振周期與越前時(shí)間對應(yīng)的越前相位δYJ是變化的，δYJ與ωd成正比。如果整定tYJ=tC+tQF，則從理論上講，在不同的脈振周期，無論ωd等于多少，都可以保證斷路器合閘時(shí)相位差δe=0。但實(shí)際上由于裝置的越前信號時(shí)間、出口繼電器的動作時(shí)間及斷路器的合閘時(shí)間存在分散性，因而合閘時(shí)仍難免具有合閘相位誤差。當(dāng)ωd越大時(shí)，合閘誤差角就越大，由此產(chǎn)生的沖擊電流也就越大，因此合閘時(shí)轉(zhuǎn)差角頻率必須限制在一定范圍之內(nèi)。由于恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列的優(yōu)點(diǎn)，在準(zhǔn)同期并列裝置中，大多采用恒定越前時(shí)間原理實(shí)現(xiàn)合閘信號的控制。四、恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列裝置的整定計(jì)算（一）越前時(shí)間tYJ根據(jù)前面分析，恒定越前時(shí)間應(yīng)等于并列裝置出口繼電器的動作時(shí)間tC與斷路器合閘時(shí)間tQF之和，即tYJ=tC+tQF （1-16）當(dāng)并列斷路器的類型不同時(shí)，其合閘時(shí)間也有所區(qū)別，并列裝置中的越前時(shí)間tYJ應(yīng)能隨之相應(yīng)調(diào)整。（二）允許電壓差并列時(shí)斷路器兩側(cè)的電壓差會導(dǎo)致沖擊電流，其大小與電壓差值成正比。因此，為了限制并網(wǎng)合閘時(shí)的沖擊電流，一般規(guī)定待并發(fā)電機(jī)電壓UG與系統(tǒng)電壓US間的差值Ud不應(yīng)超過額定電壓UN的10%～15%，即（三）允許轉(zhuǎn)差角頻率

Ud≤（0.1～0.15）UN （1-17）由于并列裝置出口繼電器和斷路器的合閘時(shí)間都存在誤差，因此造成斷路器合閘時(shí)有一定的相位誤差，由于合閘相位差產(chǎn)生的沖擊電流有效值可根據(jù)式（1-6）求出。假設(shè)發(fā)電機(jī)+XS）1.82+XS）1.82UGδeY=arcsin

（1-18）ΔtC+ΔtQFδeY在時(shí)間誤差一定的條件下，相位差δe與轉(zhuǎn)差角頻率ωd成正比。因此，由式（1ΔtC+ΔtQFδeYωdY=式中 ΔtC， ΔtQF—并列裝置出口繼電器和斷路器的動作誤差時(shí)間。

（1-19）【例1-1】某發(fā)電機(jī)采用自動準(zhǔn)同期并列方式與系統(tǒng)并列，系統(tǒng)的參數(shù)已歸算到以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值。一次系統(tǒng)參數(shù)為：發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗Xq″=0.125；系統(tǒng)等值機(jī)組的交軸次暫態(tài)電抗與線路電抗為0.25；斷路器合閘時(shí)間tQF=0.5s，它的最大誤差時(shí)間為±20%；自動并列裝置的最大誤差時(shí)間為±0.05s；待并發(fā)電機(jī)允許的最大沖擊電流值為im″=2IGN。試計(jì)算允許合閘誤差角δeY、允許轉(zhuǎn)差角頻率ωdY及相應(yīng)的脈動電壓周期Td。+XS+XS）1.8×2UG1.8×2×1.δeY=arcsin

=arcsin2×1×（0.125+0.25）=arcsin0.1984=0.199rad式中，UG按1.05計(jì)算是考慮到并列時(shí)電壓有可能超過額定電壓的5%。允許轉(zhuǎn)差角頻率ωdY斷路器的最大合閘時(shí)間誤差：ΔtQF=0.5×0.2s=0.1s自動并列裝置的誤差時(shí)間：ΔtC=0.05sωdY=0.199 rad/s=1.33rad/s脈動電壓周期Td

0.1+0.05Td=2π=2

=4.7sdY 1.33上述計(jì)算結(jié)果表明，若要并列產(chǎn)生的沖擊電流不超過2IGN，則合閘時(shí)的轉(zhuǎn)差角頻率應(yīng)小于1.33rad/s。第三節(jié) 頻率差的測量及調(diào)整一、并列裝置的控制邏輯恒定越前時(shí)間型準(zhǔn)同期并列裝置的合閘信號控制單元由轉(zhuǎn)差角頻率檢測、電壓差檢測和越前時(shí)間信號等環(huán)節(jié)組成，其控制邏輯如圖1-10a所示。由圖可見，恒定越前時(shí)間信號能否通過與門Y1成為合閘信號，取決于轉(zhuǎn)差角頻率檢測和電壓差檢測的結(jié)果。如果其中任何一個(gè)不符合并列條件，由或非門H1輸出的非邏輯將使與門Y1閉鎖，使得越前時(shí)間信號不能通過與門Y1，也就不能發(fā)出合閘信號。只有當(dāng)轉(zhuǎn)差角頻率和電壓差都符合并列條件時(shí)，越前時(shí)間信號才能通過與門Y1成為合閘信號輸出。由此可見，在一個(gè)脈振電壓周期內(nèi)，必須在越前時(shí)間信號到達(dá)之前完成頻率差和電壓差的檢測，以決定是否讓越前時(shí)間信號通過與門，也就是決定是否允許并列合閘。如果在一個(gè)脈振周期中，轉(zhuǎn)差角頻率和電壓差的大小恒定不變，則在脈振電壓的前半周期和后半周期進(jìn)行檢測是一樣的。但從前面的分析知道，隨著發(fā)電機(jī)頻率和電壓的不斷調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)差角頻率及電壓差是變化的，即在一個(gè)脈振周期的前半周期和后半周期是不一樣的。顯然，在脈振電壓的后半周期進(jìn)行頻率差和電壓差的檢測更為合理。電壓差檢測及頻率差檢測與越前時(shí)間信號間的配合如圖1-10b所示。圖1-10自動準(zhǔn)同期并列裝置的控制邏輯a）控制邏輯b）檢測信號間的時(shí)間配合二、相位差的檢測在準(zhǔn)同期并列裝置中，根據(jù)相位差的變化軌跡可求得頻率差的值，而且恒定越前時(shí)間的形成是通過測量相位差的變化實(shí)現(xiàn)的。相位差的測量電路如圖1-11所示，發(fā)電機(jī)電壓uG和系統(tǒng)電壓uS經(jīng)過電壓變換和整形方波電路變?yōu)榫匦尾ê螅瑢蓚€(gè)方波接入異或門。當(dāng)兩個(gè)方波輸入電平不同時(shí)，異或門的輸出為高電平；當(dāng)兩個(gè)方波同為高電平或同為低電平時(shí)，異或門輸出低電平。

