[交通运输]水泥余热发电培训教材第10版3101158

1、 水泥余热发电培训资料第三节 发电机的励磁一、同步发电机励磁的基本要求： 同步发电机发出电能时，除原动机供给动能外，还需要有励磁系统来建立磁场。同步电动机、变压器、输电线路以及用户的用电设备要消耗无功功率。如果无功功率供给不足，就很难维持电力系统的电压水平。发电机既是有功电源，又是无功电源，而同步发电机发出的无功功率的大小，取决于励磁电流的大小。励磁系统对发出无功功率，维持系统电压水平是至关重要的。因此，励磁系统应能满足以下基本要求：(1)、励磁系统不应受外部电网的影响；（2）、励磁系统本身的运行应该是稳定的；（3）、励磁系统应能保证一定的励磁顶值电压，并且要有一定的励磁增长速度。二、同步发电

2、机的励磁方式：励磁系统种类很的多，常采用的发电机励磁系统有直接励磁系统、带励磁机和附加整流电源的励磁系统半导体励磁系统。以下就这两种励磁方式的基本原理作一简单介绍：(1)发电机励磁系统a、直接励磁系统:同步发电机多采用直接励磁系统,此系统的励磁机直接与发电机的轴相联,采用并激发电机作励磁机。直接励磁系统的励磁机，工作不受外部电网影响，而且工作比较可靠。b、带励磁机和附加整流电源的励磁系统：在励磁机的励磁绕组只加入附加电流的方法 r l g很多，可以采用复式励磁装置，其附加电流正比于发电机定子电流；也可以采用电压调整器，其附加电流正比于发电机的定子电压。 ztl图2-9示出带复式励磁和电压调整的

3、励磁系统 图中， g -三相交流同步发电机 l -励磁机 z -整流装置 图8-5 具有励磁机和附加整流电源的励磁系统 ztl 主发电机g自动调整励磁装置 r-励磁机的励磁绕组电阻 rg -发电机转子绕组电阻 （2）半导体励磁系统： 随着半导体整流技术的发展,交流发电机的无刷化也得到相应的发展,而半导体励磁系统也得到广泛的应用。 半导体励磁系统可分为他励半导体励磁,这包括静止半导体励磁和旋转半导体励磁；自励半导体励磁，包括并励和复励。本文着重介绍半导体旋转励磁系统 ，至于其他形式的励磁形式，由读者去参阅有关资料。 所谓旋转半导体励磁系统，是指该系统的永磁发电机发出的电流，经整流、控制后，作为交

4、流发电机的励磁电流，而交流发电机发出的电流，从发电机的电枢中直接引出，经同轴旋硅整流器整流以后，送至交流发电机的转子励磁绕组，中间无须经过电刷环节，因此，旋转半导体励磁系统也称无刷励磁系统。图2-10是旋转半导体励磁系统的简图。图中，pmg为永磁发电机，acex为交流励磁机 ref 为半导体整流器，ag为三相交流同步发电机。fa为三相交流发电机的励磁绕组。fe为交流励磁机的励磁绕组。虚线框内的部分是随发电机轴旋转的部分。avr是自动电压调整器，见宁国一线余热发电的avr框图。 旋转半导体励磁系统的工作过程如下：永磁发电机pmg的永磁转子随发电机轴旋转，其静止电枢中的电流送至avr， 经可控硅整

5、流后再提供给交流励磁机 acex 的励磁绕组励磁。交流励磁机的电枢是随三相交流发电机的轴一同旋转的，而交流励磁机发出的电是经旋转整流器整流后直接供三相交流同步发电机转子励磁绕组。 图8-6 旋转半导体励磁系统简图 发电机的励磁控 制是由自动电压调整器avr中的90a来进行的.关于可控硅励磁装置(90a)的系统资料和详细图纸,日方没有提供,读者可结合日方提供的“配电盘使用说明书(1/45下册)”p27-p62的说明及有国内教科书去学习体会。(3)半导体无刷励磁系统的特点: a.由于无碳刷和滑环,维护工作量大为减少,且没有接触部分的磨损,也没有碳粉铜末引起的污染,电机的绝缘寿命较长。 b.发电机励

6、磁由励磁机独立供电，供电可靠性高。并且由于无碳刷，整个励磁系统可靠性更高。 c.发电机励磁电流是靠调节交流励磁机的磁场来实现的，因此,励磁系统的响应速度较慢；但是，如果采取其他一些措施，还是能够克服这一缺点的。 d.发电机的转子及励磁电路都是随轴旋转的，因此，转子回路不能直接接入灭磁开关，无法实现直接灭磁，也无法实现对励磁系统进行常规检测，如转子电流、电压、绝缘等，必须采用其他的特殊的方法进行。（1） 同步发电机的灭磁： 同步发电机的励磁系统，除具有励磁、自动调节励磁、强行励磁装置外，还应有灭磁装置，这是保护发电机不可缺少的元件。 自动灭磁装置的作用是：当发电机内部故障或机端和出口断路器之间发

