第一章_同步发电机的同步并列教案

1
第一章　发电机的自动并列
第一节　概　述
一、并列操作的意义
电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为
)sin(ϕω+=t U u
m 式中 ——电压幅值
U m ——电压的角速度
ω ——初相角
ϕ 同步发电机组并列时遵循如下的原则：
（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽
的小，其瞬时最大值一般不超过１～２倍的额
定
电流。

（2）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，以减少
对电力系统的扰动。

方法两种: 准同期并列（一般采用）、自同期并列。

二、准同期并列
待并发电机组加励磁电流，其端电压G ，调节G 的状态参数使之符合并
∙U ∙
U 列条件。

图1-1准同期并列
(a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路
x
∙
)
(a x
U ∙
DL
×
E ∙
x
E ∙
x
)
(c
2
1．
设发电机电压G 的角速度为，电网电压x 的角速度为，它们
∙
U ωG ∙
U ωx 间的相量差G —x 为s 。

∙
U ∙
U ∙
U 2．
要求DL 合闸瞬间的s 应尽可能的小，其最大值应使冲击电流不超过
∙
U 允许值。

最理想的情况是s 的值为零。

∙
U 3．
并且希望并列后能顺利进入同步运行状态，对电网无任何扰动。

4．
理想条件为G ，x 的三个状态量全部相等。

∙U ∙U ()⎪⎭
⎪
⎬
⎫
=====，即相角差为零）（即电压幅值相等）（频率相等03,22,2,,)1(e X G X X G G X G U U f f f f δπωπω这时并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后发电机G 与电网立即进入同
步运行，不发生任何扰动现象。

5．三个条件很难同时满足。

（一）电压幅值差
并列时：①频率=；
f G f x ②相角差等于零；
δe ③电压幅值不等：
则冲击电流最大值为：
()
'
'd
s
''d
x G '
'max
h X U .X U U .i 552281=
-=
⋅式中　、——发电机电压、电网电压有效值；
U G U x ——发电机直轴次暂态电抗
X d "
图1-2 准同期条件分析 (a)=0；(b) ≠0
δe δe x
U
)
(b ∙
s
∙
G
∙
3
从图1-2（a ）可见，因为与夹角为90º，所以由电压幅值差max ⋅''h i G
U 产生的冲击电流主要为无功冲击电流。

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，所以须特别注意对它所造成的危害。

由于并列操作为正常运行操
作，冲击电流最大瞬时值限制在1～2倍额定电流以下为宜。

为了保证机组
的安全，我国曾规定压差冲击并列电流不允许超过机端短路电流的二十分
之一到十分之一。

据此，得到准同期并列的一个条件为：电压差不能超
U ∆过额定电压的5～10％。

现在一些巨型发电机组更规定在0.1％以下，即希
望尽量避免无功冲击电流。

（二）合闸相角差
并列合闸时：①发电机频率等于电网频率；
f G f x ②发电机电压幅值等于电网电压幅值；
U G U x ③相角差不为零。

δe 则冲击电流的最大值为
2
2552e
'
'q
x
''max
h sin
X U .i δ⋅=
⋅式中　——系统电压有效值；
x U ——发电机交轴次暂态电抗。

'
'q
X 从图1-2（b ）可见，当相角差较小时，因为与的夹角为0º，max ⋅''h
i G U
所以由电压相角差产生的冲击电流主要为有功冲击电流。

（三）频率不相等
4
1.频差、滑差、滑差周期
频差
：
f s f f f x
G s -=电角速度之差称为滑差角速度，简称滑差，用表
ωs 示：
x
G s ωωω-=很显然，是有正负值的，其方向与所规定的参考
ωs 矢量有关。

