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发电机同期并列装置 发电机同期并列装置 一 同步发电机的并列运行二 实现发电机并列的方法三 准同期并列的条件分析四 准同期并列的方式五 自动准同期装置六 发电机同期系统试验 一 同步发电机的并列运行 同步发电机的并列运行为了提高供电的可靠性和供电质量 合理地分配负荷 减少系统备用容量 达到经济运行的目的 发电厂的同步发电机和电力系统内各发电厂应按照一定的条件并列在一起运行 这种运行方式称为同步发电机并列运行 如图1所示 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称为并列操作或同期操作 用以完成并列操作的装置称为同期装置 一 同步发电机的并列运行 并列操作的基本要求发电机投入的瞬间冲击电流应尽可能的小 其最大值不应超过1 2倍的额定电流 防止同步发电机受到损坏 发电机组并入系统后 应能迅速进入同步运行状态 以减小对电力系统的扰动 图1电力系统中并列运行的发电机 二 实现发电机并列的方法 实现发电机并列的方法有准同期并列和自同期并列两种 1 准同期并列 准同期并列的方法准同期并列是待并机组并列前 转子先加励磁电流 并调整发电机电压与系统电压相等 同时调整发电机转速使发电机的频率与系统频率相等 当上述两个条件满足时 在相位重合前一时刻发出合闸脉冲 合上发电机与系统之间的断路器 这种并列称为准同期并列 二 实现发电机并列的方法 准同期并列的优缺点优点 在正常情况下 并列时产生的冲击电流比较小 不会使系统电压降低 并列后容易拉入同步 对系统扰动小 缺点 因同期时需调整待并发电机的电压和频率 使之与系统电压 频率接近 这就要花费一定时间 使并列时间加长 不利于系统发生事故时及时投入备用容量 二 实现发电机并列的方法 2 自同期并列 自同期并列的方法自同期并列原理图如图2所示 开机前将DL和灭磁开关KMC断开 KMC的常闭辅助接点KMC 将发电机转子绕组通过自同期电阻RZ短路 开启机组 将机组驱动到接近额定转速 转速差一般控制在额定转速的5 以下 时自动闭合DL 由DL的辅助接点联动将KMC闭合 KMC 断开 给发电机转子绕组加励磁电流 图2自同期并列原理图 二 实现发电机并列的方法 自同期并列的优缺点优点 并列过程短 操作简单 在系统电压和频率降低的情况下 仍有可能将发电机并入系统 且容易实现自动化 缺点 合闸时的冲击电流较大 对电力系统扰动大 不仅会引起电力系统频率振荡 而且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降 综上所述 自同期并列仅在系统中的小容量发电机上采用 大中型发电机均采用准同期并列方法 三 准同期并列的条件分析 一 准同期并列的理想条件待并发电机端电压UF与系统电压U大小相等 待并发电机端电压的相位与系统电压的相位相同 待并发电机的频率fF与系统频率f相等 待并发电机的相序与系统相序相同 二 准同期并列的条件分析XL 电力系统等值电抗 三 准同期并列的条件分析 1 电压大小不等时 合闸投入时的相量图如图4所示 此时 ab两端存在有电位差为 合闸时由于电位差的作用发电机将产生冲击电流 即X 为发电机并列合闸过程中的电抗 若UF U 发电机输出无功功率 反之 图4电压相量图 三 准同期并列的条件分析 冲击电流为无功分量 虽不会加重原动机的负担 但会在电枢绕组中产生很大的冲击力 使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形 2 电压相位不同时 合闸投入如图5所示 此时 ab两端存在有电位差为 