圖1-11相位差測量邏輯電路設(shè)系統(tǒng)電壓頻率為50Hz，發(fā)電機(jī)電壓頻率低于50Hz，其波形如圖1-12a所示，經(jīng)電壓變換電路和整形方波削波限幅后的方波如圖1-12b所示，兩方波經(jīng)異或門后輸出為一系列寬度不等的矩形波，如圖1-12c所示，顯然該矩形波的寬度反映了發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓間相位差的大小。借助定時(shí)計(jì)數(shù)器和CPU可讀取矩形波的寬度，如圖1-12d所示，每工頻周期計(jì)數(shù)器工作一次。N如定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖頻率為fC，其計(jì)數(shù)值為N，則與相位差δi對應(yīng)的脈沖i為Ni=fC （1-20）已知系統(tǒng)電壓的方波寬度為S，它等于1/2工頻周期（即180°），因此δi可按下式求得：δi=i

i≥i-1SSδi=2 -S

i i<i-

（1-21）圖1-12相位差δe測量波形分析a）交流電壓波形b）削波限幅后的方法c）異或門輸出的方波d）定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間根據(jù)式（1-21）求得δi后，便可得到δe（t）的變化軌跡，如圖1-13所示，其中圖1-13a為ωd恒定時(shí)δe（t）的變化軌跡，圖1-13b為ωd等速變化時(shí)δe（t）的變化軌跡。如果在計(jì)算中，一個(gè)轉(zhuǎn)差周期的δe（t）軌跡如圖1-13a中的直線A所示，它所對應(yīng)的ωd為常數(shù)，如圖中直線A′所示，表明電網(wǎng)和待并發(fā)電機(jī)組的頻率穩(wěn)定。如果δe（t）的軌跡如圖1-13b中的曲線B所示，與它對應(yīng)的ωd（t）為圖中直線B′，這說明發(fā)電機(jī)組按恒定加速度升速，發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率逐漸接近。1-13δe（t）的變化軌跡a）ωd恒定b）ωd等速變化由式（1-21）計(jì)算得到當(dāng)前相位差δi后，便可求得轉(zhuǎn)差角頻率ωdi、相位差加速度Δωdi/Δt、以及與恒定越前時(shí)間對應(yīng)的最佳越前相位差δYJ2ωdi=δi-δi-12

（1-22）Δωdi=ωdi-ωd（i-n）

（1-23）Δt 2SnδYJ=ωditYJ+1

×Δωdi

（1-24）2式中 ωdi—當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)的轉(zhuǎn)差角頻率；

ΔtYJδi，δi-1當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)和上一計(jì)算點(diǎn)的角度值；2S兩計(jì)算點(diǎn)間的時(shí)間；ωdi，ωd（i-n）當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)和前n個(gè)計(jì)算點(diǎn)的轉(zhuǎn)差角頻率。由于兩相鄰計(jì)算點(diǎn)的轉(zhuǎn)差角頻率變化甚微，因此Δωdi可經(jīng)若干計(jì)算點(diǎn)后才計(jì)算一次。式（1-24）中計(jì)及了δe含有加速度的情況，使計(jì)算結(jié)果更加精確。三、頻率差的檢測頻率差檢測與電壓差檢測一樣，都是在恒定越前時(shí)間之前要完成的檢測任務(wù)，用以判別是否符合并列條件。在數(shù)字式準(zhǔn)同期并列裝置中，可用以下兩種方式進(jìn)行頻率差的檢測。利用相位差δe（t）的變化軌跡計(jì)算頻率差這種方法的計(jì)算過程如式（1-22）所示，ωdi的值可以每工頻周期（20ms）計(jì)算一次。ωdi在已知時(shí)段（Δt）ωdiΔωdi/Δt如式（123）所示。ωdi的一階導(dǎo)數(shù)可表明待并機(jī)組的轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定，如其值過大，則說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速尚在升速或減速過程中，并網(wǎng)后進(jìn)入同步運(yùn)行的暫態(tài)過程就會較長甚至失步，因此在并列過程中也可作為條件之一加以限制。直接測量兩并列電壓的頻率頻率差的測量也可通過圖1-14所示電路直接測量得到，利用該電路首先測得兩并列電壓頻率，然后計(jì)算得到頻率差值以及發(fā)電機(jī)頻率高、低的信息。圖1-14所示測量電路的基本原理是測量交流信號的周期。首先把交流正弦電壓信號轉(zhuǎn)換為方波，再經(jīng)二分頻電路后，其半波時(shí)間即為交流電壓的周期T，然后利用正半周高電平作為可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)的控制信號，其下降沿即停止計(jì)數(shù)并作

圖1-14并列電壓頻率直接測量電路為中斷申請信號，由CPU讀取其中計(jì)數(shù)值N，并使計(jì)數(shù)器復(fù)位，以便為下一個(gè)周期計(jì)數(shù)作好準(zhǔn)備。如計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖頻率為fC，則所測交流電壓的周期為TTfCN于是求得交流電壓的頻率為N

