水泥余熱發(fā)電培訓教材第10版-3(101-158)

1、 水泥余熱發(fā)電培訓資料第三節(jié) 發(fā)電機的勵磁一、同步發(fā)電機勵磁的基本要求： 同步發(fā)電機發(fā)出電能時，除原動機供給動能外，還需要有勵磁系統(tǒng)來建立磁場。同步電動機、變壓器、輸電線路以及用戶的用電設備要消耗無功功率。如果無功功率供給不足，就很難維持電力系統(tǒng)的電壓水平。發(fā)電機既是有功電源，又是無功電源，而同步發(fā)電機發(fā)出的無功功率的大小，取決于勵磁電流的大小。勵磁系統(tǒng)對發(fā)出無功功率，維持系統(tǒng)電壓水平是至關重要的。因此，勵磁系統(tǒng)應能滿足以下基本要求：(1)、勵磁系統(tǒng)不應受外部電網的影響；（2）、勵磁系統(tǒng)本身的運行應該是穩(wěn)定的；（3）、勵磁系統(tǒng)應能保證一定的勵磁頂值電壓，并且要有一定的勵磁增長速度。二、同步發(fā)電

2、機的勵磁方式：勵磁系統(tǒng)種類很的多，常采用的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)有直接勵磁系統(tǒng)、帶勵磁機和附加整流電源的勵磁系統(tǒng)半導體勵磁系統(tǒng)。以下就這兩種勵磁方式的基本原理作一簡單介紹：(1)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)a、直接勵磁系統(tǒng):同步發(fā)電機多采用直接勵磁系統(tǒng),此系統(tǒng)的勵磁機直接與發(fā)電機的軸相聯(lián),采用并激發(fā)電機作勵磁機。直接勵磁系統(tǒng)的勵磁機，工作不受外部電網影響，而且工作比較可靠。b、帶勵磁機和附加整流電源的勵磁系統(tǒng)：在勵磁機的勵磁繞組只加入附加電流的方法 r L G很多，可以采用復式勵磁裝置，其附加電流正比于發(fā)電機定子電流；也可以采用電壓調整器，其附加電流正比于發(fā)電機的定子電壓。 ZTL圖2-9示出帶復式勵磁和電壓調整的

3、勵磁系統(tǒng) 圖中， G -三相交流同步發(fā)電機 L -勵磁機 Z -整流裝置 圖8-5 具有勵磁機和附加整流電源的勵磁系統(tǒng) ZTL 主發(fā)電機G自動調整勵磁裝置 r-勵磁機的勵磁繞組電阻 rg -發(fā)電機轉子繞組電阻 （2）半導體勵磁系統(tǒng)： 隨著半導體整流技術的發(fā)展,交流發(fā)電機的無刷化也得到相應的發(fā)展,而半導體勵磁系統(tǒng)也得到廣泛的應用。 半導體勵磁系統(tǒng)可分為他勵半導體勵磁,這包括靜止半導體勵磁和旋轉半導體勵磁；自勵半導體勵磁，包括并勵和復勵。本文著重介紹半導體旋轉勵磁系統(tǒng) ，至于其他形式的勵磁形式，由讀者去參閱有關資料。 所謂旋轉半導體勵磁系統(tǒng)，是指該系統(tǒng)的永磁發(fā)電機發(fā)出的電流，經整流、控制后，作為交

4、流發(fā)電機的勵磁電流，而交流發(fā)電機發(fā)出的電流，從發(fā)電機的電樞中直接引出，經同軸旋硅整流器整流以后，送至交流發(fā)電機的轉子勵磁繞組，中間無須經過電刷環(huán)節(jié)，因此，旋轉半導體勵磁系統(tǒng)也稱無刷勵磁系統(tǒng)。圖2-10是旋轉半導體勵磁系統(tǒng)的簡圖。圖中，PMG為永磁發(fā)電機，ACEX為交流勵磁機 Ref 為半導體整流器，AG為三相交流同步發(fā)電機。Fa為三相交流發(fā)電機的勵磁繞組。Fe為交流勵磁機的勵磁繞組。虛線框內的部分是隨發(fā)電機軸旋轉的部分。AVR是自動電壓調整器，見寧國一線余熱發(fā)電的AVR框圖。 旋轉半導體勵磁系統(tǒng)的工作過程如下：永磁發(fā)電機PMG的永磁轉子隨發(fā)電機軸旋轉，其靜止電樞中的電流送至AVR， 經可控硅整

5、流后再提供給交流勵磁機 ACEX 的勵磁繞組勵磁。交流勵磁機的電樞是隨三相交流發(fā)電機的軸一同旋轉的，而交流勵磁機發(fā)出的電是經旋轉整流器整流后直接供三相交流同步發(fā)電機轉子勵磁繞組。 圖8-6 旋轉半導體勵磁系統(tǒng)簡圖 發(fā)電機的勵磁控 制是由自動電壓調整器AVR中的90A來進行的.關于可控硅勵磁裝置(90A)的系統(tǒng)資料和詳細圖紙,日方沒有提供,讀者可結合日方提供的“配電盤使用說明書(1/45下冊)”P27-P62的說明及有國內教科書去學習體會。(3)半導體無刷勵磁系統(tǒng)的特點: a.由于無碳刷和滑環(huán),維護工作量大為減少,且沒有接觸部分的磨損,也沒有碳粉銅末引起的污染,電機的絕緣壽命較長。 b.發(fā)電機勵