图1-3中，以系统电压为参考矢量，于是时，
x U ∙
x G ωω>>0，当时，。

反之，若以为参考矢量，则的方向恰好
ωs x G ωω<0<ωs ∙
G U ωs 相反。

滑差周期为，可见频差，滑差与滑差周期是可以相
s
s s
f T 12==ωπf s ωs s T 互转换的，它们都是描述两电压矢量相对运动快慢的一组数据。

可见频差，滑差和滑差周期都可以用来确定地表示待并发电机
f s ωs T s 与系统之间频率差的大小。

滑差大，则滑差周期短；滑差小，则滑差周期
长。

在有滑差的情况下，将机组投入电网，需要经过一段加速或减速的过
程，才能使机组与系统在频率上“同步”。

加速或减速力矩会对机组造成冲
击。

显然，滑差越大，并列时的冲击就越
大，因而应该严格限制并列时的允许滑差。

我国在发电厂进行正常人工手动并列操作
时，一般取滑差周期在10～16s 之间。

2.频率不相等对待并发电机组暂态过
图1-3 滑差电压原理图
∙
x
U ∙
ωs 图1-4 并列的同步过程分析
o
a
b
ω-s
ωs
δeo
δ
ωso
c
发电机状态
状态
电动机
O
δeb
δ
)
(a )
(b P
5
程的影响
图1-4为待并发电机组进入同步运行的暂态过程示意图。

众所周知，当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的
电压超前电网电压，发电机发出功率，则发电机将制动而减速。

反之，
∙
G U ∙
x U 当落后时，发电机吸收功率，则发电机将加速。

所以交换功率的方向
∙
G U ∙
x U 与相角差的正负有关。

δe 下面定义发电机发出功率为“发电机状态”；发电机吸收功率为“电动
机状态”。

现设原动机的输入功率恒定不变，又大于；令合闸时的相
ωG ωx 角差为 ，此时的滑差角速度为（图中a 点），并为超前情况。

可见合
0e δω0s 闸后发电机处于“发电机状态”而受到制动。

发出功率沿功角特性到达b
点时等于；这时达到最大，由于发电机仍处于“发电机状态”，所
ωG ωx δe 以开始减小，所以也逐渐减小，发电机功率沿特性曲线往回摆动到达
ωG δe 坐标原点时，因小于而使相角差开始变负，交换功率变负，发电机
ωG ωx δe 组处于“电动机状态”又重新加速；交换功率沿特性曲线变动直到等于
ωG 图中的C 点，相角差又往反方向运动。

这样来回摆动由于阻尼等因素
ωx δe 直到进入同步运行时为止。

显然，进入同步状态的暂态过程与合闸时滑差角速度的大小有关。

ω0s 当较小时，到达最大相角b 点时的较小，可以很快进入同步运行。

当
ω0s δeb 较大时，如图1-4所示，则需经历较长时间振荡才能进入同步运行（如
ω0s 果很大，b 点超出，则将导致失步）。

所以滑差大暂态过程长，滑差
ω0s 180 小暂态过程短。

三、自同期并列
自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网
频率，滑差角速度不超过允许值，且机组的加速度小于某一给定值的条
s
件下，首先合上并列断路器DL接着立刻合上励磁开关，给转子加上励
K E
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。

自同期并列最突出优点是控制操作非常简单，限于当时控制技术水平，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，所以曾一度广泛应用于水轮发电机组，作为处
理系统事故的重要措施之一。

自同期并列方式不能用于两个系统间的并列操作。

同时应该看到当发
电机用自同期方式投入电网时，在投入瞬间，未经励磁的发电机接入电网，相当于电网经发电机次暂态电抗短路，因而不可避免地要引起冲击电流。

X d"
当机组一定时，自同期并列的冲击电流主要决定于系统的情况，即决
定于系统电压和系统电抗。

自同期时发电机的端电压值与冲击电U x X x U G
流成正比。

另外，必须指出：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，为此也需受到限制，所以自同期并列方法现已很少采用。

第二节准同期并列的基本原理
在满足并列条件的情况下，采用准同期并列方法将待并发电机组投入
6
7
电网运行，前已述及只要控制得当就可使冲击电流很小且对电网扰动甚微。

因此准同期并列是电力系统运行中的主要并列方式。

设并列断路器DL 两侧电压分别为和；并列断路器DL 主触头闭
∙
G U ∙
x U 合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程，决定于合闸时
的脉动电压和滑差角速度。