f=fC

（1-25）設(shè)NG為發(fā)電機(jī)電壓周期的計(jì)數(shù)值，NS為系統(tǒng)電壓周期計(jì)數(shù)值，則頻率差為fd=fG-fS=fC〓1-1〓 （1-26）〓G S〓為了簡化并列裝置接線并且能與相位差測量電路合用，在圖114中也可省略二分頻環(huán)節(jié)，把交流電壓正弦信號轉(zhuǎn)換成方波后，就去控制計(jì)數(shù)器，這時(shí)的計(jì)數(shù)時(shí)間為半個(gè)工頻周期（T/2），依此，計(jì)算機(jī)也可方便地求出頻率值、頻率差大小和頻率高低。四、頻率差的調(diào)整頻率差調(diào)整的任務(wù)是將待并發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整到接近于系統(tǒng)頻率，使頻率差接近于并列條件。如果發(fā)電機(jī)的頻率低于電網(wǎng)頻率，則發(fā)出升速脈沖信號，升高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；反之，則發(fā)出減速脈沖信號，降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)按比例調(diào)節(jié)準(zhǔn)則進(jìn)行，當(dāng)頻率差較大時(shí)，發(fā)出的調(diào)節(jié)脈沖越寬；當(dāng)頻率差較小時(shí)，調(diào)節(jié)脈沖的寬度也就越窄。根據(jù)上述要求，頻率差的調(diào)整分為頻率差方向測量和調(diào)速脈沖控制兩個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)自動準(zhǔn)同期并列裝置測量頻率差由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，頻率差方向的測量十分方便。根據(jù)式（1-26）可方便地測量出頻率差的方向。設(shè)Δf為允許頻率差，則f>Sf<Sfd≤Δf時(shí)，不發(fā)調(diào)速脈沖；fd>Δf時(shí)，發(fā)出降速脈沖f>Sf<S圖1-15為頻率調(diào)節(jié)程序示意圖。由圖可知，除了在頻率差不滿足要求的情況下對發(fā)電機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)整外，當(dāng)頻率差滿足要求但數(shù)值太?。▓D中為0.05Hz）時(shí)，為防止出現(xiàn)同頻現(xiàn)象，應(yīng)發(fā)出增速脈沖。同期并列裝置在并網(wǎng)時(shí)，如果發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)頻率相同或很相近時(shí)發(fā)出合閘脈沖，而隨后相位差又被拉大了，則會造成較大沖擊。因此，同期裝置在檢測到并列點(diǎn)兩側(cè)電壓同頻時(shí)，必須控制發(fā)電機(jī)調(diào)速器，破壞當(dāng)前的同頻狀態(tài)。一般應(yīng)進(jìn)行加速控制，以免同時(shí)出現(xiàn)逆有功功率。在頻率差的調(diào)整過程中，調(diào)速脈沖的寬度應(yīng)與頻率差成正比，或根據(jù)發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性直接設(shè)置脈沖寬度，調(diào)速周期

圖1-15頻率調(diào)節(jié)程序示意圖可設(shè)定在一定范圍內(nèi)（2～5s）或?yàn)橐欢ㄖ?。另外，并列過程中對發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)頻時(shí)，不斷測量發(fā)電機(jī)頻率，并與系統(tǒng)頻率進(jìn)行比較，然后形成調(diào)速脈沖，再通過調(diào)速器改變汽輪機(jī)進(jìn)汽量（或水輪機(jī)組進(jìn)水量），實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)頻率的調(diào)整。實(shí)際上，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量是發(fā)電機(jī)頻率fG，目標(biāo)頻率是系統(tǒng)頻率fS第四節(jié) 電壓差的測量及調(diào)整電壓差檢測的任務(wù)是在恒定越前時(shí)間之前作出電壓差是否符合并列條件的判斷，當(dāng)電壓差不滿足要求時(shí)，發(fā)出升壓脈沖或降壓脈沖。一、電壓差的測量在微機(jī)型自動準(zhǔn)同期并列裝置中，電壓差檢測的方案可分為兩類：一是直接讀入U(xiǎn)G和US的值，然后作計(jì)算比較；二是先利用外部輸入裝置從兩個(gè)電壓互感器的二次側(cè)提取電壓差值和極性信號，然后由CPU讀入。（一）直接讀入方式直接讀入方式就是對發(fā)電機(jī)電壓uG和系統(tǒng)電壓uS采樣后讀入主機(jī)，然后計(jì)算兩電壓間的差值，判斷其是否低于允許電壓差值，并可判別待并發(fā)電機(jī)電壓高于或低于電網(wǎng)電壓。利用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的電壓采樣電路如圖1-16所示，主要包括電壓形成電路、模擬低通濾波電路、采樣保持電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換器五部分?，F(xiàn)將各部分的作用簡述如下：圖1-16逐次逼近式電壓模擬量輸入電路結(jié)構(gòu)框圖電壓形成電路及模擬低通濾波器A/電壓形成電路作用主要有兩方面，一是將電壓互感器的二次電壓進(jìn)一步降低，以適應(yīng)轉(zhuǎn)換器輸入范圍的要求，一般A/D轉(zhuǎn)換器要求輸入電壓為±5V或A/互感器的二次回路與A/D轉(zhuǎn)換器完全隔離，提高裝置的抗干擾能力。低通濾波器的作用是限制輸入信號的頻率，在采樣前將fS/2（fS為采樣電路的采樣頻率）以上的頻率分量濾去，以保持所需頻率信號的采樣不失真。圖117所示為電壓變換和RC低通濾波電路，模擬低通濾波器的幅頻特性的最大截止頻率根據(jù)采樣頻率的取值來確

圖1-17模擬量輸入電壓變換及低通濾波電路定。例如當(dāng)采樣頻率為1000Hz時(shí)，即每工頻周期采樣20個(gè)點(diǎn)，則要求低通濾波器必須濾除輸入信號中大于500Hz的高頻分量。穩(wěn)壓管VS1和VS2組成雙向限幅，以使后面環(huán)節(jié)的輸入電壓在要求范圍內(nèi)。采樣/保持電路A/D轉(zhuǎn)換器完成一路信號的轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在此期間輸入端的模擬電壓信號應(yīng)保持不變，這一任務(wù)可由采樣保持器來完成。采樣保持器的基本電路如圖1-18所示，它由模擬開關(guān)、保持電容器和緩沖放大器組成。采樣期間，在控制信號為高電平時(shí)模擬電子開關(guān)S閉合，輸入信號uin經(jīng)高增益放大器A1后的輸出通道通過模擬開關(guān)向電容器快速充電，使電容器電壓迅速達(dá)到輸入電壓值。保持期間，使控制信號為低電平，模擬開關(guān)S斷開，由于運(yùn)算放大器A2輸入阻抗很大，理想情況下電容器將保持充電時(shí)的最終值，即在電容器C上保持采樣信號。A2的輸出uout送到A/D轉(zhuǎn)換器。若要電容器上電壓保持時(shí)間長，則需要電容足夠大以及A2的輸入阻抗足夠高。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)