7、生短路时，由于故障点在在发电机剩余电动势的作用下不能消除,故要自动灭磁装置动作,迅速将励磁磁场降低到接近于零,以相应降低发电机的电动势,减小故障造成的损失程度。 发电机磁场降低过程中所需要的时间称无灭磁时间.当灭磁时间愈短，故障引起的损失也愈小。 灭磁的方法有多种，有用恒值灭磁电阻灭磁，有用非线性电阻灭磁，有用灭弧栅灭磁，有用可控硅逆变灭磁等。 在可控硅整流电路中，如果改变其控制角，就可以调节输出直流平均电压uz的值。当90°180°时，uz为负值。如果在发电机励磁绕组上突然加上一个恒定电压，也就能达到快速灭磁的目的。准确地说，可控硅的控制角应在150°-155&

8、#176;时，可控硅逆变成功。 在可控硅逆变灭磁过程中，原来由交流电能通过整流系统向发电机励磁绕组提供直流电能转变为由贮藏在励磁绕组中磁能经可控硅反送到交流侧。这种利用逆变工作状态达到灭磁的方法，既简单又经济，常为利用可控硅整流励磁系统灭磁所使用。3.发电机的强行励磁与灭磁： （1）发电机的强行励磁当系统出现故障，如短路故障时，系统母线电压极度降低，有关发电机的端电压也会急剧下降。这说明系统无功缺额很大。为了使系统迅速恢复正常，这就要求有关发电机转子的磁场迅速增强，就是需要向发电机转子回路送出较正常额定值多的励磁电流，以向系统输送尽可能多的无功功率，以利于系统的安全运行。发电机的励磁系统的这种

9、功能，称之为强行励磁。（2）转子回路的灭磁：发电机与母线解列时，应自动地使转子回路的电流很快地降为零。如果发电机内部发生短路故障时，即使把发电机从母线上断开，短路电流依然存在，使故障造成的损失继续扩大，只有将转子回路的电流降至为零，使发电机的感应电势尽快减至最小，才能使故障损害限制在最小范围内。这种转子回路电流降至为零的过程，称之为发电机的灭磁。发电机磁场降低过程中所需要的时间称为灭磁时间。当灭磁时间越短，则故障引起的损失也愈小。发电机的灭磁方法有：用恒值灭磁电阻灭磁；用非线性电阻灭磁； 用灭弧栅灭磁；利用晶闸管逆变灭磁。有关灭磁方法的原理本文不再进行叙述。第九章 发电机的并列第一节 发电机的

10、并列操作一、并列操作的意义1 并列操作：我们从电工原理中知道，任何瞬时电压可以由下面的解析式来表示： uumsin（t） 式中： um-电压幅值，也称作极大值； -电压的角频率； -初相位 um 、 、称为交流电的三要素。这三个重要参数常被指定为运行母线电压的状态量。电压常用复数表示，即u，表示复电压。 当一台发电机未并入系统之前，其电压ug与要并列的母线电压ux的状态量往往是不相等的，这就要对机组进行适当的操作，使之符合并列条件后，再允许断路器合闸，将发电机并入电网运行。这一系列操作称之为并列操作。2 并列操作遵循的原则：同步发电机并列操作应遵循以下二项原则：（1） 并列断路器合闸时，冲击电

11、流应尽可能小，其瞬时值不超过12 倍发电机的额定电流。 （2）发电机并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对系统的扰动。3 同步发电机并列的理想条件：（1） ugux 电压幅值相等。ug-发电机电压幅值；ux电网电压幅值；（2） gx 或 fgfx 频率相等。（3） 0 相角差为零。在这三个状态参数下，并列的合闸冲击电流等于零；且并列后，发电机与电网立即进入同步运行，不发生任何扰动。如果气轮发电机的调速器和发电机的电压调整器能按上述三个理想条件进行调节，实现理想并列操作，则极大简化并列过程。在以往一些发电厂里，发电机进行手动准同期并列，很难同时满足这三个理想并列条件，随着

12、技术进步和微机在电力行业的应用，如今几乎所有的发电厂的发电机同期并列，基本上都能调整到满足这三个理想条件。二、非同期并列所造成的不良后果实际运行中，待并发电机的调节系统并不是按照前述三个理想条件进行调节的，因为三个条件很难同时满足，实际操作中也没有这样苛求的必要，特别是在那些控制系统比较陈旧的老厂。只要并列时合闸冲击电流尽可能地小，不危及设备安全，对电网影响较小，合闸后发电机能被迅速拉入同步即可。 但是，如果严重偏离前述三个理想条件，就会形成发电机与电网非同期并列，这是电厂最严重的事故之一，也是对发电机最危险的一种冲击，使得发电机在并列中产生严重的不良后果。 我们分别以三种情况来进行分析：1