合闸时由于电位差的作用发电机也将产生冲击电流 由于并列时a一般都很小 所以在只有相角差情况下 并列时的冲击电流主要是有功分量 a较大时会含有无功性质的电流分量 图5UF稍超前U的相量图 三 准同期并列的条件分析 若UF与U反向时 相量图如图6所示 此时电压差可达发电机电压的两倍 若此时并列 会产生很大的冲击电流 可达额定电流的20 30倍 发电机会因遭受巨大的冲击电磁力而损坏 若aF a 发电机超前电网 机组立即输出有功功率 反之 对机组和电网都会产生冲击 三 准同期并列的条件分析 3 电压频率不同时 合闸投入 1 当fF f时 如图7所示 UF超前U Ih与UF相位差小于90 即发电机输出有功功率 冲击电流Ih的有功分量Ihp对转轴产生制动转矩 使转子减速牵入同步 直到fF f 图7fF大于f 三 准同期并列的条件分析 2 当fF f时 如图8所示 UF滞后U Ih与UF相位差大于90 即发电机从电力系统吸收有功功率 冲击电流Ih的有功分量Ihp对转轴产生驱动转矩 使转子加速牵入同步 直到fF f 通常 使待并发电机的电压 频率稍高于系统电压 频率 在压差的作用下发电机输出有有功功率 无功功率即为发电机并列所需要的 图8fF小于f 三 准同期并列的条件 三 准同期并列的实际条件发电机实际并列时 由于发电机和系统均有一定的抗冲击的能力 除了相序必须一致外 其他条件允许有一定的偏差待并发电机电压和系统电压接近相等 不超过 5 10 额定电压 待并发电机电压与系统电压的相角差在并列瞬间应接近于零 不大于10 待并发电机频率与系统频率接近相等 不超过 0 2 0 5 额定频率 四 准同期并列的方式 按自动化程度不同 准同期并列分为以下三种方式手动准同期 发电机的频率调整 电压调整 以及合闸操作都由运行人员手动进行 只是在控制回路中装设了非同期合闸的闭锁装置 同期检查继电器 用以防止由于运行人员误发合闸脉冲造成的非同期合闸 半自动准同期 发电机电压及频率的调整由手动进行 同期装置能自动地检验同期条件 并选择适当的时机发出合闸脉冲 自动准同期 同期装置能自动地调整频率 至于电压调整 有些装置能自动地进行 也有一些装置没有电压自动调节功能 四 准同期并列的方式 需要靠发电机的自动调节励磁装置或由运行人员手动进行调整 当同期条件满足后 同期装置能选择合适的时机自动地发出合闸脉冲 同期检查继电器同期继电器的铁心上嵌有两个匝数相等 方向相反的线圈 线圈电源分别接系统侧PT和待并侧PT 当两侧PT二次相位角相差小于15 20 时 两个线圈磁力相等则相互抵消 故铁心释放使常闭辅助触点闭合 接通同期回路 反之相位角相差大于20 以上时总有一个线圈磁力过大 则铁心吸合使常闭辅助触点断开 闭锁 即断开 同期回路 五 自动准同期装置 一 同期基础知识简介1 准同期原理简述在同期的三要素中 频率差和相角差这两个要素是一对矛盾体 若两系统的原有相位差 a 0 而当满足频率相等要素 则 a恒定 永远不可能 a 0 只有 f fg fS 0 亦即存在频率差时 a才会出现等于0的机会 在实际应用中 电压差 频率差与相位差相比 对于系统和设备的影响要小得多 同时 电压 频率较容易调至满足要求 故可以简单地认为 同期过程实际上是捕捉 a 0的过程 而电压差和频率差两要素仅作为同期时的限定条件 只要在一定范围内即可 五 自动准同期装置 2 脉动电压脉动电压波形如图9所示 由于在并网之前系统与发电机的频率不相等 Us与Ug之间的相角差a随t而变化 a以0 2 为周期而变化 ud的幅值也随之变化 相邻脉动电压幅值为零点之间的时间 即为脉动电压的周期Td 脉动电压幅值的零点 表示相角差为零 Td的长短反应两电压频率差 所以准同期可利用脉动电压包络线波形变化 