圖1-18采樣保持器基本電路當(dāng)數(shù)據(jù)采集裝置要對多路模擬量進(jìn)行采集且采用公共的A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，需分時(shí)對各模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此要用模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)來輪流切換各路模擬量與A/D轉(zhuǎn)換器之間的通道，使得在一個(gè)特定的時(shí)間內(nèi)，只允許一路模擬信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，目的是簡化電路、節(jié)約成本。圖1-19所示為AD7506多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)CPU賦于A0～A3不同的二進(jìn)制碼時(shí)，便選中SA0～SA15中一路電子開關(guān)，被選中的SA閉合，將此路輸入信號接通到輸出端，此時(shí)輸出電壓uout等于相應(yīng)路徑的輸入電壓uin。A/D轉(zhuǎn)換器因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號，所以需要把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，A/D轉(zhuǎn)換器便是完成這一功能的元件。利用電壓/頻率變換技術(shù)（VFC）原理構(gòu)成的電壓采樣電路如圖1-20所示。輸入電壓uin由電壓形成電路限幅后，經(jīng)電壓/頻率變換芯片（VFC）線性地變換為數(shù)字脈沖，脈沖頻率f正比于輸入電壓的大小，然后在固定的時(shí)間內(nèi)用計(jì)數(shù)器對脈沖數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后由CPU讀入計(jì)數(shù)結(jié)果并根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出輸入電壓的大小。

1-19開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1-20VFC型電壓采樣電路（二）直接求取UG、US差值方式圖1-21所示為檢測電壓差的電路，圖中待并發(fā)電機(jī)電壓uG和系統(tǒng)電壓uS分別經(jīng)變壓器和整流橋SR1、SR2后，在電阻R1、R2上得到和uG、uS幅值成比例的直流電壓UG′、US′。當(dāng)U′=U′時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電壓差UAB=0；當(dāng)U′>U′時(shí)，UAB<0；當(dāng)U′<US′時(shí)，UAB0。電位器R3用于平衡調(diào)節(jié)，以消除比較電路中元件參數(shù)對電壓的影響。為了使電壓差值UAB始終以固定極性與整定電壓Uset進(jìn)行比較，電路中設(shè)置了整流橋UD=UAB-UsetSR3，用以檢測電壓差的絕對值UABUD=UAB-Uset圖1-21直接檢測電壓差電路當(dāng)電壓差UAB大于整定值Uset時(shí)，D點(diǎn)電位為正，表明電壓差超出并列條件允許值；當(dāng)電壓差UAB小于整定值Uset時(shí)，D點(diǎn)電位為負(fù)，說明電壓差符合并列條件。因此，D點(diǎn)電位的正、負(fù)反應(yīng)了電壓差是否滿足并列條件，然后將D點(diǎn)電位通過接口電路讀入主機(jī)。二、電壓差的調(diào)整電壓差調(diào)整的作用是在并列操作過程中調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)的電壓值，使電壓差條件符合并列要求。在微機(jī)型自動準(zhǔn)同期并列裝置中，電壓差的調(diào)整原則簡單易行，利用圖1-16或圖121電壓差測量電路，不僅能計(jì)算出電壓差的大小，而且還能知道發(fā)電機(jī)電壓的高低，因而可立即發(fā)出升壓或降壓的脈沖，控制脈沖的寬度應(yīng)與電壓差Ud的大小成正比，或直接設(shè)置脈沖寬度，調(diào)壓周期可設(shè)在一定范圍內(nèi)（如3～8s）或?yàn)橐欢ㄖ?。自動?zhǔn)同期裝置發(fā)出的調(diào)壓脈沖，作用于發(fā)電機(jī)的自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，通過改變勵(lì)磁電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的目的。

圖1-22電壓調(diào)節(jié)程序示意圖圖1-22為發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)程序示意圖，調(diào)壓脈沖通過繼電器觸點(diǎn)輸出，作用于發(fā)電機(jī)的自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，使電壓差快速進(jìn)入設(shè)定范圍。第五節(jié) 自動準(zhǔn)同期并列裝置的合閘控制發(fā)電機(jī)在同期并列中，應(yīng)在同期點(diǎn)之前tYJ發(fā)出越前時(shí)間脈沖，這樣才能保證電壓同相時(shí)并列斷路器的觸頭剛好接通。一、恒定越前時(shí)間在微機(jī)型自動準(zhǔn)同期并列裝置中，恒定越前時(shí)間是通過相位差的測量實(shí)現(xiàn)的。首先按式（1-24）計(jì)算求出與恒定越前時(shí)間tYJ相對應(yīng)的最佳越前合閘相位δYJ，將其與本計(jì)算點(diǎn)的δi進(jìn)行比較，理想情況應(yīng)是當(dāng)2-δi=δYJ時(shí)，發(fā)出合閘信號，顯然要符合上述條件是非常困難的。因此在準(zhǔn)同期并列裝置中，一般按式（1-27）比較兩者關(guān)系，式中ε為允許誤差。如果即可發(fā)出合閘信號。如果

（2 -δi）-δYJ≤ε （1-27）（1-28（2 -δi）-δYJ（1-282 -δi>δYJ則繼續(xù)進(jìn)行下一點(diǎn)計(jì)算，直到（2-δi）逐漸逼近δYJ符合式（1-27）為止。二、防止錯(cuò)過最佳合閘時(shí)機(jī)（129在最佳越前相位δYJ與本計(jì)算點(diǎn)的δi（129（2 -δi）-δYJ>ε -2 -δi<δYJ即最佳越前相位介于兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)之間，因此錯(cuò)過了最佳合閘時(shí)機(jī)，如圖1-23所示。設(shè)待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，圖中計(jì)算點(diǎn)a對應(yīng)的δi已接近δYJ，但不符合式（1-27）而符合式（1-28）；可是下一個(gè)計(jì)算點(diǎn)b對應(yīng)的δi+1也不符合式（1-27），卻符合式（1-29）。這表明最佳越前相位介于a、b兩點(diǎn)之間，因此錯(cuò)過了最佳合閘時(shí)間。為避免上述情況發(fā)生，在進(jìn)行本點(diǎn)δi計(jì)算時(shí)，可同時(shí)按式（130）推算出δi～δYJ所需時(shí)間Δte，估算一下越前相位是否介于本計(jì)算點(diǎn)和下