13、电压幅值差：如果在并列操作时，fgfx ugux =0则合闸冲击电流有效值主要为无功电流分量，最大瞬时值为 ihm1.82ih 。冲击电流有效值为： ihm=（ugux）/（xd+xx）式中：ug-发电机电压有效值，ux-电网电压有效值； xd-发电机直轴次暂态电抗； xx-电力系统等值电抗。由此可见，冲击电流的最大值是有效值的2.45倍以上，冲击电流主要为无功分量，它产生的电动力对发电机的绕组产生影响，特别是发电机端部的绕组，因为在电机槽中的绕组有依托，而端部绕组无依托，机械强度最薄弱，所以要特别注意对它造成的危害。2 合闸相角差：如果在并列操作时，ugux fgfx 0 2eq 这时的冲击

14、电流有效值为： ih-sin- xqxx 2式中： xq-发电机交轴次暂态电抗 eq-发电机交轴次暂态电势 xx -电力系统等值电抗当相角差较小时，这种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即交换有功功率；当相位差达到120°时，因并列而产生的冲击电流和电磁转矩最大，并且还会出现较大的单向转矩，而单向转矩比交变转矩会产生更严重的机械应力，从而使转轴受到突然冲击，甚至造成发电机弯轴的严重后果。这对通常认为，电压的相角差不超过10°是比较满意的。3频率差：设待并发电机ug与电网电压ux相等，即 ugux, fgfx 或gx如图11-1的向量图所示：这时断路器dl

15、两侧间的电压差us为脉动电压，对us的描述用下式：us = ugsingt+1ux sinxt+2 +j设初相位1=2=0，则gx g +xus = 2ugsint（-t ）cos（- t） 2 2 us gx ux现令 us= 2ugsint（-t ） 2 ugugsin（gx）t/2为脉动电压幅值，则 +ig+x us=us cos（-t ） 图11-1 脉动电压向量图 2 由此可见，us的波形可以看成幅值为us，频率接近于工频交流电压波形。又s=gx为滑差角频率，所以，所示向量图两电压间的相角差为：e = s t于是，us=2ugsine/2 = 2uxsine/2由此可见，us为正弦脉

16、动波，其最大幅值为2ug或2ux，所以us又称脉动电压。这时断路器两侧间电压差us为一脉动电压。如向量图分析：可以设想，系统电压ux固定，而待并发电机的电压ug以滑差角频率s对ux转动。当e从0到时，us的幅值从0变到最大值2ug；当e从到2时，us的幅值又从最大值2ug变到0，转动一圈的时间为脉动周期ts。又s=2fs，故脉动周期ts=1/fs=/s式中fe为额定频率。脉动电压周期ts、滑差频率fs和滑差角频率s都可以用来表示待并发电机的频率与电网频率的相差程度。相角差e是时间的函数，所以并列合闸相角差e与发出合闸信号的时间有关。如果发出合闸信号的时间恰当，就有可能在两电压重合事合闸，这时的

17、冲击电流等于零。还需指出，如果频率差较大，即使合闸时相角差e很小，满足并列要求，但这时并入电网的发电机需要经历一个很常的暂态过程才能进入同步运行状态，严重时甚至失去同步，这也是不允许的。第二节 发电机的同期并列一、自同期并列：自同期并列操作是指将一台未加励磁的发电机组升速到接近电网频率，滑差频率s不超过允许值，而且机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器，接着合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机的电势逐渐增长过程中，由系统将发电机拉入同步。 发电机以自同期的方式投入电网时，未加励磁的发电机在投入电网的瞬间，相当于电网经发电机次暂态电抗xd短路，因而不可避免地要引起冲击电流。

18、该冲击电流主要取决于系统情况，即决定于ux和xx。自同期时，发电机的端电压ug与冲击电流成正比。 发电机的母线电压瞬时下降，将影响其他用电设备的正常工作，因此，自同期的并列的方式现已很少采用。二、准同期并列的条件： 同期并列要求在合闸前调节待并发电机，使其同时满足以下三个条件：（1）频率条件：使待并发电机的频率接近系统频率，一般不超过0.20.5；（2）电压条件：使待并发电机的电压接近系统电压，一般不超过510；（3）相角条件：当上述两个条件已被调节得符合要求时，就应在并列断路器两侧电压间的相角重合前，稍提早一些时间给断路器发出合闸脉冲，以便断路器在合闸的瞬间，两侧电压相角差恰好趋于零，这时的