以 图9 a Ug Us波形 b 脉动电压Ud波形 五 自动准同期装置 提前时间tfw发出合闸命令 使并列断路器主触头在电压相角差为零的瞬间合闸 实现发电机平稳并入系统 脉动电压波形中载有准同期并列所需检测的信息 电压幅值差 频率差 相角差随时间变换的规律 3 越前时间 导前时间 考虑到并列断路器都有一个合闸时间 自动准同期装置应该在 0 前一段时间发出合闸脉冲 这个提前时间称为导前时间时间tfw 由于一个断路器的合闸时间是恒定不变的 所以导前时间也不应随频差 压差改变 是一个固定的值 称之为恒定导前时间 五 自动准同期装置 二 自动准同期装置的构成及功能自动准同期装置利用脉动电压波形 完成发电机并列前的自动调压 自动调频和在满足并列条件的前提下 于发电机电压和系统电压相位重合前的一个恒定导前时间发出合闸脉冲 四大组成部分 合闸 调频 调压 电源合闸部分 在频率差和电压差均满足准同期并列条件的前提下 于发电机电压和系统电压相位重合前的一个恒定导前时间发出合闸脉冲 上述条件不满足时 则闭锁合闸脉冲回路 调频部分 判断发电机频率是高于还是低于系统频率 从而自动发出减速或增速调频脉冲 使发电机频率趋近于系统频率 五 自动准同期装置 调压部分 比较待并发电机电压和系统电压的高低 自动发出降压或升压脉冲 作用于发电机励磁调节器 使发电机电压趋近于系统电压 且当电压差小于规定数值时 解除电压差闭锁 允许发出合闸脉冲 电源部分 将系统电压和发电机电压变成装置所需要的相应电压外 还为逻辑回路提供直流电源 三 同期对象及同期PT根据电厂主接线图来确定同期对象及同期PT的接入 如图10 五 自动准同期装置 图10同期PT信号接入 1 发电机出口断路器两侧的PT信号的接入选取两侧PT相同的线电压信号 或相同的相电压信号 无转角问题 2 主变高压侧断路器两侧的PT信号的接入由于主变多采用Y d11接线 高压侧比低压侧的相位超前了30 选取两侧PT相同的线电压信号 或相同的相电压信号时 需在同期装置中对低压侧的PT信号补偿 30 对于我厂四角接线 同期对象及同期PT信号的接入 六 发电机同期系统试验 一 同期操作前对发电机的控制1 电压控制由于机组电压高于系统电压时 发电机发出无功 所以 在并网前 最好能够保证机组的电压能稍高于系统电压 避免无功反送 2 转速控制为了防止发电机在并网的瞬间 有功功率倒送 所以要在并网前 保证发电机的转速稍微高于3000转 六 发电机同期系统试验 二 相关试验1 通过定相的方法检查发电机同期回路接线的正确性试验前由运行人员进行倒闸操作 空出发电厂升压站的一条母线 以双母线为例 然后合上该母线的隔离开关和断路器 直接将发电机升压后接至这条母线上 由于通过母线PT和发电机PT加至同期回路的两个电压 实际上都是发电机电压 因此同期装置的指示灯应在12点的位置 否则 同期回路接线有误 该回路的检查在发变组零起升压时进行 六 发电机同期系统试验 2 通过假同期的方法检查发电机同期回路接线的正确性 1 假同期试验时的两个必须条件 发电机隔离刀闸拉开 但其辅助接点要短 将发电机并网带初试负荷的回路拆除 防止开关合上后引起DEH误判发电机已并网而初加负荷 引起汽机超速 2 进行假同期试验时 应将断路器两侧隔离开关断开 人为的将其辅助触点放在其合闸后的状态 辅助触点接通 这时 系统电压就通过这对辅助触点进入同期回路 另外待并发电机的电压也进入同期回路中 这两个电压进行同期并列条件的比较 六 发电机同期系统试验 若采用手动准同期并列方式 运行人员可通过对发电机电压频率的调整 待满足同期并列的条件时 手动将待并列发电机出口断路器合上 完成假同期并列操作 若采用自动准同期并列方式 则自动准同期装置就会自动对发电