圖1-23錯(cuò)過最佳合閘時(shí)機(jī)的情況一計(jì)算點(diǎn)之間。

（2 -）- Δte=

δiωdi

δYJ

（1-30）如果 Δte>2S（2S為相鄰兩點(diǎn)間計(jì)算間隔），則進(jìn)行下一點(diǎn)計(jì)算；如果 ΔteS，則等待相應(yīng)時(shí)間后發(fā)出合閘信號。這樣，一旦發(fā)電機(jī)頻率、電壓符合并列條件，在一個(gè)轉(zhuǎn)差周期內(nèi)就可捕捉到最佳合閘越前相位，及時(shí)發(fā)出合閘命令。由于斷路器的合閘時(shí)間具有一定的分散性，在給定允許合閘誤差角的條件下，并列時(shí)的允許轉(zhuǎn)差角頻率及角加速度也需要通過計(jì)算確定。三、并列斷路器合閘時(shí)間測量恒定越前時(shí)間tYJ等于并列裝置合閘信號輸出回路的動作時(shí)間與斷路器的合閘時(shí)間之和是自動準(zhǔn)同期并列裝置的一個(gè)重要參數(shù)，其精確與否直接關(guān)系到并列時(shí)相位誤差的大小。該時(shí)間可在并列過程中實(shí)測得到，以便對其進(jìn)行修正。在圖1-12中，發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓經(jīng)異或門后，輸出一系列矩形波，如圖1-12c所示。在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前，該矩形波在一個(gè)工頻周期內(nèi)有兩個(gè)，即其頻率為2fS；當(dāng)并列斷路器主觸頭閉合時(shí)，矩形波消失。因此，自動準(zhǔn)同期并列裝置可在發(fā)出合閘命令瞬間對異或門輸出的矩形波進(jìn)行計(jì)數(shù)，矩形波消失時(shí)停止計(jì)數(shù)。設(shè)計(jì)數(shù)值為N，則越前時(shí)間為2fStYJ=2fS由于計(jì)數(shù)誤差為矩形波的±1個(gè)脈沖，所以測量誤差時(shí)間為±0.01s。

（1-31）采用斷路器的輔助觸點(diǎn)也可以對合閘時(shí)間進(jìn)行測量，當(dāng)并列裝置發(fā)出合閘脈沖時(shí)開始計(jì)時(shí)，并列斷路器輔助觸點(diǎn)閉合時(shí)停止計(jì)時(shí)，其時(shí)間長短則反應(yīng)了斷路器的合閘時(shí)間。這種方法要求斷路器的主觸頭與輔助觸點(diǎn)之間必須同步，時(shí)差不能太大。另外，斷路器的輔助觸點(diǎn)要通過電纜引入到自動準(zhǔn)同期裝置中。第六節(jié) 微機(jī)型自動并列裝置微機(jī)型自動并列裝置主要由硬件和軟件組成，兩者配合完成同步發(fā)電機(jī)組的并列控制任務(wù)。一、硬件電路以中央處理單元CPU為核心的微機(jī)型自動并列裝置，就是一臺專用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。因此，按照計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原則，硬件的基本配置由主機(jī)、輸入接口、輸出接口、輸入過程通道和輸出過程通道組成。其原理框圖如圖1-24所示。主機(jī)系統(tǒng)中央處理單元（CPU）是控制裝置的核心，它和存儲器RAM、EPROM、EEPROM等一起，通常又稱為主機(jī)。其中隨機(jī)存儲器RAM用來存放采集數(shù)據(jù)、計(jì)算中間結(jié)果、標(biāo)志字和事件信息等內(nèi)容；只讀存儲器EPROM存放同期裝置程序；只讀存儲器EEPROM存放同期對象的定值以及一些重要的參數(shù)；中央處理器CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成并列裝置的功能。電壓輸入回路并列裝置的電壓輸入回路由電壓形成和電壓變換電路組成。發(fā)電機(jī)電壓uG和系統(tǒng)電壓uS分別經(jīng)電壓隔離、電壓變換及有關(guān)抗干擾回路變換成較低的電壓，再經(jīng)整形電路和A/D變換器，將兩電壓的幅值、相位變換成數(shù)字量，供CPU系統(tǒng)識別。圖1-24微機(jī)型自動準(zhǔn)同期并列裝置硬件原理框圖開關(guān)量輸入回路在并列裝置中需要輸入的開關(guān)量通常有并列對象的選擇、起動及起動次數(shù)控制、合閘允許、同期復(fù)位、無壓同期等開關(guān)和斷路器的輔助觸點(diǎn)等。一個(gè)自動準(zhǔn)同期并列裝置通?？梢詫?shí)現(xiàn)對不同并列點(diǎn)的斷路器進(jìn)行準(zhǔn)同期并列，但在同一時(shí)間內(nèi)只能對其中一個(gè)斷路器進(jìn)行準(zhǔn)同期并列，并列對象的選擇就由相應(yīng)的開關(guān)量輸入實(shí)現(xiàn)。