因此，准同期并列主要对脉动电压和滑
∙
s U ωs ∙
s U 差角速度进行检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号，使合闸瞬
ωs 间的值在允许值以内。

检测的信息也就取自DL 两侧的电压，而且主要
∙
s U 是对进行检测并提取信息。

现对脉动电压的变化规律进行分析。

∙s U 一、
脉动电压
（一）与两电压幅值相等
∙
G U ∙
x U 为便于分析问题，设待并发电机电压与电网电压的幅值相等，而
∙
G U ∙
x U 与不等，因此与是作相对运动的两个电压相量。

这时断路器DL
ωG ωx ∙
G U ∙
x U 两侧间电压差为
u s ()()
ϕωϕω21sin sin +-+=t U t U u x x G G s 设初始角＝＝０，并应用和差化积公式得：
ϕ1ϕ2 （1-5）⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫
⎝⎛-=t t U u x G x G G s 2cos 2sin 2ωωωω令为脉动电压的幅值，则⎪
⎭
⎫ ⎝
⎛-=t U U x G G s 2
sin 2ωω （1-6）
⎪⎭
⎫
⎝⎛+=t U u x G s s 2cos ωω由（1-6）式可知波形可以看成是幅值为、频率接近于工频的交流
u s U s 电压波形。

8
又，为滑差角速度。

两电压相量间的相角差为
ωωωx G s -=
（1-7）
t s e ωδ=于是
（1-8）
2
22
22
2e
x e
G s s s
sin
U sin
U t
sin
U U δδω===由此可见，为正弦脉动电压，其最大幅值为（或）。

的相
u s U G 2U x 2∙
s U 量图及其瞬时值波形如图1-5（a ）、（b ）所示。

如用相量分析，则可设想系
图1-5 脉动电压
（a ）相量图（b ）波形
ωG
)
t (x 2ϕω+i
+j
+x
U ∙
ωx
s
U ∙
G
U ∙
δe
)
t (G 1ϕω+)
(a U s
π
2t
ωt
ωu s
u x u G
u s
o
o
T s
)
(b
9
统电压固定，而待并发电机的电压以滑差角速度对转动。

当相
∙
x U ∙
G U ωs ∙
x U 角差从０到变动时，的幅值相应地从零变到最大值；当从到
δe π∙
s U U G 2δe π(重合)变动时，的幅值又从最大值回到零。

转动一圈的时间为脉动周
π2∙
s U 期。

T s （二）与两电压幅值不相等
∙G U ∙
x U 如果并列断路器DL 两侧的电压幅值不相等，由图1-1（b ）的相量图；
应用三角公式可求得的值为
U s （1-9）
t U U U U U s G x G x s ωcos 22
2
-+=当时，为两电压幅值差；
0=ωst U U U x G s -=当时，为两电压幅值和。

πω=st U U U x G s +=两电压幅值不等时电压波形如图1-7所示，由于脉动周期只与有
U s T s ωs 关，所以图1-7中的脉动电压周期表达得与图1-6相同。

T s
图1-6 =时的波形
U G U x U s U S
图1-7 与不等时的波形
U G U x U s U S
10
（三）利用脉动电压检测准同期并列的条件
u s 图1-6和图1-7表明在脉动电压的波形中载有准同期并列所需检测的
u s 所有信息——电压幅值差、频率差以及相角差随时间的变化规律。

因而可
以利用它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
出时间。

脉动电压有时也称作滑差电压。

u s 1、电压幅值差
电压幅值差为对应于脉动电压波形的最小幅值，由图1-7得
U U x G -∙
s U x
G min s U U U -=通过对的测量，就可判断与间的电压幅值差是否超出允许值。

min s U ∙
G U ∙
x U 2、频率差
与间的频率差就是脉动电压的频率，它与滑差角速度的
∙G U ∙
x U ∙
s U f s ωs 关系如下式所示：
f s
s πω2=可见反映了频率差的大小。