6、磁由勵磁機獨立供電，供電可靠性高。并且由于無碳刷，整個勵磁系統(tǒng)可靠性更高。 c.發(fā)電機勵磁電流是靠調節(jié)交流勵磁機的磁場來實現(xiàn)的，因此,勵磁系統(tǒng)的響應速度較慢；但是，如果采取其他一些措施，還是能夠克服這一缺點的。 d.發(fā)電機的轉子及勵磁電路都是隨軸旋轉的，因此，轉子回路不能直接接入滅磁開關，無法實現(xiàn)直接滅磁，也無法實現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)進行常規(guī)檢測，如轉子電流、電壓、絕緣等，必須采用其他的特殊的方法進行。（1） 同步發(fā)電機的滅磁： 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，除具有勵磁、自動調節(jié)勵磁、強行勵磁裝置外，還應有滅磁裝置，這是保護發(fā)電機不可缺少的元件。 自動滅磁裝置的作用是：當發(fā)電機內部故障或機端和出口斷路器之間發(fā)

7、生短路時，由于故障點在在發(fā)電機剩余電動勢的作用下不能消除,故要自動滅磁裝置動作,迅速將勵磁磁場降低到接近于零,以相應降低發(fā)電機的電動勢,減小故障造成的損失程度。 發(fā)電機磁場降低過程中所需要的時間稱無滅磁時間.當滅磁時間愈短，故障引起的損失也愈小。 滅磁的方法有多種，有用恒值滅磁電阻滅磁，有用非線性電阻滅磁，有用滅弧柵滅磁，有用可控硅逆變滅磁等。 在可控硅整流電路中，如果改變其控制角，就可以調節(jié)輸出直流平均電壓Uz的值。當90°180°時，Uz為負值。如果在發(fā)電機勵磁繞組上突然加上一個恒定電壓，也就能達到快速滅磁的目的。準確地說，可控硅的控制角應在150°-155&

8、#176;時，可控硅逆變成功。 在可控硅逆變滅磁過程中，原來由交流電能通過整流系統(tǒng)向發(fā)電機勵磁繞組提供直流電能轉變?yōu)橛少A藏在勵磁繞組中磁能經可控硅反送到交流側。這種利用逆變工作狀態(tài)達到滅磁的方法，既簡單又經濟，常為利用可控硅整流勵磁系統(tǒng)滅磁所使用。3.發(fā)電機的強行勵磁與滅磁： （1）發(fā)電機的強行勵磁當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如短路故障時，系統(tǒng)母線電壓極度降低，有關發(fā)電機的端電壓也會急劇下降。這說明系統(tǒng)無功缺額很大。為了使系統(tǒng)迅速恢復正常，這就要求有關發(fā)電機轉子的磁場迅速增強，就是需要向發(fā)電機轉子回路送出較正常額定值多的勵磁電流，以向系統(tǒng)輸送盡可能多的無功功率，以利于系統(tǒng)的安全運行。發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)的這種

9、功能，稱之為強行勵磁。（2）轉子回路的滅磁：發(fā)電機與母線解列時，應自動地使轉子回路的電流很快地降為零。如果發(fā)電機內部發(fā)生短路故障時，即使把發(fā)電機從母線上斷開，短路電流依然存在，使故障造成的損失繼續(xù)擴大，只有將轉子回路的電流降至為零，使發(fā)電機的感應電勢盡快減至最小，才能使故障損害限制在最小范圍內。這種轉子回路電流降至為零的過程，稱之為發(fā)電機的滅磁。發(fā)電機磁場降低過程中所需要的時間稱為滅磁時間。當滅磁時間越短，則故障引起的損失也愈小。發(fā)電機的滅磁方法有：用恒值滅磁電阻滅磁；用非線性電阻滅磁； 用滅弧柵滅磁；利用晶閘管逆變滅磁。有關滅磁方法的原理本文不再進行敘述。第九章 發(fā)電機的并列第一節(jié) 發(fā)電機的

10、并列操作一、并列操作的意義1 并列操作：我們從電工原理中知道，任何瞬時電壓可以由下面的解析式來表示： uUmsin（t） 式中： Um-電壓幅值，也稱作極大值； -電壓的角頻率； -初相位 Um 、 、稱為交流電的三要素。這三個重要參數(shù)常被指定為運行母線電壓的狀態(tài)量。電壓常用復數(shù)表示，即U，表示復電壓。 當一臺發(fā)電機未并入系統(tǒng)之前，其電壓UG與要并列的母線電壓UX的狀態(tài)量往往是不相等的，這就要對機組進行適當?shù)牟僮?，使之符合并列條件后，再允許斷路器合閘，將發(fā)電機并入電網運行。這一系列操作稱之為并列操作。2 并列操作遵循的原則：同步發(fā)電機并列操作應遵循以下二項原則：（1） 并列斷路器合閘時，沖擊電

11、流應盡可能小，其瞬時值不超過12 倍發(fā)電機的額定電流。 （2）發(fā)電機并入電網后，應能迅速進入同步運行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對系統(tǒng)的擾動。3 同步發(fā)電機并列的理想條件：（1） UGUX 電壓幅值相等。UG-發(fā)電機電壓幅值；UX電網電壓幅值；（2） GX 或 fGfX 頻率相等。（3） 0 相角差為零。在這三個狀態(tài)參數(shù)下，并列的合閘沖擊電流等于零；且并列后，發(fā)電機與電網立即進入同步運行，不發(fā)生任何擾動。如果氣輪發(fā)電機的調速器和發(fā)電機的電壓調整器能按上述三個理想條件進行調節(jié)，實現(xiàn)理想并列操作，則極大簡化并列過程。在以往一些發(fā)電廠里，發(fā)電機進行手動準同期并列，很難同時滿足這三個理想并列條件，隨著