當(dāng)選定某一并列對象后，裝置自動選取這一并列對象的設(shè)置參數(shù)，以設(shè)置的參數(shù)為依據(jù)完成同期并列。裝置輸入起動開關(guān)量后就可以進(jìn)行工作。起動次數(shù)開入量可使裝置實(shí)現(xiàn)單次起動和多次起動，單次起動就是裝置發(fā)出合閘脈沖命令后（已完成并列工作），需再次起動裝置才能重新工作；多次起動是在裝置發(fā)出合閘命令后，可自行起動進(jìn)入工作狀態(tài)，并不斷重復(fù)。合閘允許開入量使裝置發(fā)出合閘命令完成同期并列，但此開入量一經(jīng)輸入，裝置多次起動自動解除，避免裝置發(fā)出合閘命令后并列斷路器因機(jī)械故障不能合閘而引發(fā)事故擴(kuò)大。一般情況下，裝置接通電源起動后便進(jìn)入多次起動狀態(tài)，以觀察裝置是否完好，工作是否正常；確認(rèn)正常后，裝置可在不斷電的狀態(tài)下通過合閘允許開入量，開放合閘出口。并列裝置起動后，如因故需要退出工作，則通過同期復(fù)位開入量實(shí)現(xiàn)。，。當(dāng)并列對象為線路且需要并列點(diǎn)一側(cè)無壓或兩側(cè)無壓時(shí)，并列裝置也能工作。此時(shí)通過無壓同期開入量即可實(shí)現(xiàn)；當(dāng)并列對象為機(jī)組時(shí)，通過無壓同期開入量也能實(shí)現(xiàn)一側(cè)無壓的并列合閘。若無壓同期開入量“沒有”輸入，則裝置認(rèn)為并列點(diǎn)兩側(cè)為有壓同期，當(dāng)因故出現(xiàn)一側(cè)或兩側(cè)無壓時(shí)（如電壓互感器二次回路斷線），裝置立即停止工作，發(fā)出告警信號并顯示失壓側(cè)電壓過低的信息。開關(guān)量輸出回路并列裝置輸出的開關(guān)量有調(diào)速脈沖、調(diào)壓脈沖、合閘出口1、合閘出口2、裝置告警和裝置失電等。當(dāng)頻率差或電壓差不滿足要求時(shí)，并列裝置通過開出量發(fā)出調(diào)速或調(diào)壓脈沖，直到頻率差或電壓差滿足要求為止。合閘出口1和合閘出口2均可輸出合閘命令脈沖，只是合閘出口2只有在合閘允許開入量作用下才能發(fā)出合閘命令。一般情況下，合閘出口1作為裝置實(shí)驗(yàn)出口，合閘出口2作為并列斷路器合閘用。如果合閘允許開入量一直接入，則兩個(gè)合閘出口并無區(qū)別。當(dāng)裝置或并列系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，裝置有開出量輸出，通知運(yùn)行人員的同時(shí)，裝置會自動閉鎖，同時(shí)在顯示屏上顯示具體的告警信息。很多情況下裝置告警是因?yàn)橥谙到y(tǒng)出現(xiàn)了異常情況，如同期超時(shí)、同期電壓過高或過低、裝置發(fā)出調(diào)速脈沖或調(diào)壓脈沖后在一定的時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)頻率或電壓沒有變化、并列對象選擇開入量重選等。若告警原因的異常情況消除后，并列裝置重新起動后仍能正常工作。如果重新起動后仍然告警，則可判斷并列裝置發(fā)生了故障，故障內(nèi)容可以從顯示屏上查看。當(dāng)并列裝置工作電源消失時(shí)，則有失電告警開出量輸出，通知運(yùn)行人員工作電源發(fā)生故障。定值輸入及顯示自動準(zhǔn)同期并列裝置每個(gè)并列對象的定值輸入可通過面板上的按鍵實(shí)現(xiàn)，定值一經(jīng)輸入后則不受裝置掉電的影響。顯示屏除可以顯示每個(gè)并列對象的定值參數(shù)外，還可以顯示同期過程中的實(shí)時(shí)信息、裝置告警時(shí)的具體內(nèi)容及每次同期時(shí)的同期信息等。每個(gè)并列對象的定值輸入包括以下內(nèi)容：并列對象類型。確定是機(jī)組型還是線路型。恒定越前時(shí)間。允許頻率差。系統(tǒng)側(cè)電壓。包括系統(tǒng)側(cè)電壓的上限值和下限值、系統(tǒng)側(cè)頻率的上限值和下限值。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓設(shè)置了下限值后，在同期過程中一旦出現(xiàn)電壓互感器二次回路斷線，同期裝置會立即閉鎖，發(fā)出告警信號并同時(shí)在顯示屏上顯示系統(tǒng)電壓過低”的信息。待并側(cè)電壓。包括待并發(fā)電機(jī)電壓的上限值和下限值、發(fā)電機(jī)頻率的上限值和下限值。同樣，當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)電壓互感器二次回路斷線時(shí)，裝置動作行為與系統(tǒng)側(cè)互感器斷線時(shí)相同。允許電壓差。頻率差控制和電壓差控制的調(diào)整系數(shù)。二、并列裝置的軟件并列裝置的軟件一般由主程序和定時(shí)中斷子程序構(gòu)成，其原理框圖如圖1-25和圖1-26所示。