要求小于某一允许值，就相当于要
ωs f s ωs 求脉动电压周期大于某一个给定值。

T s
11
例如，设滑差角速度的允许值小于0.2％，即
ωsy 100
22.0f e sy πω⨯
≤
（rad/s ）
π2.0≤对应的脉动电压周期的值为
T s s T sy
s 102=≥
ωπ
所以的脉动周期大于10s 才满足小于0.2％的要求。

这就是说测
U s T s ωsy 量的值可以检测待并发电机组与电网间的滑差角速度的大小，即频率
T s ωs 差的大小。

3、合闸相角差的控制
δe 前面已经提及，最理想的合闸瞬间是在与两电压相量重合的瞬间。

∙
G U ∙
x U 考虑到断路器操作机构和合闸回路的固有动作时间，必须在两电压相量重
合之前发出合闸信号，即取一提前量。

这一段时间一般称为“越前时间”，
由于该越前时间只需按断路器的合闸时间（准同期装置的动作时间可忽略）
进行整定，整定值应和滑差及压差无关，故称为“恒定越前时间”。

二、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控制单
元。

图1-8 自动准同期并列装置组成
增速减速
降压
合闸
升压
12
（1）频差控制单元。

它的任务是检测与间的滑差角速度，且∙
G U ∙
x U ωs 调节发电机转速，使发电机电压的频率接近于系统频率。

（2）电压控制单元。

它的功能是检测与间的电压差，且调节发电
∙G U ∙x U 机电压使它与间的电压差值小于规定允许值，促使并列条件的形成。

∙
G U ∙
x U （3）合闸信号控制单元。

检查并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件，合闸控制单元就选择合适的时机，即在相角差等于零的
e δ时刻，提前一个“恒定越前时间”发出合闸信号。

自动准同期装置的组成可用图1-8表示，同步发电机的准同期并列装置按自动化程度分为：
（1）半自动准同期并列装置。

这种并列装置没有频差调节和电压调节
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
人员监视和调整，当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就会在合适
的时刻发出合闸信号。

它与手动并列的区别仅仅是合闸信号由该装置经判
断自动发出，而不是由运行人员手动发出。

13
（2）自动准同期并列装置。

如图1-8所示，其中设置了频率控制单元、
电压控制单元和合闸信号控制单元。

当同步发电机并列时，发电机的频率
或电压都由并列装置自动调节，使它与电网的频率、电压间的差值减小。

当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。

三、准同期并列合闸信号的控制
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原理也往往是指该控制单元的原理。

其控制原则是当
频率和电压满足并列条件的情况下，在
与要重合之前发出合闸信号。

在两
∙G U ∙
x U 电压相量重合之前的信号称为提前量信号，
装置的逻辑结构图如图1-9所示。

1、越前时间t YJ
越前时间采用的提前量为恒定时间信号，
t YJ 即在脉动电压到达两电压相量重合（）
U s 0=δe 之前发出合闸信号，一般取等于断路器的
t YJ t YJ 合闸时间和自动准同期装置的动作时间之
t DL t c 和，因此采用恒定越前时间的并列装置理论上可以使合闸相角差等于零。

δe 通常令
（1-10）
t t t DL c YJ +=式中 ―自动准同期装置的动作时间；
t c
——并列断路器的合闸时间。

t DL 主要决定于，其值随断路器的类型而不同。

所以装置中的
t YJ t DL 图1-9准同期并列合闸信号控制逻辑结构图
频率差允许电压差允许
14
应便于整定，以适应不
t YJ 同断路器的需要。

2、允许滑差角速度在等于零之前的恒定时间发出合闸信号，它对应的越前相角的
δe t YJ δYJ 值是随而变化的，其
ωs 变化规律如图1-10示。

由于，当为定值时，发出合闸脉冲的越前相角与成正比。

t YJ s YJ ωδ=t YJ ωs 即由于
，
ωωω321s s s >>所以
δδδ3
21YJ YJ YJ >>虽然从理论上讲，按恒定越前时间原理工作的自动并列装置可以使合
闸相角差等于零，
δe 但实际上由于装置的越前信号时间、出口继电器的动作时间以及断路器的
合闸时间存在着分散性，因而并列时仍难免具有合闸相角差，这就使并
t DL 图1-10 恒定越前时间原理
15
列时的允许滑差角速度受到限制。