19、冲击电流最小。通常相角差不宜超过10°。由于准同期并列能通过调节待并发电机的电压、频率和相角，使得上述三个条件同时获得满足，所以合闸后冲击电流很小，发电机能马上被拉入同步，对系统几乎不发生扰动。因此，在正常情况下，一般都是采用准同期并列操作。3、准同期并列的类型：（1）手动准同期：发电机的电压、频率的调整及合闸操作都是由运行人员以手动进行，只有在控制回路中装设非同期合闸闭锁装置，以防止由于运行人员误发合闸脉冲所造成的非同期合闸。（2）半自动准同期：发电机的电压、频率的调整工作由手动进行，同期装置能自动检测同期条件，并在适当的时机发出合闸脉冲。（3）自动准同期：同期装置能自动对频率进行

20、调整，至于电压调整，有些设有自动调整装置，由它来进行调整；有些则没有设专门的电压平衡环节，需要靠发电机的自动电压调整器或由运行人员手动调整。当同期条件满足后，自动同期装置能选择适当的时机，自动地发出合闸脉冲。三、准同期并列的基本原理：前面已经叙述了准同期并列的三种方法，现在就来研究准同期并列的基本原理。假设同期断路器的两侧电压分别为ug和ux并列断路器dl主触头闭合的瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程，取决于合闸时的脉动电压us，滑差角频率s，因此，准同期并列主要对脉动电压us、滑差角频率s进行检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号，使合闸的瞬间us值在允许值内。检测的信息来自

21、断路器dl两侧的电压，而且主要是对us进行检测并提取信息。那么，us就是我们要掌握的一个重要的参数，现在就对其变化规律进行分析。1、脉动电压为了便于分析问题，我们先假设待并发电机电压为ug，母线侧即电网电压为ux且两电压的幅值相等，而g与x不等，根据前面的向量图可知，上述两向量是作相对运动的。令两电压向量重合瞬间作起点，这时us的表达式由前面推导的公式为：g+x us = us cos- t 2 g us=2uxsin - t2 脉动电压us的变化如下图11-2所示，为正弦脉动波形，其最大幅值为2ux，脉动周期与s关系为ts=1/fs=2/suss1 s2 0 ts1 ts2 t ug=ux时

22、us的波形图11-2 越前相角原理图如果并列断路器dl两侧电压的幅值不相等，我们可以由上面所画的向量图，用三角公式可以求得us的值为：us=ug2+ux2 2 ug ux cosgt当gt=0 us= ugux为两电压的幅值差当gt= us= ug + ux为两电压的幅值和当两电压幅值不等事，脉动电压的波形图如下图所示us s1 s2 ug + ux ugux 0 ts1 ts2 t图11-3 ugux时us的波形上述两波形图表明，在us的脉动波形中载有同期并列所需检测的信息，即电压幅值差、频率差以及相角差随时间的变化规律，因而可以用它们为自动并列装置提供并列条件的信息以及选择合适的合闸信号发

23、出的时间。1、 电压幅值差电压幅值差ugux对应于脉动电压us波形的最小幅值，由ug=ux的波形图可以得出：us min =ugux，通过对us min的测量，就可以判断ug和ux间的电压幅值是否超出允许值。、频率差ug和ux间的频率差，就是脉动电压us的频率fs，它与滑差角频率s的关系为：s =2fs可见反映了频率差的大小。由于ts=1/fs = 2/s，要求s小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期ts大于某一给定值。例如：设滑差角频率sy规定为0.2%，即sy0.2×2fe/100 0.2（rad/s）对应脉动电压周期ts值为：ts2/sy =10（s）所以，us的脉动电压周期

24、ts大于10秒，才能满足sy小于0.2%的要求。这就是说，测量ts的值可以检测待并发电机组与电网间的滑差角频率的大小，即频率差大小。2、 合闸相角差的控制前面已经强调过，最理想的合闸瞬间是在ug与ux两向量重合的瞬间。考虑到断路器的操作机构和合闸回路固有的动作时间，必须在两向量重合之前发出合闸信号，即取一提前量。us随相角差e的变化规律为发出合闸信号提前量计算提供了依据。目前准同期并列装置采用的提前量有越前相角和越前时间两种。ug与ux两向量重合之前恒定角度yj发出合闸信号的，称为恒定越前相角准同期并列装置。在ug与ux两向量重合之前恒定时间yj发出合闸信号的，称为恒定越前时间准同期并列装置。