圖1-25主程序原理框圖圖1-26并列條件檢測及合閘控制程序原理框圖主程序并列裝置起動后的第一步就是對主要部件進(jìn)行自檢。如果自檢出錯(cuò)，則發(fā)出告警信號；如果自檢正常，則開始工作。首先讀取工作狀態(tài)指令，根據(jù)指令要求進(jìn)入相應(yīng)程序包。如為并列操作，則讀入并列地址編碼，調(diào)用該同期點(diǎn)所設(shè)定的參數(shù)，然后開中斷，進(jìn)入并列條件檢測程序。定時(shí)中斷子程序在并列操作中，當(dāng)并列條件滿足后才允許發(fā)出合閘指令。為了防止運(yùn)行的波動性，電壓差和頻率差采用定時(shí)中斷約20ms計(jì)算一次，因此并列條件在實(shí)時(shí)監(jiān)視之中，以確保并列操作的安全性。并列過程中只要電壓差ΔU和頻率差Δf有一項(xiàng)越限，程序就不進(jìn)入恒定越前時(shí)間的計(jì)算。如果ΔU和頻率差Δf都小于設(shè)定的限值，運(yùn)行工況已基本滿足并列條件，則進(jìn)入理想越前時(shí)間的計(jì)算。首先進(jìn)行當(dāng)前相位差δi的計(jì)算，了解當(dāng)前并列點(diǎn)脈動電壓的狀況，判斷δi是否位于π～2π區(qū)間，因?yàn)楹愣ㄔ角皶r(shí)間對應(yīng)的最佳越前相位一般設(shè)定在兩相量間相位差逐漸減小的區(qū)段。如果δi的值在0～π之間，則說明相位差δi在逐漸增大的區(qū)間，就不必進(jìn)行最佳越前相位的計(jì)算。如果δi在π～2π之間，則設(shè)法捕捉最佳合閘相位，發(fā)出合閘指令。復(fù)習(xí)思考題同步發(fā)電機(jī)組并列時(shí)需遵循哪些原則？同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同期并列有哪幾種類型？不同類型間有哪些區(qū)別？在同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同期并列過程中，由電壓差、頻率差和相位差產(chǎn)生的沖擊電流各有什么特點(diǎn)？準(zhǔn)同期并列裝置主要由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？按提前量信號的不同，準(zhǔn)同期并列裝置分為哪兩種類型？試簡述其原理。自動準(zhǔn)同期并列裝置需要設(shè)定哪些參數(shù)？各參數(shù)的整定原則是什么？在自動準(zhǔn)同期并列裝置中，測量相位差、頻率差的方法有哪些？在自動準(zhǔn)同期并列裝置中，電壓差檢測方法有哪些？簡述其測量電路的構(gòu)成及各環(huán)節(jié)的作用。簡述微機(jī)型自動準(zhǔn)同期并列裝置的合閘控制過程。第二章 電力系統(tǒng)電壓的自動調(diào)節(jié)第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓的有關(guān)問題電力系統(tǒng)運(yùn)行的任務(wù)是使許多相距遙遠(yuǎn)、大小不等的分散的發(fā)電機(jī)電源，經(jīng)過錯(cuò)綜復(fù)雜的輸、配電網(wǎng)絡(luò)相互連接起來，并進(jìn)行有功功率與無功功率的傳輸與分配，使地域遼闊、分布分散的大大小小的用戶，都能及時(shí)地得到合格的電能供應(yīng)。對電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理，我國采取了分區(qū)、分級（電壓）、分層的方式，但每區(qū)、每級與每個(gè)用戶點(diǎn)的電能質(zhì)量，都必須達(dá)到一定的國家規(guī)定。電能質(zhì)量指標(biāo)一般分為三個(gè)方面，即電壓、頻率與波形，這三方面都隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大而不斷出現(xiàn)新的要求。如波形問題，20世紀(jì)50年代前后，主要是限制因磁飽和引起的三次諧波等；但在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，廣泛地應(yīng)用了大功率電子器件，因而出現(xiàn)了較大的五次及其以上的諧波，這些諧波一般都被當(dāng)?shù)貫V波器去除，不讓其在系統(tǒng)中流傳、擴(kuò)散，影響其他廠站的設(shè)備運(yùn)行。頻率合格則是整個(gè)系統(tǒng)發(fā)送的與消耗的有功功率平衡問題，但系統(tǒng)有功功率的資源，只能來自發(fā)電機(jī)，除用戶所消耗的功率外，線路損耗所占有功消耗的比重畢竟較小，問題的性質(zhì)比較集中，將在本書第三章電力系統(tǒng)頻率及其有功功率的自動調(diào)節(jié)中討論。隨著特高壓、超高壓輸電線路的建設(shè)與運(yùn)行，無功功率資源的種類增加了，除發(fā)電機(jī)外，特高壓、超高壓線路本身就是一個(gè)不可自控的無功電源；還有短時(shí)超重負(fù)荷（如冶金、電氣化鐵路等）的大量增加，如果不用并聯(lián)電容等及時(shí)地加以補(bǔ)償，就可能使受端電壓產(chǎn)生忽高忽低的變化，電能質(zhì)量不能滿足要求。由此看來，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)三個(gè)電能質(zhì)量的指標(biāo)中，穩(wěn)定的電壓質(zhì)量已經(jīng)成為一個(gè)較為復(fù)雜的問題。電力系統(tǒng)的電壓已經(jīng)不僅是無功功率平衡的條件，而且在某些情況下已經(jīng)成為有功功率傳送的資源與條件了，本章主要討論電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)問題。在所提到的無功功率資源中，并不都是電力系統(tǒng)的電壓資源。如升壓變壓器，它可以將電壓升高到超高壓、特高壓水平，以致使輸電線路成了新的無功功率資源，但變壓器與高壓線路本身都不是電力系統(tǒng)的電壓資源，它們都只能在已存在交流電壓的條件下，方能發(fā)揮其在無功功率方面的作用。其他如線路并聯(lián)電抗、電容等，也都如此。電力系統(tǒng)的電壓資源只能是同步發(fā)電機(jī)和少數(shù)補(bǔ)償器，同步發(fā)電機(jī)通過其勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行，建立起內(nèi)電動勢Ed發(fā)電機(jī)就有了端電壓UG這就為全電力系統(tǒng)建立起基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)電壓，于是其他的無功功率資源，方能在運(yùn)行中發(fā)揮各自的作用，共同保證系統(tǒng)電壓的質(zhì)量。下面將從同步發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁系統(tǒng)開始，分別討論在電力系統(tǒng)中保持無功功率平衡與電壓質(zhì)量的主要設(shè)備、其運(yùn)行功能及有關(guān)電壓問題。同步發(fā)電機(jī)是將旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成三相交流電功率的特定的機(jī)械設(shè)備。為完成這一轉(zhuǎn)換，它本身需要一個(gè)直流磁場，產(chǎn)生這個(gè)磁場的直流電流稱為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，又稱轉(zhuǎn)子電流IEF。專門為同步發(fā)電機(jī)供應(yīng)勵(lì)磁電流的有關(guān)機(jī)器設(shè)備，都屬于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，同步電機(jī)的勵(lì)磁電流是建立電力系統(tǒng)電壓的唯一資?PAGE26?PAGE26?電力系統(tǒng)自動裝置 第2版?PAGE27?PAGE27?第二章 電力系統(tǒng)電壓的自動調(diào)節(jié)源，所以同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁特性對電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓，無論在正常情況下或是事故情況下，都是十分重要的。為了改善電力系統(tǒng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量，提高其在反事故中的能力，必須在勵(lì)磁系統(tǒng)增設(shè)必要的自動控制與自動調(diào)節(jié)的設(shè)備。具有自動控制與自動調(diào)節(jié)設(shè)備的勵(lì)磁系統(tǒng)稱為自動調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)?，F(xiàn)結(jié)合發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電壓特性，對其勵(lì)磁調(diào)節(jié)的一些基本要求討論如下：一、同步發(fā)電機(jī)單機(jī)正常運(yùn)行的有關(guān)問題圖2-1a是同步發(fā)電機(jī)的電路原理圖。rL是同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，發(fā)電機(jī)的定子繞組送出三相交流電流IG。在正常情況下，流經(jīng)rL的直流勵(lì)磁電流IEF在同步發(fā)電機(jī)內(nèi)建立起磁場，使定子三相繞組產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢Ed，如圖2-1b所示。改變IEF的大小，就可以使Ed得到相應(yīng)的改變：IEF增大，Ed就增大；IEF減小，Ed也減小。其中，感應(yīng)電動勢Ed與端電壓UG有如下關(guān)系：UG+jIGXd=Ed （2-1）式中 IG—發(fā)電機(jī)的負(fù)荷電流（有效值）；Xd—發(fā)電機(jī)的d軸感抗。圖2-1同步發(fā)電機(jī)的電路原理a）原理圖b）等效電路圖c）向量圖圖2-1c是式（2-1）的相量圖。圖2-1c說明，發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動勢的有效值Ed與端電壓UG，有如下關(guān)系：式中 δ—Ed與UG間的相位差；IQ發(fā)電機(jī)的無功電流。

