自动装置原理课件 2

第二章

同步发电机的自动并列王淳E-mail:cwang_ncu_cn@163.com2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun2第一节概述

第二节自同期并列第三节准同期并列的基本原理第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制第五节频率差与电压差的调整第六节数字式并列装置目录

2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun3第一节概述

母线电压的幅值、频率和相角被定义为运行母线电压的状态量。母线电压也常用相量

来表示。一母线电压的状态量电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为：幅值频率初相角2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun4电路示意图GQF第一节概述

一台发电机组在未投入系统运行之前，它的电压与并列母线电压

的状态量往往不等，须对待并发电机组进行适当的调节，使之符合并列条件,并将断路器QF合闸作并网运行的一系列操作。二并列操作2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun5第一节概述

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动；当系统发生某些事故时，常要求将备用发电机组迅速投入电网运行；由于某种原因解列运行的电网需要联合运行。在电力系统运行中并列操作是较为频繁的2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun6断路器合闸时，发电机所受冲击电流应尽可能小、其瞬时最大值一般不超过l~2倍的额定电流。发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态．其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。三同步发电机组并列时应遵循的原则第一节概述

电路示意图GQF2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun7四发电机并列的理想条件并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。123第一节概述

电路示意图GQF2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun8五发电机并列时偏离理想条件所引起的后果1

电压幅值差冲击电流的有效值:第一节概述

发电机电压有效值电网电压有效值发电机次暂态电抗系统等值电抗2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun9冲击电流最大瞬时值:第一节概述

产生无功性质的冲击电流，引起定子绕组发热和在定子端部产生冲击力矩2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun102合闸相角差冲击电流的有效值:第一节概述

2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun11冲击电流最大瞬时值:第一节概述

产生有功性质的冲击电流，在发电机的机轴上产生冲击力矩。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun123频率不相等脉动电压:+1+j第一节概述

2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun13假定第一节概述

脉动电压的幅值脉动电压:定义2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun14脉动电压的幅值:滑差角频率定义两电压相量间的相角差第一节概述

2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun15脉动周期Ts第一节概述

滑差频率fs脉动周期Ts、滑差角频率s及滑差频率fs之间的关系2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun16UsusTssttus2第一节概述

产生周期性变化的冲击电流，影响发电机进入同步的过程。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun174并列的同步过程发电机状态电动机状态a0ePse第一节概述

s0e00原动机的输入功率恒定不变合闸时相角差为e0合闸时角频率差为G-X=s02023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun184并列的同步过程发电机状态电动机状态ab0ePse第一节概述

s0e0eba—b,ΔP<0,s逐步减小且大于0,δe增大b点,ΔP<0

s=0δe最大2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun194并列的同步过程发电机状态电动机状态ab0ePse第一节概述

s0e0eb0b—a—0,ΔP<0,s逐步减小且小于0,

δe减小0点,ΔP=0,s最小,

δe=02023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun204并列的同步过程发电机状态电动机状态ab0ePse第一节概述

s0e0eb0cec0

—c,ΔP>0,s逐步增大且小于0,

δe负向增大。c点,ΔP>0,s=0,

δe负向最大。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun214并列的同步过程发电机状态电动机状态ab0ePse第一节概述

s0e0eb0cec2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun224并列的同步过程发电机状态电动机状态abc0ePse第一节概述

s0e0ebec0原动机的输入功率恒定不变a—b,G>X,减速合闸时相角差为e0合闸时G-X=s0b点,G=Xb—a—0,G<X

,减速0—c,G<X

,加速c点,G=X2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun234并列的同步过程发电机状态电动机状态ab0ePse第一节概述

s0e0ebec0当s0较小时，到达最大相角点b时的eb较小，可以很快进入同步运行；2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun244并列的同步过程发电机状态电动机状态ab0ePse第一节概述

s0e0ebec0当s0较大时，到达最大相角点b时的eb较大，需经历较长时间振荡才能进入同步运行；2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun254并列的同步过程发电机状态电动机状态ab0ePse第一节概述

s0e0ebec0当s0很大，b点超出180。，则将导致失步。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun26第一节概述

自同期准同期

六并列方法分类2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun27第二节自同期并列

一、自同期并列操作：将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，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QF，接着立刻合上励磁开关KE，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。

KEUEQFGXxSystem2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun28引起冲击电流；三、缺点：控制操作非常简单，在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用机组投入电网运行。二、优点：第二节自同期并列

发电机母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作将产生影响。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun29一、准同期并列操作：给待并发电机组加上励磁电流，调节待并发电机组的状态参数使之符合并列条件并合闸的操作。KEUEQFGXxSystem第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun30二、脉动电压幅值USTs1Ts2tUs第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun310相量图第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun32Ts1Ts2tUs第三节准同期并列的基本原理电压幅值差三、US中载有的准同期并列所需检测的信息

US随相角差的变化规律频率差2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun33四

合闸相角差的控制考虑到断路器操作机构和合闸回路控制电器的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合间信号。目前准同期并列装置采用的提前量有两种恒定越前相角：两相量重合之前恒定角度发出合闸信号恒定越前时间：两相量重合之前恒定时间发出合闸信号第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun34五准同期并列装置