25、2、自动准同期装置为了使待并发电机组满足并列条件，自动准同期装置设置了三个单元。1、 频率差控制单元：它的任务是检测间ug与ux的滑差角频率us，且调节发电机的转速，使发电机电压频率接近电网频率。2、 电压控制单元： 它的功能是检测ug与ux间的电压差，且调节发电机的电压，使发电机的电压ug使它与电网电压ux间的电压差值小于规定的差值，促使并列条件形成。3、 合闸信号控制单元：它的功能是检查并列条件，当待并机组频率和电压都满足并列条件时，就选择合适的时间发出合闸信号，使断路器dl的主触头接通时，相角差e接近于零或控制在允许范围内。同步发电机的准同期并列装置按自动化程度可分为：、半自动准同期并列

26、装置。这种并列装置有频率差和电压差的检测功能，没有调节功能，只有合闸信号控制单元。并列时待并发电机的频率和电压由运行人员调整和监视，当频率和电压都满足条件时，并列装置就选择合适的时间发出合闸信号。它与手动并列的区别仅仅是合闸信号是由该装置经判断后自动发出，而不是由运行人员手动操作完成。3、 自动准同期并列装置。该装置设置了三个控制单元，如下图。由于发电机一般都配有自动电压调整装置（avr），因此在有人值班的发电厂中，发电机的电压往往由运行人员直接操作控制，不需要配置电压差控制单元，从而简化了并列装置的结构。 自动准同期装置可以用下面的简图来说明其组成。并列断路器电源合闸信号控制单元电压差检测单

27、元频率差检测单元g 增速 减速 升压 降压 合闸图11-4 自动准同期装置组成3、准同期并列合闸信号控制 在准同期并列操作中，合闸信号控制单元是准同期并列装置的核心部件，所以准同期并列装置的原理，也往往是指该控制单元 电压差允许的原理。其控制原则是当频率和电压都满足并 频率差允许 合闸信号列条件下，在ug与ux要重合之前发出合闸信号。 提前量信号形成前量信号两电压重合之前的提前量信号、装置的逻辑结构图，见图。按提前量的不同，准同期并列装置可分为 图11-5 准同期并列合闸信号控制的逻辑框图恒定越前相角和恒定越前时间两种。下面就分别来叙述这两种装置的基本原理。1、 恒定越前相角准同期并列该装置是

28、取某一恒定相角yj作为提前量信号，即在脉动电压us到达e=0之前的yj相角差时发出合闸信号。该装置的原理可用下图来表示。为了简单起见，设ug与ux相等且都为额定值。由us=2ugsinst/2=2uxsinst/2可知，相角差e与us间存在一定的对应关系。从下面图中可以看出，设越前相角为yj，它所对应的us电压值为ua，设断路器的合闸时间为tdl，很显然当s很小时，主触头闭合的瞬间相角差近似接近于yj值。当s=syo=/tdl时，并列时的合闸相位差等于零。syo称为最佳滑差角频率。 s1 s2 s3 tdl tdl tdl 图11-6 越前相角原理图当ssyo时，合闸相位差又将增大。与越前相角

29、对应的越前时间，随滑差角频率s而变，由于断路器的合闸时间tdl近乎恒定，因而合闸时间相角差与s有关。为了使合闸冲击电流值不超过允许值，滑差角频率的允许值就必须限制在某一范围内。此值可以根据发电机的参数计算求得。恒定越前时间准同期并列恒定越前时间准同期并列采用的提前量为恒定时间信号，即在脉动电压us到达两电压向量重合（e=0）之前的tyj时发出合闸信号。一般取tyj等于断路器的合闸时间tdl，因此，采用的提前量为恒定时间并列装置，理论上讲可以使合闸相角差e=0。 在e=0之前的恒定时间发出合闸信号，它对应的越前相角yj的值是随s而变化的，其变化规律如下图。 uss1 s2 s3 tdl tdl

30、tdl t s1s2s3图11-7 越前相角原理图由于yj=s×tyj，当tyj为定值时，发出合闸脉冲的越前相角与s成正比。从理论上讲，按恒定越前时间原理工作的自动并列装置，可以使合闸相角差e=0，但实际上由于装置越前信号、出口继电器的动作时间及断路器合闸时间tdl存在着分散性和其他预见不到的原因，因而并列时难免具有合闸相角误差，这就使并列的允许滑差角频率sy受到限制。4、恒定越前时间准同期并列装置的整定计算 恒定越前时间需要整定的参数如下：、越前时间tyj通常令 tyj = te +tdl式中： te -自动装置合闸信号输出回路的动作时间 tdl-并列断路器的合闸时间tyj主要决定