12、技術進步和微機在電力行業(yè)的應用，如今幾乎所有的發(fā)電廠的發(fā)電機同期并列，基本上都能調整到滿足這三個理想條件。二、非同期并列所造成的不良后果實際運行中，待并發(fā)電機的調節(jié)系統(tǒng)并不是按照前述三個理想條件進行調節(jié)的，因為三個條件很難同時滿足，實際操作中也沒有這樣苛求的必要，特別是在那些控制系統(tǒng)比較陳舊的老廠。只要并列時合閘沖擊電流盡可能地小，不危及設備安全，對電網影響較小，合閘后發(fā)電機能被迅速拉入同步即可。 但是，如果嚴重偏離前述三個理想條件，就會形成發(fā)電機與電網非同期并列，這是電廠最嚴重的事故之一，也是對發(fā)電機最危險的一種沖擊，使得發(fā)電機在并列中產生嚴重的不良后果。 我們分別以三種情況來進行分析：1

13、電壓幅值差：如果在并列操作時，fGfX UGUX =0則合閘沖擊電流有效值主要為無功電流分量，最大瞬時值為 Ihm1.82Ih 。沖擊電流有效值為： Ihm=（UGUX）/（Xd+Xx）式中：UG-發(fā)電機電壓有效值，UX-電網電壓有效值； Xd-發(fā)電機直軸次暫態(tài)電抗； Xx-電力系統(tǒng)等值電抗。由此可見，沖擊電流的最大值是有效值的2.45倍以上，沖擊電流主要為無功分量，它產生的電動力對發(fā)電機的繞組產生影響，特別是發(fā)電機端部的繞組，因為在電機槽中的繞組有依托，而端部繞組無依托，機械強度最薄弱，所以要特別注意對它造成的危害。2 合閘相角差：如果在并列操作時，UGUX fgfx 0 2Eq 這時的沖擊

14、電流有效值為： Ih-sin- XqXx 2式中： Xq-發(fā)電機交軸次暫態(tài)電抗 Eq-發(fā)電機交軸次暫態(tài)電勢 Xx -電力系統(tǒng)等值電抗當相角差較小時，這種沖擊電流主要為有功電流分量，說明合閘后發(fā)電機與電網間立即交換有功功率；當相位差達到120°時，因并列而產生的沖擊電流和電磁轉矩最大，并且還會出現(xiàn)較大的單向轉矩，而單向轉矩比交變轉矩會產生更嚴重的機械應力，從而使轉軸受到突然沖擊，甚至造成發(fā)電機彎軸的嚴重后果。這對通常認為，電壓的相角差不超過10°是比較滿意的。3頻率差：設待并發(fā)電機UG與電網電壓UX相等，即 UGUX, fGfX 或GX如圖11-1的向量圖所示：這時斷路器DL

15、兩側間的電壓差us為脈動電壓，對us的描述用下式：us = UGSinGt+1UX SinXt+2 +j設初相位1=2=0，則GX G +Xus = 2UGSint（-t ）Cos（- t） 2 2 Us GX UX現(xiàn)令 Us= 2UGSint（-t ） 2 UGUGSin（GX）t/2為脈動電壓幅值，則 +iG+X us=US Cos（-t ） 圖11-1 脈動電壓向量圖 2 由此可見，us的波形可以看成幅值為Us，頻率接近于工頻交流電壓波形。又s=GX為滑差角頻率，所以，所示向量圖兩電壓間的相角差為：e = s t于是，Us=2UGSine/2 = 2UxSine/2由此可見，us為正弦脈

16、動波，其最大幅值為2UG或2Ux，所以Us又稱脈動電壓。這時斷路器兩側間電壓差us為一脈動電壓。如向量圖分析：可以設想，系統(tǒng)電壓UX固定，而待并發(fā)電機的電壓UG以滑差角頻率S對UX轉動。當e從0到時，us的幅值從0變到最大值2UG；當e從到2時，us的幅值又從最大值2UG變到0，轉動一圈的時間為脈動周期Ts。又s=2fs，故脈動周期Ts=1/fs=/s式中fe為額定頻率。脈動電壓周期Ts、滑差頻率fs和滑差角頻率s都可以用來表示待并發(fā)電機的頻率與電網頻率的相差程度。相角差e是時間的函數(shù)，所以并列合閘相角差e與發(fā)出合閘信號的時間有關。如果發(fā)出合閘信號的時間恰當，就有可能在兩電壓重合事合閘，這時的

17、沖擊電流等于零。還需指出，如果頻率差較大，即使合閘時相角差e很小，滿足并列要求，但這時并入電網的發(fā)電機需要經歷一個很常的暫態(tài)過程才能進入同步運行狀態(tài)，嚴重時甚至失去同步，這也是不允許的。第二節(jié) 發(fā)電機的同期并列一、自同期并列：自同期并列操作是指將一臺未加勵磁的發(fā)電機組升速到接近電網頻率，滑差頻率s不超過允許值，而且機組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上并列斷路器，接著合上勵磁開關，給轉子加上勵磁電流，在發(fā)電機的電勢逐漸增長過程中，由系統(tǒng)將發(fā)電機拉入同步。 發(fā)電機以自同期的方式投入電網時，未加勵磁的發(fā)電機在投入電網的瞬間，相當于電網經發(fā)電機次暫態(tài)電抗Xd短路，因而不可避免地要引起沖擊電流。