Edcosδ=UG+IQXd在正常運(yùn)行狀態(tài)下，δ一般是相當(dāng)小的，即sδ≈1，（2-2（2-2Ed=UG+IQXdUG=Ed-IQXd式（2-2）說明：負(fù)荷電流的無功分量，是造成發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動勢Ed與端電壓UG差值的主要原因。發(fā)電機(jī)的無功負(fù)荷越大，其端電壓的降落就越大。式（2-2）是對式（2-1）進(jìn)行簡化后得出來的，這種簡化不是為了精確的計(jì)算，而是為了突出其間的最基本的關(guān)系。式（2-2）也可以說明：同步發(fā)電機(jī)的外特性必然是下

圖2-2同步發(fā)電機(jī)的外特性降的。如圖2-2所示，當(dāng)勵(lì)磁電流IEF為定值時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓UG會隨著無功電流的增大而不斷下降，但是，電能質(zhì)量要求發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)基本不變，這個(gè)矛盾只能用調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的方式來解決。圖2-2說明，若負(fù)荷無功電流為IQ1、發(fā)電機(jī)端電壓UG=UN時(shí)的勵(lì)磁電流為IEF1；當(dāng)負(fù)荷無功電流變至IQ2時(shí)，如果不相應(yīng)改變勵(lì)磁電流，則UG會降至UG2，電能質(zhì)量變得很差。要達(dá)到維持端電壓為UG的目的，必須將勵(lì)磁電流增大到IEF2；同理，如果勵(lì)磁電流固定在IEF2不變，則無功負(fù)荷減小時(shí)，UG又會上升到不利的數(shù)值。由此可見，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流必須隨著無功負(fù)荷的變化而不斷調(diào)整，才能滿足電能質(zhì)量的要求。所以勵(lì)磁電流的調(diào)整裝置是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的重要設(shè)備。二、同步發(fā)電機(jī)與無窮大母線并聯(lián)運(yùn)行的有關(guān)問題把系統(tǒng)看成是無窮大電源時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓不隨著負(fù)荷大小而變化，圖2-3是上述情況的示意圖和相量圖。此時(shí)，對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化，可作如下分析。由于調(diào)速器并未使發(fā)電機(jī)的輸出功率發(fā)生變化，所以發(fā)電機(jī)的有功功率恒定，如式（2-3）所示，即Xd〓〓-PEdUGsinδXd〓〓-

（23）或式中 δ—發(fā)電機(jī)的功率角φ—功率因數(shù)角。

PUGIGcosφ常數(shù)〓圖2-3同步發(fā)電機(jī)與無窮大母線并聯(lián)a）接線圖b）相量圖式（2-3）說明，改變勵(lì)磁電流時(shí)，EdsinδIGcosφ保持不變。2-3的相量圖說明，當(dāng)IEF改變時(shí)，Ed隨著改變，AA′虛線變化，而發(fā)電機(jī)電IGBB′虛線變化由于無窮大母線的電壓恒定所以發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)整的結(jié)果只是改變了發(fā)電機(jī)送入系統(tǒng)的無功功率，而完全沒有了調(diào)壓”作用。在實(shí)際運(yùn)行中，與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的母線并不是無限大母線，即系統(tǒng)等值阻抗并不等于零，母線的電壓將隨著負(fù)荷波動而改變。電廠輸出無功電流與它的母線電壓水平有關(guān)，改變其中一臺發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不但影響發(fā)電機(jī)電壓和無功功率，而且也將影響與之并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無功功率，其影響程度與系統(tǒng)情況有關(guān)。因此，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率合理分配的任務(wù)。三、并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷的分配當(dāng)兩臺以上的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，如圖2-4a所示，發(fā)電機(jī)G1和G2的端電壓都等于母線電壓Ubus，它們發(fā)送的無功電流值IQ1和IQ2之和必須等于母線總負(fù)荷電流的無功分量值IQ，即：IQ=IQ1+IQ2并聯(lián)各發(fā)電機(jī)間無功電流的分配取決于各發(fā)電機(jī)的外特性，圖2-4b發(fā)電機(jī)G1和G2的外特性曲線不同，但都是稍有下傾的。當(dāng)母線電壓為Ubus1時(shí)，G1發(fā)出的無功電流為IQ1發(fā)出的無功電流IQ2，并有IQ1<IQ2。假設(shè)電網(wǎng)需要的無功負(fù)荷增加了，則要求發(fā)電機(jī)送出的無功電流也相應(yīng)加大；由于發(fā)電機(jī)都是下傾的外特性，所以母線電壓必然相應(yīng)地降低。假設(shè)母線電壓由Ubus1降至Ubus2時(shí)，無功功率重新得到平衡，此時(shí)，G1的無功電流增至，G2的無

2-4并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷的分配a）原理圖b）發(fā)電機(jī)的外特性功電流增至I′Q2，由圖可知，發(fā)電機(jī)G1無功電流的變化為ΔIQ1，而發(fā)電機(jī)G2無功電流變化為ΔIQ2，最終I′Q1>I′Q2，改變了負(fù)荷增加前兩機(jī)組無功電流分配的比例?？梢姴⒙?lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間的無功負(fù)荷分配，取決于機(jī)組的外特性曲線。曲線越平坦的機(jī)組，無功電流的增量就越大。解釋發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷分配的規(guī)律，并不是目的，目的是運(yùn)用這種規(guī)律來改善并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷分配的不合理狀況，希望發(fā)電機(jī)間無功電流應(yīng)當(dāng)按照機(jī)組容量的大小進(jìn)行比例分配，大容量的機(jī)組擔(dān)負(fù)的無功增量應(yīng)相應(yīng)較大，小容量機(jī)組的增量應(yīng)相應(yīng)較小。即希望各臺發(fā)電機(jī)應(yīng)按照其額定容量的大小成比例的分配其輸出的無功電流，從以上分析可以看出，只要并聯(lián)發(fā)電機(jī)的UGIQipu特性完全一致時(shí)（IQipu為第i臺發(fā)電機(jī)無功電流與其無功電流額定值的比值）才能使無功電流在并聯(lián)機(jī)組間進(jìn)行合理的分配。將并聯(lián)運(yùn)行且容量不同的發(fā)電機(jī)組直接做成相同的UGIQipu特性是不可能的。因此，在發(fā)電機(jī)自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有一個(gè)形成發(fā)電機(jī)外特性的環(huán)節(jié)調(diào)差環(huán)節(jié)，通過它可以改變發(fā)電機(jī)的外特性，很容易地做到使并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的外特性都一致，從而達(dá)到并聯(lián)機(jī)組間無功負(fù)荷合理分配的目的。四、對同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可控的直流電源，由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩部分組成。為了滿足