31、于tdl，其值随断路器的类型而不同。所以装置中的tyj应便于整定，以适应不同短路器的需要。2、 允许电压差 ug与ux间的允许电压差值一般为（0.10.15）ue。3、 允许滑差角频率由于装置输出回路和断路器合闸动作时间都存在着误差，因此就造成合闸相角误差e，在时间误差一定的条件下，e与s成正比。设ey为发电机组的允许合闸相角，由下式可以求得最大允许滑差角频率ey为eysy=-tc+tdl式中：tc、tdl-自动并列装置、断路器的动作时误差间。ey决定于发电机的最大允许冲击电流ihm，当给定ihm后，按前面所述公式2eq eihm1.82ih和ih-sin- 可以求得：xqxx 2 ihm（x

32、qxx）ey =arcsin-（rad）2×1.82ih eqey将求得的ey代入 sy =- 即可求得sy。tc+tdl允许滑差角频率sy求出后，根据ts=2/sy，又可求得脉动电压周期ts。第三节 宁国水泥厂1#发电机组的准同期并列装置 宁国水泥厂1#余热发电机组的准同期并列装置有两套，一套为半自动准同期并列装置，日本代号为25ch；一套为全自动准同期并列装置，日本代号为15，60，25。下面根据自己的理解和学习体会，分别介绍这两种装置。一、简易同步工况点检测装置（25ch）：在前面的讨论中，主要分析了并列断路器两侧的电压差即脉动电压us的性能，阐明了在脉动电压us中载有电压差、

33、频率差的信息，在一定条件下反映e的变化规律，可以为自动同期并列装置的检测和控制提供所需的信息。日方提供的简易同步工况点检测装置（25ch见附图），正是运用电压差、频率差的载体us来进行电压差、频率差检测的，以电平检测器q3来反映检测结果。25ch中有电压差检测电路、频率差检测电路、±15v稳压电路、与门电路和继电器动作电路。下面分别来讨论。电压差检测电路 从线路图中可以看出，由发电机的电压互感器t1及母线侧电压互感器t2的二次侧，分别各引一路电源，并分别经二极管d8、d9整流，c8、c7滤波成vg、vb两种电压，接至全波整流器的两臂上。由于输入电路的相位是相反的，所以，当vgvb时，

34、vgvb0，输出为两路电流的叠加，输出为正电压，c9充电建立起电压，与分压电阻r28，r17上的设定负电压进行比较，q3的负端为正电压，q3翻转，其输出端为负。当vgvb时，vgvb0，这时整流桥的输出端无电流输出，c9放电。实际上，当vgvb小于vre的设定电压绝对值时，q3的负端为负，q3翻转，其输出端为正。其时发光二极管ex亮灯，表示电压差在允许值范围内；由于q3翻转，经二极管d13的箝位作用，满足与门导通的一个条件，即电压差满足条件。频率差检测电路 由发电机的电压互感器t1及母线侧电压互感器t2的二次侧，分别各引一路电源，相位相差180°，经稳压二极管稳压后，接入全波整流桥的

35、两臂。前面我们已说过，当频率差s增大时，其周期ts变短；当频率差s减小时，其周期ts变长；vg和vb经整流后，d6有输出。当us增大，即当s增大时，d6输出为正电压，对c13充电；当us减小，即当s减小时，c13开始放电。由于频率差s增大，周期ts变短，c13来不及完全放电又要充电；当频率差s减小到非常小的一定值时，其周期ts增大到一定值，c13开始完全放电。当s很大时，q3的负端“6”为正电压，其输出为负；当s非常小时，q3的负端“6”电压在下降，当小于设定电压vrf时，q3的负端“6”为负，电平检测器q3的输出端为正，且指示灯fx亮灯，表示频率差满足条件，经二级管d12箝位作用，又满足与门

36、另一个导通条件，三极管q4基极为正电压，q4导通，25ry线圈吸合，表明电压差、频率差同时满足同期条件。发电机与母线间的相角差是通过安装在发电机控制盘上的同期表来指示的。实际上当电压差、频率差非常小的时候，发电机与母线间的电压向量差基本重合，也就是说相位角差值很小，只要在允许值范围内，就可以进行同期合闸，将发电机并入电网运行，即使有一点不同步，电网很快会将发电机拉入同步。需要指出的是，宁国水泥厂的这套同步工况点检测装置25ch，仅仅是半自动同期装置，它不具有电压差、频率差的调节功能，在运用25ch进行同期并列时，“同期并列选择开关43-25g”应打到“就地手动（manu）”的位置，需要进行操作

37、“电压调整开关7-90g”和“速度调整开关7-65g”，使发电机的电压及频率与母线电压一至，待发电机控制盘上的同期表sy的指针竖直向上时，才可合3-52g开关，将发电机并入电网运行。二、自动同期合闸装置（15，60，25） 自动同期合闸装置是同步发电机与电网并列时使用的一种全自动装置。宁国水泥厂1#的余热发电使用的是日本产asy-100型数字式恒定越前时间自动同步合闸装置。这种装置的一个重要特点，就是要找出某一恒定越前时间，作为合闸的重要条件，并不断检测、频率差条件是否均已满足。假如频率差或电压差条件任何一种不能满足，既行闭锁装置的操作。这时将会通过均频鉴别，检测发电机转速快慢，相应发出减速或