ωsy 设为发电机组的允许合闸相角，由（1-11）可求得最大允许滑差δey ωsy
（1-11）
t t DL
c ey
sy ∆+∆=
δω式中、——自动并列装置、断路器的动作误差时间。

t c ∆t DL ∆决定于发电机的最大冲击电流值，当给定值后，可求得
δey ''max h i ⋅''max h i ⋅
（1-12）
(
))rad (E .X X i arcsin
''q
x
''q ''max h ey 28122⨯+⋅=⋅δ将取得的值代入（1-11）式，即可求得允许滑差。

δey ωsy 例1-1
某发电机采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参
数已归算到以发电机额定容量的标么值。

一次系统的参数为：发电机交轴
次暂态电抗为0.125；系统等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗为
X d "0.25；断路器合闸时间＝0.5s ，它的最大可能误差时间为±20％；自动并
t DL 列装置最大误差时间为±0.05s ；待并发电机允许的冲击电流值为。

Ge ''max h I i 2=
⋅试计算允许合闸误差角、允许滑差角速度，与相应的脉动电压周
δey ωsy 期。

解 （1）允许合闸误差角δey
()
05
.128.1225.0125.012arcsin
2⨯⨯⨯+⨯⨯=δey ＝ （rad ）
199.00992.0arcsin 2=即为。

4.11 （2）允许滑差角速度ωsy
断路器合闸动作误差时间 （s ）
1.02.05.0=⨯=∆t DL
16
自动并列装置的误差时间 （s ）
05.0=∆t c 所以
（rad/s ）33.115
.0199
.0==
ωsy 如果滑差角速度采用标么值表示，则
1042.050
233.122
*-⨯=⨯==
ππωωf e sy
sy （3）脉动电压周期T s
（s ）7.433
.122==
=
π
ωπ
sy
s T 第三节恒定越前时间并列装置
我们知道，脉动电压含有同期
合闸所需要的所有信息：电压幅
值差、频率差和合闸相角差。

但
是，在实际装置中，我们却不能
利用它检测并列条件。

原因是，
它的幅值与发电机电压和系统电压有关。

这就使得利用脉动电压检测并列
条件的越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间
信号时间误差不准，从而成为合闸误差的原因之一。

U X
e
()
a ()
b 图1-11 线性整步电压与相角差的关系
17
一.
线性整步电压
在滑差存在的情况下，
母线电压
与发电机电压之间的相角
差不为
e
δ常数，而是时间的函数（
t ）
，随着的变化，t S e ωδ=t 从到做周期性变化。

e δ0π
2线性整部电压使值器副
职在以周期内与相角差
分段按比例变化的电压，
e δ一般呈三角形波形。

其特
点如下：如图1-11（a ），当在~区间时，线性整步电压与相角
X G e
δδδ
-=0πsL U 差成反比，线性整步电压的大小随的增加而减小；当时线性整步电
e
δe
δ0=e
δ
压为最大值，在~区间时，线性整步电压与相角差成正比，线性
sLm
U π-0sL
U e
δ整步电压的大小随的增加而增加。

如图1-11（b ）。

由此可见，线性整步
e
δ电压与相角差之间是分段的比例关系，而与周期电压和无关。

sL
U e
δG
U
X
U 线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为：
≤≤-e δππ
δ-≤<e 0()
()⎪⎩⎪⎨⎧-=+=e sLm sL e sLm sL
U
U U U δππ
δππ
e u G
u x
u y
u sL
u ()
e (()
π2图1-12 全波线性整步电压
18
式中
——三角波的顶值电压
sLm U 线性整步电压形成电路是由电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波
器和射极跟随器组成。

（1）
整形电路是将和的正弦波换成与主频率和相位相同的一系列G
U
X
U 方波，方波的幅值与、的幅值无关。

如图1-12（a ）、（b ）、（c ）所示。

G U X
U （2）相敏电路是在两个输入信号的电平相同时输出为高电平“1”，两
者不同时则输出为低电平“0”。

如图1-12（d ）所示。

（3）滤波电路和射极跟随器输出。

为了获得线性整步电压与相角差
SL
U 的线性关系，采用滤波器平滑波形，其特性见图
1-12（e ），为了提高
e δLC 整步电压信号的负载能力，采用射极跟随器输出。

