电力系统自动装置原理

1、电能系统基础电能系统基础 东南大学电气工程系 第第 五五 讲讲 主讲教师：陈主讲教师：陈 中中 东南大学远程教育 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 第三节第三节 自动并列装置的工作原理自动并列装置的工作原理 第四节第四节 频率差与电压差的调整频率差与电压差的调整 第五节第五节 数字型并列装置的组成数字型并列装置的组成 第二章第二章 同步发电机的自动并列同步发电机的自动并列 一、并列操作的意义一、并列操作的意义 同步运行的概念同步运行的概念 并列操作的概念并列操作的概念 任一目前电压瞬时值可表示为：任一目前电压瞬时值可表示为： 第一节第一节 概述概述

2、 )sin(wtuu m 发电机并列操作示意图发电机并列操作示意图 同步发电机并列操作是电厂的一项重要操作。同步发电机并列操作是电厂的一项重要操作。 电力系统容量越大，发电机单机容量越大，不恰当的并电力系统容量越大，发电机单机容量越大，不恰当的并 列操作造成的后果越大。列操作造成的后果越大。 发电机并列操作应该遵循以下原则：发电机并列操作应该遵循以下原则： 1. 并列瞬间，发电机的冲击电流应尽可能小，不应超并列瞬间，发电机的冲击电流应尽可能小，不应超 过允许值过允许值（其瞬时最大值一般不超过（其瞬时最大值一般不超过12倍的额定电倍的额定电 流）流）； 2. 并列后，发电机应能迅速进入同步运行，

3、暂态过程要并列后，发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要 短短 ，以减小对电力系统的扰动。，以减小对电力系统的扰动。 发电机并列操作方法分类：发电机并列操作方法分类： 1. 准同期并列准同期并列（广泛采用，重点介绍）（广泛采用，重点介绍） 2. 自同期并列自同期并列（已很少采用，只有当电力系统发生事（已很少采用，只有当电力系统发生事 故时，为了迅速投入水轮发电机组，采用该方法）故时，为了迅速投入水轮发电机组，采用该方法） 发电机并列操作方法介绍发电机并列操作方法介绍 1）准同步并列：）准同步并列： 发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、

4、 频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、 相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操 作。作。 2）自同步并列：）自同步并列： 将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后 给发电机加上励磁，在原动机转矩、同步力矩的作用给发电机加上励磁，在原动机转矩、同步力矩的作用 下将发电机拉入同步，完成并列操作。下将发电机拉入同步，完成并列操作。 发电机并列操作方法介绍发电机并列操作方法介绍 3）准同步并列的优点）准同步并列的优点 并列时冲击电流小，不会引

5、起系统电压降低；并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；不足不足是并列是并列 操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间 较长且操作复杂。较长且操作复杂。 4）自同步并列的优点）自同步并列的优点 并列过程中不存在调整发电机电压、频率的问题，并列时并列过程中不存在调整发电机电压、频率的问题，并列时 间短且操作简单，在系统电压和频率降低的情况下，仍有间短且操作简单，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，容易实现自动化；可能将发电机并入系统，容易实现自动化；不足不足是并列发是并列发 电机未经励磁，并列时会从系统中吸收无功而

6、造成系统电电机未经励磁，并列时会从系统中吸收无功而造成系统电 压下降，同时产生很大的冲击电流。压下降，同时产生很大的冲击电流。 二、准同期并列二、准同期并列 （相角差等于零）（ （电压幅值相等）（ （频率相等）或）（ 理想条件： 值。的击电流决定于合闸瞬间当电网参数一定时，冲 ，为它们之间的向量差 ，的角频率为电网电压 ，角频率为发电机电压 03 uu2 ff1 u uuu u u e x s s xg gxg xg x x g g ww w w （一）电压幅值差（一）电压幅值差 （电压幅值不相等） （相角差等于零） （频率相等） xg xg ww uu 0 e 28 . 1 hhm xd x

