電力系統(tǒng)自動(dòng)化第2講自動(dòng)并列

1、第二講 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列馬 靜Office:J5B309Tel: North China Electric Power University2/542022/8/27第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列 重點(diǎn)講解發(fā)電機(jī)同步準(zhǔn)同期并列的自動(dòng)化原理. 這是將同步發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)進(jìn)行并列運(yùn)行以組成電力系統(tǒng)的基本步驟.North China Electric Power University3/542022/8/27第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列一、概述(同步并列和準(zhǔn)同期概念)二、準(zhǔn)同期并列的基本原理三、自動(dòng)并列裝置的工作原理四、微機(jī)并列裝置North China Electric Power Univers

2、ity4/542022/8/27第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列一、概述(同步并列和準(zhǔn)同期概念)同步并列和準(zhǔn)同期的基本概念同步發(fā)電機(jī)并列的基本原則準(zhǔn)同期并列理想條件偏離理想條件三種情況下的后果自同期并列二、準(zhǔn)同期并列的基本原理三、自動(dòng)并列裝置的工作原理四、微機(jī)并列裝置North China Electric Power University5/542022/8/27一、同步并列與準(zhǔn)同期發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)參加并列運(yùn)行的操作稱為“并列操作”。同步發(fā)電機(jī)的并列操作稱為“同期”。以近于同步運(yùn)行條件進(jìn)行的并列操作稱為“準(zhǔn)同期”。發(fā)電廠將一臺(tái)發(fā)電機(jī)組用準(zhǔn)同期方式并入電廠母線。將電力系統(tǒng)的兩部分用準(zhǔn)同期的方式進(jìn)

3、行并列。并列操作North China Electric Power University6/542022/8/27同步發(fā)電機(jī)并列需遵循的基本原則1、并列斷路器合閘時(shí)，沖擊電流應(yīng)盡可能小，其瞬時(shí)最大值一般不超過(guò)1-2倍的額定電流。2、發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，其暫態(tài)過(guò)程要短，以減少對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)。North China Electric Power University7/542022/8/27同步發(fā)電機(jī)的并列方法同步發(fā)電機(jī)的并列方法準(zhǔn) 同 期 并 列自 同 期 并 列在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，一般采用準(zhǔn)同期并列方法將發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行。只有當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，為了迅速投

4、入水輪發(fā)電機(jī)組，過(guò)去曾采用自同期并列方法。由于微機(jī)型數(shù)字式自動(dòng)并列方法已經(jīng)趨于成熟，現(xiàn)在也用準(zhǔn)同期并列方法投運(yùn)水輪發(fā)電機(jī)組。North China Electric Power University8/542022/8/27同步發(fā)電機(jī)并列的理想情況發(fā)電機(jī)端電壓為電網(wǎng)電壓為兩者之間的相量差為當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)一定時(shí)，沖擊電流就取決于合閘瞬間 的值最理想的情況就是 的值為零，此時(shí)，QF合閘沖擊電流為零。圖1-1準(zhǔn)同期并列(a)電路示意；(b)相量圖；(c)等值電路North China Electric Power University9/542022/8/27同步發(fā)電機(jī)并列的理想條件發(fā)電機(jī)并列的理想條件

5、 并列斷路器兩側(cè)電源電壓的三個(gè)狀態(tài)量全部相等?；?、頻率相等2、電壓幅值相等3、相角差為零此時(shí)，合閘沖擊電流為零，并列后發(fā)電機(jī)可以立即與電網(wǎng)同步運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)現(xiàn)象。 實(shí)際上，待并發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)理想條件；在實(shí)際的操作中也沒(méi)有這樣的苛求。只要合閘沖擊電流小，不危及電氣設(shè)備，合閘后機(jī)組迅速進(jìn)入同步運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)影響小，不致于引起任何不良后果即可。North China Electric Power University10/542022/8/27實(shí)際并列條件之一電壓幅值差并列時(shí)的電氣狀態(tài)：可以計(jì)算得到?jīng)_擊電流最大瞬時(shí)值：沖擊電流主要為無(wú)功電流分量。發(fā)電機(jī)電壓、電網(wǎng)電壓的有效值發(fā)電機(jī)直軸次