二.
恒定越前时间
恒定越前时间部分是由、组成的比例－微分回路和电平检测器构成，
R C 如图1-13所示当整步电压加至比例－微分回路后，在电阻上的输出电压可以利用
L R 2
R U 叠加原理来求出，即为图1-14输出电压与的叠加。

2
R U 2
R U '2
R U ''在图1-14（b ）中由于电容器的容量很小，容抗很大，其作用可以忽
C 略，故
()t U
R R R U S SLm R
ωππ
+⨯+='2122()
0≤≤-t S ωπ在图1-14（c ）中，若，则C R R R R T
S
⋅+>>
2
12
1 C R R R R dt dU C R R R R t
U U SL S SLm R
⋅+⋅=⋅+⨯
⋅=''2
12
121212π
ω()
0≤≤-t S ωπ现讨论在区间，若电
0<<-t S
ω
π平检测器翻转电平为，翻转SLm U R R R 2
12
+
图1-13 恒定越前时间部分
19
时间为，则动作的临界条件为：
YJ
t 即：
SLm R R
R R R U U 2
12
22+=''+'()SLm
S SLm YJ S SLm U R R R C R R R
R U t U R R R 2
12
2
121212+=⋅+⨯⋅++⨯+πωωππ111=++
π
ωπωC
R t S YJ S 0
1=+C R t S YJ S ωωC
R t YJ 1-=
上式表明，电平检测器
反转瞬间的值与无关，而
YJ
t S
ω是仅与及的数值有关的常
1R C 量，右端的负号表示与所取
时间标尺的方向相反，即为
()
c 2R
2R
'2R
''=
+()
a ()
b 图1-14 利用叠加原理求U R2示意图
SL
U
R
t
U U t
图1-16 恒定越前相角电平检测器工作原理图
20
“越前”时间，故为恒定越前时间。

图1-15表示在不同的滑差周期下，
YJ
t 越前时间能够恒定的示意图。

为“比例”部分，为“微分”部分，因
2
R U '2
R U ''而在虚线表示的电平检测器反转瞬间，能够获得恒定的越前时间。

当开
YJ
t 关的合闸时间不同时，可以分别调整与的数值，以获得相应的越前时间，
R C 是并列瞬间相角差为零。

三.
滑差检测
利用比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电平检测器的动作次
序来实现滑差
检查，如图1-16所示。

恒定越前相角电平检测器输入线性整步电压，当
SL
U 输入电压等于或大于整定点平时，电平检测器动作，输出低电平，随着
SLK U 滑差的不断减小，即，恒定越前相角检测器动作时间随之不断加
21
S S T T
<21A A t t 、大。

如果将图中按允许滑差下恒定越前时间的相角差进行整定，
SLK
U SY
ωYJ
t YJ
δ则有如下关系：
A
S YJ SY t t ωω=即：
YJ S
SY
A t t ωω=
当时
SY S
ωω
>YJ
A t t <当时
SY S
ωω
=YJ
A t t =当时
SY S
ωω
<YJ
A t t >
只有当，即恒定越前相角电平检测器先于越前时间动作时，才说
YJ
A
t t >明这时的小于允许滑差的频率，从而作出频率差符合并列条件的判断。

S
ωSY
ω反之，如果信号到来时尚未获得恒定越前相角电平检测器的翻转信号，就
YJ
t 可作出频率差不符合并列条件的判断。

21
四.
电压差检测
由于线性整步电压不载有并列电两侧电压幅值的信息，所以就无法作为电压差的检测。

电压差检测可直接用和的幅值进行比较，两电压分别经变压器、整流G
U
X
U 桥和一个电压平衡电路后检测电压差的绝对值。

当此电压差小于允许值时
发出“电压差合格允许合闸”信号。

五.
合闸信号控制逻辑
并列装置的合闸控制逻辑框图可以表示为图1-17。

它的工作是当并列条
件检测元件测得
的信号均符合允许并列时，即频率差、电压差都在允许范围内，当越前时
间信号测得的瞬间，就发出合闸控制信号；当不符合并列条件时，即频率
YJ
t 差或电压差两个条件中任一条件不符（超出允许值），它就发出闭锁信号，
阻止信号输出，不让发出合闸信号，即不允许并列。

