同步发电机同期并列实验分析.doc

同步发电机同期并列实验分析（内蒙古工业大学，呼和浩特）1、同步发电机同期并列实验的研究背景及其目的意义1.1同步发电机并列分析的背景电力工业是重要的支柱产业,是国民经济的基础。现代电力系统中,提高和维持同步发电机运行的稳定性,是保证电力系统安全!经济运行的基本条件之一。同期并列操作是电力系统运行中的一项频繁而又重要的操作,在发电机与电网并列瞬间,常常不可避免的伴随有冲击功率和冲击电流,这些冲击会引起系统电压瞬间下降。如果操作不当,冲击电流过大,可能引起发电机组大轴发生机械损伤,引起机组绕组电气损伤。在发电厂中,发电机组的同期并列操作是经常进行的。在系统正常运行时,随着负荷的增加,要求备用机组迅速投入系统,以满足用户用电量增长的需求;当系统发生事故时,会因失去部分电源而要求将备用机组快速投入电力系统以防止系统崩溃;在某些情况下,甚至需要将己被解列为两部分的电力系统恢复并列运行。这些情况均需要进行同期并列操作,将发电机组安全可靠、确快速地投入系统,确保系统的可靠，经济运行和发电机的安全。1.2选择同步发电机同期并列实验为课题的目的我所选择的课题来源于THLZD-2型实验设备，同步发电机同期并列实验分析可以培养我们综合运用所学的知识，对同步发电机同期并列进行实验的能力，同时培养我们对于进行实验方案的设计，仪器、仪表的选择与应用，实验电路的连线与操作、数据处理与结果分析等方面的能力。试验后还需要对实验数据进行分析，这个过程还可以锻炼我我们对实验结果进行分析，得出结论、编写科学实验研究报告的能力。1.3研究同步发电机同期并列的意义同步发电机投入电力系统并列运行的操作，或者，电力系统解列的两部分进行并列运行的操作。被称为并列或同期操作。随着负荷的波动，电力系统中发电机运行的台数也经常要变化。 因此，同步发电机的并列操作是电厂的一项重要操作。另外，当系统发生事故时，也常要求将备用发电机组迅速投入电网运行。可见，在电力系统运行中并列操作是较为频繁的电力系统的容量在不断增大，同步发电机的单机容量也越来越大。大型机组不恰当的并列操作将导致严重后果。 因此，对同步发电机的并列操作进行研究，提高并列操作的准确度和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。2、准同期装置的发展 电力系统中的同期并列方式主要有自同期并列和准同期并列两种， 其中自同期并列主要 用于水轮发电机组， 作为处理系统事故的重要措施之一。 但是由于自同期的使用不可避免地 会出现较大的冲击电流并伴随母线电的下降， 因此所使用的场合不多， 相反应用最广泛的是 准同期并列， 我国是世界上微机准同期装置最早研制的国家之一， 1982年在安徽陈村水电站 成功投入了第一台微机同期装置。 八十年代中期又陆续推出了一些类似装置。 目前国内有许 多科研、 制造单位都在进行微机自动准同步装置的研制。 准同期装置的发展经历了如下三代 产品：第一代，在二十世纪六十年代以前，我国大多采用“旋转灯光法”进行准同期并列操作14。 这是最原始的准同期方法。 后来改用指针式电磁绕组的整步表构成的手动准同期装置。 这种方法仍然应用在常规的设计中。第二代准同期装置是以许继的zz03和ZZQS为代表的模 拟式自动准同期装置。它用分立晶体管元件搭建硬件电路，对同期条件进行检测和处理。 ZZQ3和ZZQS自动准同期装置的出现， 极大的提高了并网速度和可靠性， 但由于模拟式同期 装置用模拟电子元件拟合， 必然带来诸如导前时间不稳定、 阻容电路作为微分电路的条件约 束、构成装置元器件参数漂移不稳定等问题。模拟式的同期装置合闸准确度比较低，它无法 指示装置的运行状态，不能进行故障自检等，现在已经基本被淘汰。第三代准同期装置是微 机式自动准同期装置，微处理器的诞生对自动准同期装置技术指标的提升产生了质的飞跃， 深圳市智能设备开发有限公司研制的SID2系列多功能微机自动准同期装置比较具有代表 性。它是我国最早从事微机准同期控制器研究、开发、生产的企业之一，相继推出了QSA 型、SIDI型、SID2型、SID-2V系列发电机用微机准同期控制器及SID2T系列线路用微 机准同期控制器，具有高精度、高可靠性、人机界面友好、操作方便、接线简单等特点。在 提高并网速度和可靠性的同时，大大提高了合闸准确度。3、同步发电机同期并列实验的内容及拟方案3.1研究内容1)结合THLKD-2型实验台进行各项实验设计2)对设计的实验进行测试3)在分析总结实验的基础上，依据理论对实验测试结果进行深刻分析3.2同步发电机并列运行的条件3.2.1 波形相同如果电网端和发电机端的波形不同,如电网电压波形为正弦波,发电机电动势为非正弦波,则并列后在发电机与电网间就会产生一系列的高次谐波环流,从而使损耗增大,温升增高,效率降低。3.2.2频率相同波形相同了,若频率不等,即fxff,则相量Ux和E0f之间存在相对运动,从而产生差频环流,在电机内引起功率振荡。3.2.3 幅值相同3.2.4 相位相同如果频率和波形都一致了,但幅值或相位不相等,也会在发电机与电网间产生环流。特别是在极性相反,即相位差180时合闸,则冲击电流可达(2030)IN,从而产生巨大的电磁力,损坏定子绕组的端部,甚至于损坏转轴。3.2.5 相同的相序如果以上4个条件都满足了,相序不同时,也是绝对不允许并网合闸的,因为仅一相符合条件,任两相之间的电位差会产生巨大的环流和机械冲击,将严重危害电机安全,毁坏电机。