6、暫態(tài)電抗North China Electric Power University11/542022/8/27實(shí)際并列條件之一電壓幅值差沖擊電流的電動(dòng)力對(duì)發(fā)電機(jī)組的繞組產(chǎn)生影響，而定子繞組端部機(jī)械強(qiáng)度最弱，需特別注意對(duì)其造成的危害。并列操作是正常操作，沖擊電流最大瞬時(shí)值限制在1-2倍的額定電流以下。為了保證機(jī)組的安全，我國(guó)規(guī)定電壓差并列沖擊電流不允許超過(guò)機(jī)端短路電流的1/201/10。據(jù)此，得到同期并列的一個(gè)條件：電壓差Us不能超過(guò)額定電壓的5%10%.現(xiàn)在的一些大型發(fā)電機(jī)組規(guī)定電壓差不超過(guò)0.1%,以盡量避免無(wú)功沖擊電流North China Electric Power Universit

7、y12/542022/8/27實(shí)際并列條件之二合閘相角差并列時(shí)的電氣狀態(tài)：計(jì)算得到?jīng)_擊電流最大瞬時(shí)值：電網(wǎng)電壓的有效值發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗沖擊電流主要為有功電流分量。North China Electric Power University13/542022/8/27實(shí)際并列條件之二合閘相角差在有相角差的情況下合閘后，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間立刻進(jìn)行有功功率的交換，使得發(fā)電機(jī)組的聯(lián)軸受到?jīng)_擊，這對(duì)于發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)均產(chǎn)生不利影響，為了保證機(jī)組安全，一般將有功沖擊電流限制在較小的范圍內(nèi)。例如：一般規(guī)定，汽輪發(fā)電機(jī)組不允許因相角差產(chǎn)生的沖擊電流值為發(fā)電機(jī)空載時(shí)突然發(fā)生機(jī)端短路的沖擊電流值的1/10可以得到最大

8、允許并列誤差角：North China Electric Power University14/542022/8/27實(shí)際并列條件之三頻率差并列時(shí)的電氣狀態(tài)：斷路器QF兩側(cè)的電壓差為脈動(dòng)電壓：脈動(dòng)電壓的幅值North China Electric Power University15/542022/8/27實(shí)際并列條件之三頻率差 是幅值為 ,頻率接近工頻的交流電壓波形。脈動(dòng)電壓周期 、滑差頻率 、滑差角頻率 都可以用于表示待并發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)之間或兩并列電網(wǎng)頻率之間的相差程度。North China Electric Power University16/542022/8/27實(shí)際并列條件之

9、三頻率差若并列時(shí)頻率差較大，即使合閘相角差很小，滿足要求，也需要發(fā)電機(jī)經(jīng)歷一段時(shí)間的加速或者減速過(guò)程，才能實(shí)現(xiàn)同步。加速或減速力矩會(huì)對(duì)機(jī)組造成沖擊，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致失步。我國(guó)在發(fā)電廠進(jìn)行人工手動(dòng)并列操作時(shí)，一般限制滑差周期在10S16S之間。North China Electric Power University17/542022/8/27同步發(fā)電機(jī)并列的同步過(guò)程分析發(fā)電機(jī)發(fā)出功率發(fā)電機(jī)吸收功率并列的同步過(guò)程分析North China Electric Power University18/542022/8/27自同期并列自同期并列就是將一臺(tái)未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)組升速到接近于電網(wǎng)頻率，滑差角

10、頻率不超過(guò)允許值，而且，在機(jī)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QF,接著立刻合上勵(lì)磁開關(guān)，給轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流，在發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)逐漸增長(zhǎng)的過(guò)程中，由電力系統(tǒng)將并列發(fā)電機(jī)拉入同步狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：控制操作非常簡(jiǎn)單，不需要選擇合閘時(shí)刻。 在電力系統(tǒng)發(fā)生故障、頻率波動(dòng)較大的情況下，應(yīng)用自同期并列可以迅速把備用的水輪機(jī)組投入電網(wǎng)，因此，曾作為系統(tǒng)事故的重要措施之一。North China Electric Power University19/542022/8/27自同期并列的缺點(diǎn)1、自同期并列方式不能用于兩個(gè)系統(tǒng)間的操作。2、發(fā)電機(jī)以自同期方式投入電網(wǎng)。在投入瞬間，未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)接入電