YJ
t 图1-17种频率差检测采用相位比较法。

图中与们是四端输入的负逻辑
2
Y 与门，是合闸控制信号的输出电路。

可见，合闸控制信号是否输出，决定
U U U ∆U ∆
'图1-17 合闸控制逻辑框图
22
于与门条件是否满足。

前已述及，如果频率差或电压差人一跳进不符合，
2
Y 相角差在-π～0区间，与门相应的输入端（，或输入端）即出现
e
δ2
Y S
ω∆U ∆高电平，闭锁合闸控制信号输出。

当频率差、电压差均满足并列条件时，
与门输入端中的记忆元件输出和均为低电平，一旦越前时间信号
2
Y SZ U
U ∆YJ
t 出现低电平时，与门输入端全为低电平，即允许信号通过，输出合闸
YJ
t U 2
Y YJ
t 信号进行并列。

为了防止并列装置投入瞬间与门、输入端电平的随机性可能误发合
1
Y 2
Y 闸信号，从可靠性考虑，加一瞬时高电平，闭锁与门工作，待投入一定
U
U ∆时间后，待并列装置检测元件进入正常工作状态，即解除的闭锁作用，
U
U ∆'也就是正常工作时，恒为低电平，不影响并列装置的工作。

U
U ∆'六.
频差控制
频差控制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。

当频率差值较大时，
发出的调节量相应大些。

当频率差值小时，发出的调节量也就小些，以配
合并列操作的工作。

根据上述要求，频率差控制单元可由频率差方向测量环节和频率调整
执行环节两部分组成。

前者判别和间频率的高低，作为发升速脉冲或G
U
X
U 减速脉冲的依据。

后者按比例调节的要求，调整发电机组的转速。

（一）
滑差方向的检测原理
图1-18（a
）说明当
U G
S ω0
()
a
()
b e
图1-18 滑差方向的检测原理图
23
时，在相角自0º运动到180º的过程中，始终超前；相当0,>>S X G f f ωe
δG
U
X
U 时，在自0º运动到180º的过程中，始终超前，因此，要0,<<S X G f f ωe
δX
U
G
U 判断的方向，只需在自0º运动到180º的过程中的任一时间，看和S
ωe
δG
U
谁超前谁滞后就可以了。

如果此时超前，则，发电机立刻减速；
X U G U X U X
G f f >反之，此时超前，则，发电机立刻增速。

这个原理是通过越前鉴
X
U
G
U X G
f f <别与区间鉴别两个措施来实现的。

所谓越前鉴别就是判定和谁是越前G
U
X
U 电压；所谓区间鉴别就是判定正处在0~π区间。

从图1-18（b ）表示的
e
δ整步电压图形可以看出，的下倾侧就是所要求的鉴别区间，这区间的任
SL
U 一点都可用来进行越前鉴别。

（二）
频差控制框图
1.
区间鉴别
区间鉴别只在时发
50=e δ
一个宽度恒定的脉冲使与门
开放一段时间，发出调
65Y Y 、速脉冲。

其余时间被闭
6
5
Y Y 、锁，不乏调速脉冲，如图1-
19所示。

选择是发调速脉冲是为了与合闸脉冲的发出时间隔开，合
50=e δ
闸脉冲的发出时间是在之前发出的，正好是在的上倾侧。

0=e
δ
SL U 2.
越前鉴别
越前鉴别是判定和谁是越前电压。

越前鉴别的输入信号为和G
U
X
U G
U 的方波。

从图1-20可以看出，在越前相角为0~π区间内，当时，
X U e
δX G
f f
<
系统方波由高平变为低电平时，发电机仍为高电平，因此越前鉴别的增速
图1-19 频差控制框图。