38、升速脉冲，或通过均压部分，检测发电机电压的高低，相应发出升压或减压脉冲。装置最终要在发电机符合并列条件时，于规定的越前时间发出合闸脉冲，使同步发电机与电网并列。、asy-100型数字式恒定越前时间自动同步合闸装置的功能：、平衡电压功能：发出控制脉冲（60r，电压升高信号；60l电压降低信号），实际上是向avr发出指令，令其增加或减小励磁电流，使发电机的电压与电网电压一致；、同步控制功能：发出控制脉冲（15r，调速增速信号；15l调速减速信号），实际上是向505发出指令，令汽轮机转子加速或减速，使发电机的频率与电网频率一致；、相位差±15°以内接点：当发电机与电网电压差v、频

39、率差f，进入允许范围内，且相位差又达到±15°以内时，发出a接点信号，即常开触点闭合。自动同步合闸时，与25闭合的指令接点串联使用。、同步合闸功能：当发电机与电网电压差v、频率差f，进入允许范围内，估计断路器的闭合时间，在同步点附近发出25闭合指令，使断路器的主触头正好在同步点闭合，发电机与电网并列。在正常情况下，距同步点200ms后，使指令解除，而且10s后，显示结束（end）。、检测电压不平衡功能：当发电机三相电压不平衡时，闭合指令停止。、失步报警功能：执行25闭合指令，同步点通过后，发电机与电网相位差出现10°以上时，使25闭合指令停止，400ms后发出报警

40、接点信号。但是，有运转控制输入时，可继续进行v、f、±15°以内的接点控制动作，通过关断电源使报警复位。、asy-100型数字式恒定越前时间自动同步合闸装置的动作原理：、asy-100型装置的方框图：asy100自动同步合闸装置动作原理图见图56这个图中包括六个部分电路，它们是同步电路、电压平衡电路、逆向检测、cpu电路、25接通指令。其动作原理在下面分别说明图11-8 同步电路框图、动作原理说明：.同步电路单稳态电路脉冲电路双稳态多谐振荡器 r a 调节器减少脉冲电路s b 单稳态电路双稳态多谐振荡器脉冲电路 t c 调节器增大 fgfb fgfb脉冲电路rb rg rg

41、 fb ：系统频率rb rb fg ：发电机频率 tg sg tg sg 本电路用于检测系统（电网系统）一侧与发电机一侧的频率差输出一个将频率差控制在一定值以下的脉冲。电压矢量的相位旋转方向根据fg与fb的频率差而改变。当fgfb时：双稳态多谐振荡器和根据rg与rb的重合脉冲（a点）设定并输出点d和e。然后，由于rb与tg重合，因此点g接通，启动单稳态电路，输出调节器增大信号。同时，rb与tg的重合，使双稳态多谐振荡器复位，调节器减小信号仍处于断开状态。在此之后，由于rb与sg重合，从而使双稳态多谐振荡器复位。当fgfb时：双稳态多谐振荡器和根据rg与rb的重合脉冲（a点）设定并输出点d和e。

42、然后，由于rb与sg重合，因此点f接通，启动单稳态电路，输出调节器减小信号。同时，rb与sg的重合，使双稳态多谐振荡器复位，调节器增大信号仍处于断开状态。在此之后，由于rb与tg重合，从而使双稳态多谐振荡器复位。调节器增大或减小的各个信号间隔与频率差成反比。当频率差为0.1hz时,间隔为10秒；当频率差为1hz时,间隔为1秒。当频率差在设定值以内时，f闭锁解除信号通过cpu输出，并设定调节器增·减信号。.电压平衡电路 本电路应用于检测发电机电压与系统电压之差和控制范围、以及发电机电压的不平衡。三种输入均进行a/d变换后在cpu中进行如下处理： 当有电压差时：vggb设定值：输出电压下

43、降信号；vgvb设定值：输出电压上升信号；其中，vg发电机电压；vb系统电压。vb设定值vgvb设定值时v闭锁解除，发光二极管点亮。控制范围：vg80v, 90vvb120v，超出该范围时，控制停止。 发电机的不平衡的检测： vrs×1.2vstvrs×0.8vrs 超出上述范围时，控制停止；vrs×1.1vstvrs×0.9 在上述范围之内，接通指令为ok。 vst.逆相检测（发电机一侧） 当发电机一侧为逆相序时，同步电路复位，并向cpu发出停止控制的指令。.±15°以内信号(*)发电机一侧的vrs与系统一侧的vrs之间的相位差在数