11、網(wǎng)，相當(dāng)于電網(wǎng)經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗形成短路，因而不可避免出現(xiàn)較大的沖擊電流。3、發(fā)電機(jī)母線電壓瞬時(shí)下降對(duì)其他用電設(shè)備的正常工作產(chǎn)生影響，自同期并列方法也受到限制。自同期并列方法現(xiàn)在已經(jīng)很少采用。North China Electric Power University20/542022/8/27第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列一、概述(同步并列和準(zhǔn)同期概念)二、準(zhǔn)同期并列的基本原理脈動(dòng)電壓、滑差電壓恒定越前時(shí)間、恒定越前相角恒定越前時(shí)間并列裝置的整定計(jì)算例子三、自動(dòng)并列裝置的工作原理四、微機(jī)并列裝置North China Electric Power University21/542022/8/2

12、7二、準(zhǔn)同期并列的基本原理并列斷路器QF主觸頭閉合瞬間所出現(xiàn)的沖擊電流值以及進(jìn)入同步運(yùn)行的暫態(tài)過(guò)程，取決于合閘時(shí)的脈動(dòng)電壓和滑差角頻率。準(zhǔn)同期并列主要對(duì)脈動(dòng)電壓和滑差角頻率進(jìn)行檢測(cè)和控制，并且選擇合適的時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)，使得合閘瞬間的脈動(dòng)電壓在于允許值之內(nèi)。檢測(cè)的信息主要取自并列斷路器QF兩側(cè)的電壓，而且主要是對(duì)脈動(dòng)電壓 進(jìn)行檢測(cè)并提取信息。North China Electric Power University22/542022/8/271 脈動(dòng)電壓 QF兩側(cè)電壓相量幅值相等（1）QF兩側(cè)電壓相量幅值相等可以得到脈動(dòng)電壓：North China Electric Power Univers

13、ity23/542022/8/271 脈動(dòng)電壓QF兩側(cè)電壓相量幅值不相等（2）QF兩側(cè)電壓相量幅值不相等應(yīng)用三角函數(shù)可以得到脈動(dòng)電壓：North China Electric Power University24/542022/8/271 脈動(dòng)電壓利用脈動(dòng)電壓檢測(cè)準(zhǔn)同期并列條件（3）利用脈動(dòng)電壓檢測(cè)準(zhǔn)同期并列條件 在脈動(dòng)電壓波形中，載有準(zhǔn)同期并列所需檢測(cè)的信息 電壓幅值差（隨時(shí)間變化的規(guī)律） 頻率差（隨時(shí)間變化的規(guī)律） 相角差（隨時(shí)間變化的規(guī)律） 利用脈動(dòng)電壓可以為自動(dòng)并列裝置提供鑒別并列條件的信息和選擇合適的合閘信號(hào)發(fā)出時(shí)間。North China Electric Power Univer

14、sity25/542022/8/272 脈動(dòng)電壓并列檢測(cè)電壓幅值差1、并列檢測(cè)條件之一電壓幅值差：電壓幅值差 對(duì)應(yīng)于脈動(dòng)電壓 波形的最小幅值通過(guò)對(duì) 的測(cè)量就可以判斷QF兩端電壓幅值差是否超出允許值。為了限制并網(wǎng)合閘時(shí)的沖擊電流，設(shè)定電壓幅值差限制，作為并列條件之一。North China Electric Power University26/542022/8/272 脈動(dòng)電壓并列檢測(cè)頻率差 與 之間的頻率差就是脈動(dòng)電壓 的頻率 ，他與滑差角頻率 存在關(guān)系： 反映了頻率差 的大小，要求 小于允許值，就相當(dāng)于要求脈動(dòng)電壓周期 大于一個(gè)給定值。例如：設(shè)滑差角頻率 測(cè)量 的值可以檢測(cè)出發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)