7、g ii x u xx uu i h 冲击电流主要为无功电流量。冲击电流主要为无功电流量。 冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响，由于冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响，由于 定子绕组端部的机械强度最弱，所以特别注意对定子绕组端部的机械强度最弱，所以特别注意对 它造成的影响。它造成的影响。 冲击电流最大瞬时值限制在冲击电流最大瞬时值限制在12倍额定电流一下倍额定电流一下 为宜为宜 （二）合闸相角差（二）合闸相角差 （合闸存在相角差） （频率相等） （电压幅值相等） 0 uu e xg xg ww 2 sin 2 x u i h e xq q xx e 发电机为空载情况。发电机为空载情况。 当

8、相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量，当相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量， 说明合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，说明合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率， 使机组联轴受到突然冲击，这对电网和机组都是使机组联轴受到突然冲击，这对电网和机组都是 不利的。不利的。 为了保证机组安全运行，一般将有功冲击电流限为了保证机组安全运行，一般将有功冲击电流限 制在较小数值。制在较小数值。 （三）频率不相等（三）频率不相等 （合闸存在相角差） （频率不相等） （电压幅值相等） 0 uu e xg xg ww 2 sin2 2 sin2) 2 sin(2u ) 2 cos(u ) 2 sin(2

9、u ) 2 cos() 2 sin(2 0 )sin()sin( s 21 21 e mg s mg xg mgs xg s xg mgs xgxg mgs xmxgmgs ut w ut ww u t ww u t ww u t ww t ww uu twutwuu 为脉动电压的幅值 令： 假设： 蓝色：蓝色：ug f51hz 幅值幅值umg 红色：红色：ux f50hz 幅值幅值umx 假设系统电压恒定，机端电压以恒定角频率假设系统电压恒定，机端电压以恒定角频率ws对系统电对系统电 压转动，当相角差从压转动，当相角差从0到到180度时，度时，us的幅值相应的从零的幅值相应的从零 到最大值，

10、当相角差从到最大值，当相角差从180度到度到360度（度（0度）时，度）时，us的幅的幅 值又从最大值回到零。转动一圈的时间为脉动周期值又从最大值回到零。转动一圈的时间为脉动周期ts。 ss s f t 12 脉动周期脉动周期ts、滑差频率、滑差频率fs、滑差角频率、滑差角频率ws都可以都可以 用来表示发电机频率与电网频率之间的差值。用来表示发电机频率与电网频率之间的差值。 相角差相角差是时间的函数，所以合闸相角信号差与发是时间的函数，所以合闸相角信号差与发 出合闸信号的时间有关。出合闸信号的时间有关。 合闸时间恰当，合闸相角差很小，冲击电流很小。合闸时间恰当，合闸相角差很小，冲击电流很小。

11、合闸时间不恰当，合闸相角差大，冲击电流很大。合闸时间不恰当，合闸相角差大，冲击电流很大。 还需注意，还需注意，如果并列频率差值很大，如果并列频率差值很大，即使合闸时即使合闸时 相角差很小，满足要求，但这时发电机需要很长相角差很小，满足要求，但这时发电机需要很长 一段时间才能进入同步过程，严重时甚至失步，一段时间才能进入同步过程，严重时甚至失步， 因而也是不允许的。因而也是不允许的。 发发 电电 机机 组组 进进 入入 同同 步步 运运 行行 过过 程程 同步运行进入暂态运行过程同步运行进入暂态运行过程 ws0较小时较小时，很快进入同步运行，很快进入同步运行 ws0较大时较大时，较长时间进入同步

12、运行，较长时间进入同步运行 ws0很大时很大时，最大相角超过，最大相角超过180，导致失步，导致失步 三、自同期并列三、自同期并列 概念：概念：自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组 升速至电网频率，滑差角频率升速至电网频率，滑差角频率ws不超过允许值，且在机不超过允许值，且在机 组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器 qf，接着立刻合上励磁开关，接着立刻合上励磁开关se，给转子加上励磁电流，给转子加上励磁电流， 在发电机电势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发在发电机电势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发 电机拉入同步运行。电机拉入同步运行。 突出优点：突出优点：不需要选择合闸时机，操作非常简单。不需要选择合闸时机，操作非