对于波形、频率、幅值、相位这四个条件也是交流电磁量恒等的基本条件,而相序相同是多相系统相容的基本要求。波形相同、相序相同是电机设计、制造和安装过程中予以保证的条件,因此,在实际并列操作中,只要是频率、幅值、相位三个条件满足即可实现并列操作,其中,频率条件的满足又是最基本的。因为通常电机可以承受一些小的冲击电流,因此,上述条件中,除相序一致是绝对条件外,其它条件都是相对的,只要在允许的范围内就可以进行并列操作。3.3发电机投入并列的方法同步发电机投入并列的基本方法有两种,即准同期法和自同期法。3.3.1 准同期法将发电机调整到完全符合并列条件后的合闸并网操作过程为准同期法。采用准同期并列方法可使冲击电流很小且对电网的扰动也很小,因此,准同期并列方式是电力系统运行中主要并列方式。调整过程中,常用同步指示器来判断条件的满足情况。准同期并列要求在合闸前,把要投入并列运行的发电机带动到接近同步转速,加上励磁并调节至端电压与电网电压相等,当满足电压幅值和频率条件后,根据“恒定越前时间原理”,由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适的时间发出合闸命令,这种并列操作的合闸冲击电流一般很小,并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。准同期并列根据操作的自动化程度,又分为手动准同期、半自动准同期和自动准同期三种方式。1）手动准同期并列。要满足并列条件,需手动调节发电机电压、频率。直至电压差,频率差在允许的范围内,相角差在零度前某一合适位置,由操作人员手动操作合闸按钮进行合闸。2） 自动准同期并列半自动准同期装置没有频差和压差调节功能。并列时,待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整,当频率和电压都满足并列条件时,自动准同期装置就在合适的时间发出合闸信号。3）自动准同期并列采用自动准同期并列时,需要投入使用自动准同期装置,自动准同期装置具有频差调节和压差调节功能,使自动化程度大大提高。待并发电机的频率和电压与电网的频率和电压不一致时,自动准同期装置将自动控制微机调速装置和微机励磁装置,调节发电机的电压,频率直至电压差、频率差在允许的范围内,相角差在零度前某一合适位置时,自动准同期装置控制合闸按钮进行合闸。3.3.2 自同期并列自同期并列就是先把发电机断路器合上,发电机做异步运行,然后加励磁,待定转子磁场的转速同步时就已拉入与电网同步了。其实质是先并列,后进入同期状态。自同期操作简单,但在合闸及投入励磁时均有较大的冲击电流。发电机的并列速度快,这在电网事故情况下具有特殊意义,自同期可以在电网侧的电压和频率极度降低时,使发电机与电网并列。在实际的自同期并列过程中,由于对发电机组的冲击很大,容易引起低压过流保护误动作,另外每次并列冲击,对发电机还有累积效应的损坏。3.4 实验装置介绍THLZD-2 型电力系统综合自动化实验平台是一套集多种功能于一体的综合型实验装置，展示了现代电能发出和输送全过程的工作原理。这套实验装置由THLZD-2 电力系统综合自动化实验台（简称“实验台”）、THLZD-2 电力系统综合自动化控制柜（简称“控制柜”）、无穷大系统和发电机组和三相可调负载箱等组成。1、THLZD-2 型电力系统综合自动化实验台 试验台包括下列单元、输电线路单元、微机线路保护单元、控制方式选择单元、监测仪表单元、指示单元、设置单元、外围设备接口单元和电源单元2、THLZD-2 型电力系统综合自动化控制柜控制柜包括以下单元：测量仪表单元、原动机控制单元、发电机励磁单元、准同期单元、外围设备接口单元、电源单元。本设计题目就需要用到其中的准同期单元，准同期单元包括THLWZ-2 型微机准同期装置。该装置能实时显示发电机和系统的压差和频差；采用液晶中文菜单操作；具有在线整定和修改频差、压差允许值和导前时间等参数的功能；具有波形观测孔，可观察合闸脉冲相对于三角波的位置、发电机电压波形、系统电压波形和矩形波波形等。3.5 初步拟定的实验题目经过阅读并参考THLZD-2 型电力系统综合自动化实验平台实验指导书，我初步拟定做如下几个实验实验一 自动准同期条件测试实验实验二 线性整步电压形成（相敏环节）测试实验实验三 压差、频差和相差闭锁与整定实验实验四 导前时间整定及测量方法实验实验五 手动准同期并网实验实验六 半自动准同期并网实验实验七 自动准同期并网实验参考文献1 许克明，田怀智电力系统自动装置M重庆：重庆大学出版社，19962 杨传箭电力系统运行M北京：水利电力出版社，19953 马维新电力系统电压M 北京：中国电力出版社，19984 蔡汾电力系统频率M北京： 中国电力出版社，20055 许正亚电力系统自动装置M北京： 水利电力出版社，20046 杨德先，路继明 电力系统综合实验原理与指导M 北京：机械工业出版社，20047 杨冠城 电力系统自动装置原理(第三版)M北京：中国电力出版社，19958 Fan, X., Liu, J. - IEEE Transactions on Plasma Science, 2014 19 Li, W., Niimi, Y., Orino, Y., Hirata, S - IEEE Transactions on Circuits and Systems, II. Express briefs,