15、之間滑差角頻率的大小，即頻率差的大小。North China Electric Power University27/542022/8/272 脈動(dòng)電壓并列檢測(cè)合閘相角差最理想的合閘瞬間是在 與 兩相量重合的瞬間。 考慮到斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)和合閘回路控制電器的固有時(shí)間，必須在兩電壓相量重合之前發(fā)出合閘信號(hào)，即需要有一個(gè)提前量，這一段時(shí)間稱為“越前時(shí)間”提前量恒定越前相角恒定越前時(shí)間在兩相量重合之前恒定角度 發(fā)出合閘信號(hào)在兩相量重合之前恒定時(shí)間 發(fā)出合閘信號(hào)廣泛應(yīng)用合閘回路具有固定動(dòng)作時(shí)間North China Electric Power University28/542022/8/272 恒定越

16、前時(shí)間準(zhǔn)同期并列在理論上，按照恒定越前時(shí)間進(jìn)行并列合閘，可以使合閘相角差為零 由于裝置的越前信號(hào)時(shí)間、出口繼電器動(dòng)作時(shí)間、斷路器的合閘時(shí)間都存在分散性，故而并列時(shí)會(huì)有合閘相角誤差。North China Electric Power University29/542022/8/273 恒定越前時(shí)間并列裝置的整定計(jì)算1、越前時(shí)間：2、允許電壓差：3、允許滑差角頻率：最大時(shí)間誤差下，沖擊電流不越界。North China Electric Power University30/542022/8/27 某發(fā)電廠采用自動(dòng)準(zhǔn)同期并列方式與系統(tǒng)進(jìn)行并列，系統(tǒng)的參數(shù)已經(jīng)歸算到以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值。

17、一次系統(tǒng)的參數(shù)為：發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗 為0.125，系統(tǒng)的等值機(jī)組的交軸次暫態(tài)電抗與線路電抗為0.25，斷路器合閘時(shí)間 為0.5s，他的最大可能誤差時(shí)間為 ，自動(dòng)并列裝置最大誤差時(shí)間為0.05s，待并發(fā)電機(jī)允許的沖擊電流為 試計(jì)算允許合閘誤差角 允許滑差角頻率 相應(yīng)的脈動(dòng)電壓周期4 例題North China Electric Power University31/542022/8/27第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列一、概述(同步并列和準(zhǔn)同期概念)二、準(zhǔn)同期并列的基本原理三、自動(dòng)并列裝置的工作原理并列信號(hào)的檢測(cè)：整步電壓、半波和全波線性整步電壓頻率差和電壓差的檢測(cè)并列合閘控制并列裝置的控制邏輯

18、頻率差/電壓差調(diào)整四、微機(jī)并列裝置North China Electric Power University32/542022/8/27三、自動(dòng)并列裝置的工作原理North China Electric Power University33/542022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 1 整步電壓正弦型整步電壓正弦型整步電壓與相角差和電壓差值有關(guān)線性整步電壓North China Electric Power University34/542022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 1 整步電壓射極跟隨器半波線性整步電壓North China Electric Power University35/5

19、42022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 1 整步電壓半波線性整步電壓North China Electric Power University36/542022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 1 整步電壓半波線性整步電壓理想波形只反映發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓間的相角差特性，與電壓幅值無(wú)關(guān)。濾波器時(shí)間常數(shù)影響相移North China Electric Power University37/542022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 1 整步電壓全波線性整步電壓射極跟隨器North China Electric Power University38/542022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 1 整步電壓全波線性整步電壓 比較半波線性整步電壓，全波線性整步電壓多了一倍矩形脈沖，從而可以減少濾波器時(shí)間常數(shù)North China Electric Power University39/542022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 2 相角差(數(shù)字式) 在整步電壓的產(chǎn)生電路中，矩形波的寬度與并列電源波形的相角差相對(duì)應(yīng)。把矩形寬度實(shí)時(shí)記錄，就是相角差的運(yùn)動(dòng)軌跡。North China Electric Power University40/542022/8/271 并列的檢測(cè)信號(hào) 3 頻率差相角差的運(yùn)動(dòng)軌跡中含有滑差角頻率的信息頻率差檢測(cè)可以直接測(cè)量?jī)蓚€(gè)并列電壓頻率頻率