18、該沖擊電流主要取決于系統(tǒng)情況，即決定于Ux和Xx。自同期時，發(fā)電機的端電壓UG與沖擊電流成正比。 發(fā)電機的母線電壓瞬時下降，將影響其他用電設備的正常工作，因此，自同期的并列的方式現(xiàn)已很少采用。二、準同期并列的條件： 同期并列要求在合閘前調節(jié)待并發(fā)電機，使其同時滿足以下三個條件：（1）頻率條件：使待并發(fā)電機的頻率接近系統(tǒng)頻率，一般不超過0.20.5；（2）電壓條件：使待并發(fā)電機的電壓接近系統(tǒng)電壓，一般不超過510；（3）相角條件：當上述兩個條件已被調節(jié)得符合要求時，就應在并列斷路器兩側電壓間的相角重合前，稍提早一些時間給斷路器發(fā)出合閘脈沖，以便斷路器在合閘的瞬間，兩側電壓相角差恰好趨于零，這時的

19、沖擊電流最小。通常相角差不宜超過10°。由于準同期并列能通過調節(jié)待并發(fā)電機的電壓、頻率和相角，使得上述三個條件同時獲得滿足，所以合閘后沖擊電流很小，發(fā)電機能馬上被拉入同步，對系統(tǒng)幾乎不發(fā)生擾動。因此，在正常情況下，一般都是采用準同期并列操作。3、準同期并列的類型：（1）手動準同期：發(fā)電機的電壓、頻率的調整及合閘操作都是由運行人員以手動進行，只有在控制回路中裝設非同期合閘閉鎖裝置，以防止由于運行人員誤發(fā)合閘脈沖所造成的非同期合閘。（2）半自動準同期：發(fā)電機的電壓、頻率的調整工作由手動進行，同期裝置能自動檢測同期條件，并在適當?shù)臅r機發(fā)出合閘脈沖。（3）自動準同期：同期裝置能自動對頻率進行

20、調整，至于電壓調整，有些設有自動調整裝置，由它來進行調整；有些則沒有設專門的電壓平衡環(huán)節(jié)，需要靠發(fā)電機的自動電壓調整器或由運行人員手動調整。當同期條件滿足后，自動同期裝置能選擇適當?shù)臅r機，自動地發(fā)出合閘脈沖。三、準同期并列的基本原理：前面已經敘述了準同期并列的三種方法，現(xiàn)在就來研究準同期并列的基本原理。假設同期斷路器的兩側電壓分別為UG和UX并列斷路器DL主觸頭閉合的瞬間所出現(xiàn)的沖擊電流值以及進入同步運行的暫態(tài)過程，取決于合閘時的脈動電壓Us，滑差角頻率S，因此，準同期并列主要對脈動電壓Us、滑差角頻率S進行檢測和控制，并選擇合適的時間發(fā)出合閘信號，使合閘的瞬間Us值在允許值內。檢測的信息來自

21、斷路器DL兩側的電壓，而且主要是對Us進行檢測并提取信息。那么，Us就是我們要掌握的一個重要的參數(shù)，現(xiàn)在就對其變化規(guī)律進行分析。1、脈動電壓為了便于分析問題，我們先假設待并發(fā)電機電壓為UG，母線側即電網電壓為UX且兩電壓的幅值相等，而G與X不等，根據(jù)前面的向量圖可知，上述兩向量是作相對運動的。令兩電壓向量重合瞬間作起點，這時Us的表達式由前面推導的公式為：G+X us = US Cos- t 2 G Us=2UXSin - t2 脈動電壓Us的變化如下圖11-2所示，為正弦脈動波形，其最大幅值為2UX，脈動周期與s關系為Ts=1/fs=2/sUss1 s2 0 Ts1 Ts2 t UG=UX時

22、Us的波形圖11-2 越前相角原理圖如果并列斷路器DL兩側電壓的幅值不相等，我們可以由上面所畫的向量圖，用三角公式可以求得Us的值為：Us=UG2+UX2 2 UG UX CosGt當Gt=0 Us= UGUX為兩電壓的幅值差當Gt= Us= UG + UX為兩電壓的幅值和當兩電壓幅值不等事，脈動電壓的波形圖如下圖所示Us s1 s2 UG + UX UGUX 0 Ts1 Ts2 t圖11-3 UGUX時Us的波形上述兩波形圖表明，在Us的脈動波形中載有同期并列所需檢測的信息，即電壓幅值差、頻率差以及相角差隨時間的變化規(guī)律，因而可以用它們?yōu)樽詣硬⒘醒b置提供并列條件的信息以及選擇合適的合閘信號發(fā)

23、出的時間。1、 電壓幅值差電壓幅值差UGUX對應于脈動電壓Us波形的最小幅值，由UG=UX的波形圖可以得出：Us min =UGUX，通過對Us min的測量，就可以判斷UG和UX間的電壓幅值是否超出允許值。、頻率差UG和UX間的頻率差，就是脈動電壓Us的頻率fs，它與滑差角頻率s的關系為：s =2fs可見反映了頻率差的大小。由于Ts=1/fs = 2/s，要求s小于某一允許值，就相當于要求脈動電壓周期Ts大于某一給定值。例如：設滑差角頻率sy規(guī)定為0.2%，即sy0.2×2fe/100 0.2（rad/s）對應脈動電壓周期Ts值為：Ts2/sy =10（s）所以，Us的脈動電壓周期