电源G升速减速升压降压合闸频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元并列断路器(1)检测电压间的滑差角频率,且调节发电机的转速,使发电机的频率接近于系统频率。第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun35五准同期并列装置

电源G升速减速升压降压合闸频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元并列断路器(2)检测电压值差,且调节发电机的电压,使两电压的差值小于规定允许值。第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun36五准同期并列装置

电源G升速减速升压降压合闸频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元并列断路器(3)检查并列条件,条件满足时发出合闸信号。第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun37六准同期并列合闸信号的控制逻辑

与门提前量信号电压差允许频率差允许合闸信号第三节准同期并列的基本原理或非门提前量信号电压差不允许频率差不允许合闸信号与门2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun38按提前量的不同七两种原理准同期并列装置（按提前量）恒定越前相角：两相量重合之前恒定角度发出合闸信号恒定越前时间：两相量重合之前恒定时间发出合闸信号第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun39Usts1

s2

s3UA1恒定越前相角准同期并列第三节准同期并列的基本原理假定则2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun40tcltcltclUsts1

s2

s3UA第三节准同期并列的基本原理当并列时的合闸相角差等于零越前相角自动装置合闸信号输出回路的动作时间并列断路器的合闸时间最佳滑差角频率恒定越前相角装置理论上难以使合闸相角差等于零。

2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun41恒定越前时间装置理论上可以使合闸相角差等于零。

tYJtYJtYJtUss1

s2

s32恒定越前时间准同期并列第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun42越前时间tYJ

自动装置合闸信号输出回路的动作时间并列断路器的合闸时间一般定为(0.1一0.15)UN允许电压差八恒定越前时间并列装置的整定计算第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun43断路器的动作误差时间

自动并列装置的动作误差时间

允许滑差角频率第三节准同期并列的基本原理2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun44第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制一并列装置的控制逻辑或非门提前时间信号电压差不允许频率差不允许合闸信号与门1000101100012023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun45第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制二并列装置的时间配合

必须在越前时间信号到达之前完成频率差和电压差的检测任务，作出是否让越前时间信号通过与门的判断。电压差频率差判别区tYJtUs2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun46定义：自动装置检测并列条件的电压。1

正弦型整步电压(脉动电压的幅值)GUsZuXuGuXauGab三整步电压第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun47Ts1Ts2tUsZ第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制Ts1Ts2tUsZ2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun48线性整步电压正弦整步电压UsZ的特性相角差频率差电压差合闸误差利用UsZ作为并列条件的越前时间检测信号和频差检测信号受到电压幅值的影响只反映相角差的特性第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun492

线性整步电压半波线性整步电压全波线性整步电压第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun50

半波线性整步电压形成电路及逻辑框图VT1基极VT2基极a点电位

++低

+-低

-+低

--高第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制****uXuGVT3VT2VT1abduX2uG2usL2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun51

半波线性整步电压形成电路及逻辑框图或非门VT2基极(uG2)VT1基极(uX2)a滤波电路b第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制****uXuGVT3VT2VT1abduX2uG2usL2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun52ux2幅值一定而宽度与相角差e有关的矩形波e:0,矩形e

:

2,矩形uuG2te0uate

20udte20ubusLte

20

半波线性整步电压波形图第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun53两电压相量间的相角差e从最大逐渐减小趋向重合的过程对应着斜率为负值的直线；线性整步电压只反映两相量间的相角特性，与它们的电压幅值无关，从而使越前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响，提高了并列装置的控制性能；半波线性整步采用滤波器，把高次谐波滤掉，获得较为平滑的特性。但滤波器的时间常数将会影响其相移。滑差角频率S的变化对其也有一定的影响，使实际情况偏离理想化直线，从而引入误差。

半波线性整步电压的特性第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun54全波线性整步电压增加矩形的密度，从而减小滤波器的时间常数，进一步改善线性整步电压的性能。第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun55

全波线性整步电压形成电路第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制*uG*uXVT1VT2VT3VT4VT5ABY**usL整形电路相敏电路滤波电路和射极跟随器输出2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun56uG正VT1导通A低uG负VT1截止A高uX正VT2导通B低uX负VT2截止B高整形电路第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制*uG*uXVT1VT2VT3VT4VT5ABY**usL

全波线性整步电压形成电路2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun57整形电路整形电路将uG和uX的正弦波转换成与之频率和相位相同的方波，方波的幅值与uG、uX的幅值无关。第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制*uG*uXVT1VT2VT3VT4VT5ABY**usL

全波线性整步电压形成电路2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun58相敏电路ABY高高高高低低低高低低低高第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制*uG*uXVT1VT2VT3VT4VT5ABY**usL

全波线性整步电压形成电路2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun59相敏电路A高B高Y高A低B低第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制*uG*uXVT1VT2VT3VT4VT5ABY**usL

全波线性整步电压形成电路2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun60整形电路相敏电路滤波电路和射极跟随器输出第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制*uG*uXVT1VT2VT3VT4VT5ABY**usL