44、字集成电路中构成±15°以内信号，并在月cpu运算、输出的f闭锁解除信号和v闭锁解除信号的and （逻辑“与”）的条件下输出±15°接点信号。（*.） 特殊规格时为±25°、±30°、（±36°）。.cpu电路 系统一侧的频率以及系统一侧与发电机一侧的相位差,计算同步工况点及频率差,输出f闭锁解除、v闭锁解除信号及25接通指令。 写入的设定值，在时间继电器电路中，由键输入设定值。.25接通指令检测系统一侧与发电机一侧的电压差及频率差在允许范围以内，预测断路器的接通时间，在及将到达同步工况点之前，

45、发出接通指令。第四节 同步发电机的调节同步发电机与电网同期并列后，由于电网的容量巨大，无论发电机的有功功率和无功功率怎样调节，对电网的电压和频率都不产生影响，简单地说，无穷大电网就是电压和频率不变的电网。当然，实际上发电机与电网并列后的功率变化，总要引起电网的电压和频率的波动，只是很微小而已。现在我们要研究的是，同步发电机与无穷大电网并列以后，如何输出有功功率和无功功率，如何调节这些功率，和可能输出的功率大小等问题。一、有功功率的调节： 同步发电机与无穷大电网同期并列后，当没有向电网输送功率时，这时的发电机的输入功率p1全部消耗在无载损耗p0上，即，p1 =p0无载损耗中包括二部分，机械损耗和

46、铁损耗。机械损耗又包括轴承的摩擦、通风及风摩损、电刷与滑环摩擦损耗（无刷励磁则不存在电刷与滑环摩擦损耗）。上述损耗p0除以机械角速度1（1=2n1/60），即得无载力矩m0，它与输入力矩m1平衡，即 m1= m0=60p0/2n1如果我们要向电网发出有功功率，那么必须增加发电机的输入功率p1，即增加原动机的力矩m1，如像汽轮发电机，必须加大汽轮机进汽阀门开度，增大进汽量。这时，作用在发电机转子上的力矩加大，使得转子加速，发电机的转子会略高于同步转速。由于eg的角速度g大于ux的角速度x，因此eg的向量逐渐领先，出现输出电流i，而i与eg的相角小于90°，故向电网发出一个有功功率，同时

47、对转子产生一个制动电磁力矩，使转子的转速不再升高。当最后达到平衡时，转子的转速仍为同步转速。1、功率平衡关系：pef=i2efref p0=pjx+ptx pg=mi2r1 p1 pe p2同步发电机的功率平衡关系为：输入功率p1中的一小部分，供给机械损耗pjx和铁损耗ptx，其余大部分转化为电磁功率，pe通过定、转子间的电磁感应传给定子，定子的电磁功率中，减去定子绕组的铜损耗pg=mi2r1（m为相数）后，就得到输出的有功功率p2。另外，还要输入一个励磁功率pef，供给消耗在励磁绕组上的铜损耗pef=i2efref；无刷励磁是发电机轴上直接带着励磁系统，则励磁功率pef，应为励磁机所消耗的功

48、率，它也由输入功率p1供给。因此，整个功率平衡关系： p1=p0+pef+pe pe=pg+p22、力矩平衡关系：同步发电机轴上输入的机械力矩m1，其中一部分用来克服无再载力矩m0，其余部分与电磁力矩相平衡： m1=m0+m+me3、电势与磁势的平衡关系：我们假定发电机是隐极同步发电机式不饱和的，即xd=xq=xc（xd、xq分别为发电机的纵轴同步电抗，横轴同步电抗，xc为发电机的同步电抗。），且假定定子电阻r1很小可以忽略不计，则， pm=p2=mugicos=me0icos= me0ugsin/xd式中：m为相数，为功率因数角，为内功率因数角，为功率角，e0为转子主磁通在定子绕组产生的电势。这时一个非常重要的关系式。当同步发电机与无穷大电网并列时，只需要调节发电机的输入机械功率，这时的发电机自己会改变电磁功率的大小，输出功率也相应改变，达到新的平衡。当我们逐渐增加输入功率，使电磁功率达到最大值时，仍继续加大输入机械功率，这时电磁功率反而减小，功率不能保持平衡，剩余的功率就会使栓子加速，从而使转子的转速大于同步转速，失去同步，或者叫同步机失去“静态稳定”。如果在此种情况下不立即减小原动机的输入功率，则由于输出功率的减小，剩余功率将使转子达到很高的转速，由于离心力很大，将使转子遭到破坏。另外，由于发电机的频率与电网频