24、Ts大于10秒，才能滿足sy小于0.2%的要求。這就是說，測量Ts的值可以檢測待并發(fā)電機組與電網間的滑差角頻率的大小，即頻率差大小。2、 合閘相角差的控制前面已經強調過，最理想的合閘瞬間是在UG與UX兩向量重合的瞬間?？紤]到斷路器的操作機構和合閘回路固有的動作時間，必須在兩向量重合之前發(fā)出合閘信號，即取一提前量。Us隨相角差e的變化規(guī)律為發(fā)出合閘信號提前量計算提供了依據(jù)。目前準同期并列裝置采用的提前量有越前相角和越前時間兩種。UG與UX兩向量重合之前恒定角度YJ發(fā)出合閘信號的，稱為恒定越前相角準同期并列裝置。在UG與UX兩向量重合之前恒定時間YJ發(fā)出合閘信號的，稱為恒定越前時間準同期并列裝置。

25、2、自動準同期裝置為了使待并發(fā)電機組滿足并列條件，自動準同期裝置設置了三個單元。1、 頻率差控制單元：它的任務是檢測間UG與UX的滑差角頻率Us，且調節(jié)發(fā)電機的轉速，使發(fā)電機電壓頻率接近電網頻率。2、 電壓控制單元： 它的功能是檢測UG與UX間的電壓差，且調節(jié)發(fā)電機的電壓，使發(fā)電機的電壓UG使它與電網電壓UX間的電壓差值小于規(guī)定的差值，促使并列條件形成。3、 合閘信號控制單元：它的功能是檢查并列條件，當待并機組頻率和電壓都滿足并列條件時，就選擇合適的時間發(fā)出合閘信號，使斷路器DL的主觸頭接通時，相角差e接近于零或控制在允許范圍內。同步發(fā)電機的準同期并列裝置按自動化程度可分為：、半自動準同期并列

26、裝置。這種并列裝置有頻率差和電壓差的檢測功能，沒有調節(jié)功能，只有合閘信號控制單元。并列時待并發(fā)電機的頻率和電壓由運行人員調整和監(jiān)視，當頻率和電壓都滿足條件時，并列裝置就選擇合適的時間發(fā)出合閘信號。它與手動并列的區(qū)別僅僅是合閘信號是由該裝置經判斷后自動發(fā)出，而不是由運行人員手動操作完成。3、 自動準同期并列裝置。該裝置設置了三個控制單元，如下圖。由于發(fā)電機一般都配有自動電壓調整裝置（AVR），因此在有人值班的發(fā)電廠中，發(fā)電機的電壓往往由運行人員直接操作控制，不需要配置電壓差控制單元，從而簡化了并列裝置的結構。 自動準同期裝置可以用下面的簡圖來說明其組成。并列斷路器電源合閘信號控制單元電壓差檢測單

27、元頻率差檢測單元G 增速 減速 升壓 降壓 合閘圖11-4 自動準同期裝置組成3、準同期并列合閘信號控制 在準同期并列操作中，合閘信號控制單元是準同期并列裝置的核心部件，所以準同期并列裝置的原理，也往往是指該控制單元 電壓差允許的原理。其控制原則是當頻率和電壓都滿足并 頻率差允許 合閘信號列條件下，在UG與UX要重合之前發(fā)出合閘信號。 提前量信號形成前量信號兩電壓重合之前的提前量信號、裝置的邏輯結構圖，見圖。按提前量的不同，準同期并列裝置可分為 圖11-5 準同期并列合閘信號控制的邏輯框圖恒定越前相角和恒定越前時間兩種。下面就分別來敘述這兩種裝置的基本原理。1、 恒定越前相角準同期并列該裝置是

28、取某一恒定相角YJ作為提前量信號，即在脈動電壓Us到達e=0之前的YJ相角差時發(fā)出合閘信號。該裝置的原理可用下圖來表示。為了簡單起見，設UG與UX相等且都為額定值。由Us=2UGSinst/2=2UxSinst/2可知，相角差e與Us間存在一定的對應關系。從下面圖中可以看出，設越前相角為YJ，它所對應的Us電壓值為UA，設斷路器的合閘時間為tDL，很顯然當s很小時，主觸頭閉合的瞬間相角差近似接近于YJ值。當s=sYO=/tDL時，并列時的合閘相位差等于零。sYO稱為最佳滑差角頻率。 s1 s2 s3 tDL tDL tDL 圖11-6 越前相角原理圖當ssYO時，合閘相位差又將增大。與越前相角

29、對應的越前時間，隨滑差角頻率s而變，由于斷路器的合閘時間tDL近乎恒定，因而合閘時間相角差與s有關。為了使合閘沖擊電流值不超過允許值，滑差角頻率的允許值就必須限制在某一范圍內。此值可以根據(jù)發(fā)電機的參數(shù)計算求得。恒定越前時間準同期并列恒定越前時間準同期并列采用的提前量為恒定時間信號，即在脈動電壓Us到達兩電壓向量重合（e=0）之前的tYJ時發(fā)出合閘信號。一般取tYJ等于斷路器的合閘時間tDL，因此，采用的提前量為恒定時間并列裝置，理論上講可以使合閘相角差e=0。 在e=0之前的恒定時間發(fā)出合閘信號，它對應的越前相角YJ的值是隨s而變化的，其變化規(guī)律如下圖。 Uss1 s2 s3 tDL tDL

30、tDL t s1s2s3圖11-7 越前相角原理圖由于YJ=s×tYJ，當tYJ為定值時，發(fā)出合閘脈沖的越前相角與s成正比。從理論上講，按恒定越前時間原理工作的自動并列裝置，可以使合閘相角差e=0，但實際上由于裝置越前信號、出口繼電器的動作時間及斷路器合閘時間tDL存在著分散性和其他預見不到的原因，因而并列時難免具有合閘相角誤差，這就使并列的允許滑差角頻率sY受到限制。4、恒定越前時間準同期并列裝置的整定計算 恒定越前時間需要整定的參數(shù)如下：、越前時間tYJ通常令 tYJ = te +tDL式中： te -自動裝置合閘信號輸出回路的動作時間 tDL-并列斷路器的合閘時間tYJ主要決定