全波线性整步电压形成电路与门与门uGuX或门Y方波方波2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun61uGuAtuXuBtuAuBtuYtt-

0

2

(

)usL第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun62当e等于零时，usL输出为最大；当e等于时，usL输出为零。t-

0

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()usL第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun63第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制s1

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s3tusL可用于求恒定越前时间信号tYJ及检测s的大小。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun64RsLR1R2CiciRVT5假定在一个周期内四恒定越前时间信号第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun65第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制RsLR1R2CiciRVT52023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun66第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制电平检测器的起动电平RsLR1R2CiciRVT52023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun67第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制RsLR1R2CiciRVT5与滑差角频率S无关2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun68s1

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s3tuRuCtuR+uCtttYJtYJtYJ第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun69电平检测器线性整步电压输出五频率差检测

第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制根据线性整步电压的特性（与某一相角差相对应的整步电压是一定值），恒定越前相角K的检测可用电平usLK检测器来完成。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun电平检测器翻转电平usLKtAK-

0

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(t)(t)u第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制电平检测器线性整步电压输出2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun71令允许的最大滑差角频率为sy，并使恒定越前相角K=sytYJ，tYJ为恒定越前时间。第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制比较恒定越前时间信号与恒定越前相角信号间的相位关系，即它们之间先、后顺序关系(tYJ与tA之间的关系，据此作出频率差是否符合并列条件的判断。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun72第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制比较恒定越前时间信号与恒定越前相角信号间的先、后顺序关系，就可作出频率差是否符合并列条件的判断。只有恒定越前相角电平检测器先于恒定越前时间信号动作时，才说明此时的s小于允许滑差角频率sy，因而作出频率差符合并列条件的判断。反之，如果越前时间信号到来时尚未获得越前相角电平检测器翻转信号，就可作出频率差不符合并列条件的判断。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun73s1

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s3KKKusLKt(e)tYJtYJtYJt(e)usLtAtAtAt(e)uR2utYJt(e)第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun74非门A与门B双稳记忆CutYJusLKSRQxyz频率差检测逻辑示意图第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun75由于线性整步电压中不载有并列点两侧电压幅值的信息，所以它就无法作为电压差的检测。六电压差检测第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制另找其它途经2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun76电平检测uXuGDUABUsetUXUGAB++--6VSR1SR2SR3R1R2R3UABC7C6R4R6R5C8输出第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun77电平检测uXuGDUABUsetUXUGAB++--6VSR1SR2SR3R1R2R3UABC7C6R4R6R5C8输出第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun78电平检测uXuGDUABUsetUXUGAB++--6VSR1SR2SR3R1R2R3UABC7C6R4R6R5C8输出第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制电压差测量输出端D点电位D点电位为正,发闭锁信号D点电位为负,发合闸信号允许电压差的整定值2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun79六并列装置合闸信号控制逻辑第四节恒定越前时间并列装置的合闸控制非门与门双稳记忆与门UtYJUsLKUU动作合闸频率差检测恒定越前时间电压差检测投入瞬间瞬时高电平UU2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun80频率差调整单元的任务是将待并发电机的频率调整到接近于电网频率，使频率差趋向并列条件允许的范围，以促成并列的实现。如果待并发电机的频率低于电网频率，则要求发电机升速，发升速脉冲。反之，应发减速脉冲。第五节频率差与电压差的调整

频率差方向测量环节频率调整执行环节相位差鉴别法逻辑判别法频率差调整单元2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun81UGUX相量图一频率差方向测量环节：相位差鉴别法第五节频率差与电压差的调整如果待并发电机的频率高于电网频率，则UG对UX作逆时钟方向旋转。反之，如果发电机频率低于电网频率，则UG对UX作顺时钟方向旋转。2023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun82第五节频率差与电压差的调整取电网两个电压量UX1和UX2，UX1和UX2间具有恒定相位差。这时，UG与UX1和UX2两电压重合的先后顺序与UG对UX的旋转方向有关。当发电机频率低于电网频率时，UG作顺时钟方向旋转，UG先与UX1重合，经角后再与UX2重合。反之，当发电机频率高于电网频率时，UG先与UX2重合，经角后再与UX1重合。频率偏差方向判别相量图UGUX2UX12023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun83第五节频率差与电压差的调整两个脉动电压US1和US2相差恒定相角，它们间先后的顺序反映了两电源间频率的高低。US1和US2相应的三角波整步电压为uSL1和uSL2，两波形前后位置与频率差方向间的关系如图所示。频率偏差方向判别相量图UGUX2UX1Us1Us22023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun84fG<fXuSL2uSL1fG>fX第五节频率差与电压差的调整uSL2uSL12023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun85D2

andSG1能同时出现高电平A2发出升速脉冲fG<fXD1tD2tSG2tSG1t第五节频率差与电压差的调整usL2usL1tusLS1S2D2D1与门A1与门A2usL1usL2降速升速SG1SG22023/1/11第二章同步发电机的自动并列Copyright2012byWANGChun86二频率差调整执行环节第五节频率差与电压差的调整电平检测脉冲形成与