31、于tDL，其值隨斷路器的類型而不同。所以裝置中的tYJ應便于整定，以適應不同短路器的需要。2、 允許電壓差 UG與UX間的允許電壓差值一般為（0.10.15）Ue。3、 允許滑差角頻率由于裝置輸出回路和斷路器合閘動作時間都存在著誤差，因此就造成合閘相角誤差e，在時間誤差一定的條件下，e與s成正比。設ey為發(fā)電機組的允許合閘相角，由下式可以求得最大允許滑差角頻率ey為eysy=-tc+tDL式中：tc、tDL-自動并列裝置、斷路器的動作時誤差間。ey決定于發(fā)電機的最大允許沖擊電流Ihm，當給定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將求得的ey代入 sy =- 即可求得sy。tc+tDL允許滑差角頻率sy求出后，根據(jù)Ts=2/sy，又可求得脈動電壓周期Ts。第三節(jié) 寧國水泥廠1#發(fā)電機組的準同期并列裝置 寧國水泥廠1#余熱發(fā)電機組的準同期并列裝置有兩套，一套為半自動準同期并列裝置，日本代號為25CH；一套為全自動準同期并列裝置，日本代號為15，60，25。下面根據(jù)自己的理解和學習體會，分別介紹這兩種裝置。一、簡易同步工況點檢測裝置（25CH）：在前面的討論中，主要分析了并列斷路器兩側的電壓差即脈動電壓Us的性能，闡明了在脈動電壓Us中載有電壓差、

33、頻率差的信息，在一定條件下反映e的變化規(guī)律，可以為自動同期并列裝置的檢測和控制提供所需的信息。日方提供的簡易同步工況點檢測裝置（25CH見附圖），正是運用電壓差、頻率差的載體Us來進行電壓差、頻率差檢測的，以電平檢測器Q3來反映檢測結果。25CH中有電壓差檢測電路、頻率差檢測電路、±15V穩(wěn)壓電路、與門電路和繼電器動作電路。下面分別來討論。電壓差檢測電路 從線路圖中可以看出，由發(fā)電機的電壓互感器T1及母線側電壓互感器T2的二次側，分別各引一路電源，并分別經二極管D8、D9整流，C8、C7濾波成VG、VB兩種電壓，接至全波整流器的兩臂上。由于輸入電路的相位是相反的，所以，當VGVB時，

34、VGVB0，輸出為兩路電流的疊加，輸出為正電壓，C9充電建立起電壓，與分壓電阻R28，R17上的設定負電壓進行比較，Q3的負端為正電壓，Q3翻轉，其輸出端為負。當VGVB時，VGVB0，這時整流橋的輸出端無電流輸出，C9放電。實際上，當VGVB小于VRE的設定電壓絕對值時，Q3的負端為負，Q3翻轉，其輸出端為正。其時發(fā)光二極管Ex亮燈，表示電壓差在允許值范圍內；由于Q3翻轉，經二極管D13的箝位作用，滿足與門導通的一個條件，即電壓差滿足條件。頻率差檢測電路 由發(fā)電機的電壓互感器T1及母線側電壓互感器T2的二次側，分別各引一路電源，相位相差180°，經穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后，接入全波整流橋的

35、兩臂。前面我們已說過，當頻率差s增大時，其周期Ts變短；當頻率差s減小時，其周期Ts變長；VG和VB經整流后，D6有輸出。當Us增大，即當s增大時，D6輸出為正電壓，對C13充電；當Us減小，即當s減小時，C13開始放電。由于頻率差s增大，周期Ts變短，C13來不及完全放電又要充電；當頻率差s減小到非常小的一定值時，其周期Ts增大到一定值，C13開始完全放電。當s很大時，Q3的負端“6”為正電壓，其輸出為負；當s非常小時，Q3的負端“6”電壓在下降，當小于設定電壓VRF時，Q3的負端“6”為負，電平檢測器Q3的輸出端為正，且指示燈Fx亮燈，表示頻率差滿足條件，經二級管D12箝位作用，又滿足與門

36、另一個導通條件，三極管Q4基極為正電壓，Q4導通，25Ry線圈吸合，表明電壓差、頻率差同時滿足同期條件。發(fā)電機與母線間的相角差是通過安裝在發(fā)電機控制盤上的同期表來指示的。實際上當電壓差、頻率差非常小的時候，發(fā)電機與母線間的電壓向量差基本重合，也就是說相位角差值很小，只要在允許值范圍內，就可以進行同期合閘，將發(fā)電機并入電網運行，即使有一點不同步，電網很快會將發(fā)電機拉入同步。需要指出的是，寧國水泥廠的這套同步工況點檢測裝置25CH，僅僅是半自動同期裝置，它不具有電壓差、頻率差的調節(jié)功能，在運用25CH進行同期并列時，“同期并列選擇開關43-25G”應打到“就地手動（MANU）”的位置，需要進行操作

37、“電壓調整開關7-90G”和“速度調整開關7-65G”，使發(fā)電機的電壓及頻率與母線電壓一至，待發(fā)電機控制盤上的同期表SY的指針豎直向上時，才可合3-52G開關，將發(fā)電機并入電網運行。二、自動同期合閘裝置（15，60，25） 自動同期合閘裝置是同步發(fā)電機與電網并列時使用的一種全自動裝置。寧國水泥廠1#的余熱發(fā)電使用的是日本產ASY-100型數(shù)字式恒定越前時間自動同步合閘裝置。這種裝置的一個重要特點，就是要找出某一恒定越前時間，作為合閘的重要條件，并不斷檢測、頻率差條件是否均已滿足。假如頻率差或電壓差條件任何一種不能滿足，既行閉鎖裝置的操作。這時將會通過均頻鑒別，檢測發(fā)電機轉速快慢，相應發(fā)出減速或

38、升速脈沖，或通過均壓部分，檢測發(fā)電機電壓的高低，相應發(fā)出升壓或減壓脈沖。裝置最終要在發(fā)電機符合并列條件時，于規(guī)定的越前時間發(fā)出合閘脈沖，使同步發(fā)電機與電網并列。、ASY-100型數(shù)字式恒定越前時間自動同步合閘裝置的功能：、平衡電壓功能：發(fā)出控制脈沖（60R，電壓升高信號；60L電壓降低信號），實際上是向AVR發(fā)出指令，令其增加或減小勵磁電流，使發(fā)電機的電壓與電網電壓一致；、同步控制功能：發(fā)出控制脈沖（15R，調速增速信號；15L調速減速信號），實際上是向505發(fā)出指令，令汽輪機轉子加速或減速，使發(fā)電機的頻率與電網頻率一致；、相位差±15°以內接點：當發(fā)電機與電網電壓差V、頻

39、率差f，進入允許范圍內，且相位差又達到±15°以內時，發(fā)出a接點信號，即常開觸點閉合。自動同步合閘時，與25閉合的指令接點串聯(lián)使用。、同步合閘功能：當發(fā)電機與電網電壓差V、頻率差f，進入允許范圍內，估計斷路器的閉合時間，在同步點附近發(fā)出25閉合指令，使斷路器的主觸頭正好在同步點閉合，發(fā)電機與電網并列。在正常情況下，距同步點200ms后，使指令解除，而且10s后，顯示結束（END）。、檢測電壓不平衡功能：當發(fā)電機三相電壓不平衡時，閉合指令停止。、失步報警功能：執(zhí)行25閉合指令，同步點通過后，發(fā)電機與電網相位差出現(xiàn)10°以上時，使25閉合指令停止，400ms后發(fā)出報警

40、接點信號。但是，有運轉控制輸入時，可繼續(xù)進行V、f、±15°以內的接點控制動作，通過關斷電源使報警復位。、ASY-100型數(shù)字式恒定越前時間自動同步合閘裝置的動作原理：、ASY-100型裝置的方框圖：ASY100自動同步合閘裝置動作原理圖見圖56這個圖中包括六個部分電路，它們是同步電路、電壓平衡電路、逆向檢測、CPU電路、25接通指令。其動作原理在下面分別說明圖11-8 同步電路框圖、動作原理說明：.同步電路單穩(wěn)態(tài)電路脈沖電路雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 R A 調節(jié)器減少脈沖電路S B 單穩(wěn)態(tài)電路雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器脈沖電路 T C 調節(jié)器增大 FGfB fGfB脈沖電路RB RG RG

41、 fB ：系統(tǒng)頻率RB RB fG ：發(fā)電機頻率 TG SG TG SG 本電路用于檢測系統(tǒng)（電網系統(tǒng)）一側與發(fā)電機一側的頻率差輸出一個將頻率差控制在一定值以下的脈沖。電壓矢量的相位旋轉方向根據(jù)fG與fB的頻率差而改變。當fGfB時：雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和根據(jù)RG與RB的重合脈沖（A點）設定并輸出點D和E。然后，由于RB與TG重合，因此點G接通，啟動單穩(wěn)態(tài)電路，輸出調節(jié)器增大信號。同時，RB與TG的重合，使雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器復位，調節(jié)器減小信號仍處于斷開狀態(tài)。在此之后，由于RB與SG重合，從而使雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器復位。當fGfB時：雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和根據(jù)RG與RB的重合脈沖（A點）設定并輸出點D和E。

42、然后，由于RB與SG重合，因此點F接通，啟動單穩(wěn)態(tài)電路，輸出調節(jié)器減小信號。同時，RB與SG的重合，使雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器復位，調節(jié)器增大信號仍處于斷開狀態(tài)。在此之后，由于RB與TG重合，從而使雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器復位。調節(jié)器增大或減小的各個信號間隔與頻率差成反比。當頻率差為0.1Hz時,間隔為10秒；當頻率差為1Hz時,間隔為1秒。當頻率差在設定值以內時，f閉鎖解除信號通過CPU輸出，并設定調節(jié)器增·減信號。.電壓平衡電路 本電路應用于檢測發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓之差和控制范圍、以及發(fā)電機電壓的不平衡。三種輸入均進行A/D變換后在CPU中進行如下處理： 當有電壓差時：VGGB設定值：輸出電壓下

43、降信號；VGVB設定值：輸出電壓上升信號；其中，VG發(fā)電機電壓；VB系統(tǒng)電壓。VB設定值VGVB設定值時V閉鎖解除，發(fā)光二極管點亮?？刂品秶篤G80V, 90VVB120V，超出該范圍時，控制停止。 發(fā)電機的不平衡的檢測： VRS×1.2VSTVRS×0.8VRS 超出上述范圍時，控制停止；VRS×1.1VSTVRS×0.9 在上述范圍之內，接通指令為OK。 VST.逆相檢測（發(fā)電機一側） 當發(fā)電機一側為逆相序時，同步電路復位，并向CPU發(fā)出停止控制的指令。.±15°以內信號(*)發(fā)電機一側的VRS與系統(tǒng)一側的VRS之間的相位差在數(shù)

44、字集成電路中構成±15°以內信號，并在月CPU運算、輸出的f閉鎖解除信號和V閉鎖解除信號的AND （邏輯“與”）的條件下輸出±15°接點信號。（*.） 特殊規(guī)格時為±25°、±30°、（±36°）。.CPU電路 系統(tǒng)一側的頻率以及系統(tǒng)一側與發(fā)電機一側的相位差,計算同步工況點及頻率差,輸出f閉鎖解除、V閉鎖解除信號及25接通指令。 寫入的設定值，在時間繼電器電路中，由鍵輸入設定值。.25接通指令檢測系統(tǒng)一側與發(fā)電機一側的電壓差及頻率差在允許范圍以內，預測斷路器的接通時間，在及將到達同步工況點之前，

45、發(fā)出接通指令。第四節(jié) 同步發(fā)電機的調節(jié)同步發(fā)電機與電網同期并列后，由于電網的容量巨大，無論發(fā)電機的有功功率和無功功率怎樣調節(jié)，對電網的電壓和頻率都不產生影響，簡單地說，無窮大電網就是電壓和頻率不變的電網。當然，實際上發(fā)電機與電網并列后的功率變化，總要引起電網的電壓和頻率的波動，只是很微小而已?，F(xiàn)在我們要研究的是，同步發(fā)電機與無窮大電網并列以后，如何輸出有功功率和無功功率，如何調節(jié)這些功率，和可能輸出的功率大小等問題。一、有功功率的調節(jié)： 同步發(fā)電機與無窮大電網同期并列后，當沒有向電網輸送功率時，這時的發(fā)電機的輸入功率P1全部消耗在無載損耗p0上，即，P1 =p0無載損耗中包括二部分，機械損耗和

46、鐵損耗。機械損耗又包括軸承的摩擦、通風及風摩損、電刷與滑環(huán)摩擦損耗（無刷勵磁則不存在電刷與滑環(huán)摩擦損耗）。上述損耗p0除以機械角速度1（1=2n1/60），即得無載力矩M0，它與輸入力矩M1平衡，即 M1= M0=60p0/2n1如果我們要向電網發(fā)出有功功率，那么必須增加發(fā)電機的輸入功率P1，即增加原動機的力矩M1，如像汽輪發(fā)電機，必須加大汽輪機進汽閥門開度，增大進汽量。這時，作用在發(fā)電機轉子上的力矩加大，使得轉子加速，發(fā)電機的轉子會略高于同步轉速。由于EG的角速度G大于UX的角速度X，因此EG的向量逐漸領先，出現(xiàn)輸出電流I，而I與EG的相角小于90°，故向電網發(fā)出一個有功功率，同時

47、對轉子產生一個制動電磁力矩，使轉子的轉速不再升高。當最后達到平衡時，轉子的轉速仍為同步轉速。1、功率平衡關系：Pef=I2efRef P0=Pjx+Ptx PG=mI2r1 P1 Pe P2同步發(fā)電機的功率平衡關系為：輸入功率P1中的一小部分，供給機械損耗Pjx和鐵損耗Ptx，其余大部分轉化為電磁功率，Pe通過定、轉子間的電磁感應傳給定子，定子的電磁功率中，減去定子繞組的銅損耗PG=mi2r1（m為相數(shù)）后，就得到輸出的有功功率P2。另外，還要輸入一個勵磁功率Pef，供給消耗在勵磁繞組上的銅損耗Pef=I2efRef；無刷勵磁是發(fā)電機軸上直接帶著勵磁系統(tǒng)，則勵磁功率Pef，應為勵磁機所消耗的功

48、率，它也由輸入功率P1供給。因此，整個功率平衡關系： P1=P0+Pef+Pe Pe=PG+P22、力矩平衡關系：同步發(fā)電機軸上輸入的機械力矩M1，其中一部分用來克服無再載力矩M0，其余部分與電磁力矩相平衡： M1=M0+M+Me3、電勢與磁勢的平衡關系：我們假定發(fā)電機是隱極同步發(fā)電機式不飽和的，即Xd=Xq=Xc（Xd、Xq分別為發(fā)電機的縱軸同步電抗，橫軸同步電抗，Xc為發(fā)電機的同步電抗。），且假定定子電阻r1很小可以忽略不計，則， PM=P2=mUGIcos=mE0ICOS= mE0UGsin/Xd式中：m為相數(shù)，為功率因數(shù)角，為內功率因數(shù)角，為功率角，E0為轉子主磁通在定子繞組產生的電勢。這時一個非常重要的關系式。當同步發(fā)電機與無窮大電網并列時，只需要調節(jié)發(fā)電機的輸入機械功率，這時的發(fā)電機自己會改變電磁功率的大小，輸出功率也相應改變，達到新的平衡。當我們逐漸增加輸入功率，使電磁功率達到最大值時，仍繼續(xù)加大輸入機械功率，這時電磁功率反而減小，功率不能保持平衡，剩余的功率就會使栓子加速，從而使轉子的轉速大于同步轉速，失去同步，或者叫同步機失去“靜態(tài)穩(wěn)定”。如果在此種情況下不立即減小原動機的輸入功率，則由于輸出功率的減小，剩余功率將使轉子達到很高的轉速，由于離心力很大，將使轉子遭到破壞。另外，由于發(fā)電機的頻率與電網頻