第一章 发电机的自动并列

准同期并列是目前国际通用的同步发电机并列方式。
3、几个基本概念
①同期：同步发电机的并列操作称为同期，以近于同步运行的条 件进行的并列操作称为“准同期”。
②同期点：有可能进行并列操作的断路器就是同期点。
三、准同期并列的条件分析
依据理想并列条件，准同期条件是指前图中QF触点闭合前的瞬 间，发电机G与母线间的频率滑差、角度误差和电压压差。它们对 捕捉并列时机和可能产生的冲击等都有重要影响。 1、频率滑差（以系统电压U x 为参考电压） UG=UX，fG≠fX，δ=0
'' ''
1 .8 2 (U G U x ) Xd
''

2 .5 5 U Xd
''
Xd —发电机组直轴次暂态电抗
图1.1-5
此电流为无功冲击电流！如果ΔU很大，则ish过大时，将会 引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受 损。为了保证机组安全，我国曾规定压差并列冲击电流不允许超 过空载时机端短路电流的1/12～1/10。
二、自动准同期装置
1、半自动准同期并列装置 ������ 没有频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元。 ������ 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。 2、自动准同期并列装置 ������ 设置了频率控制单元、电压控制单元和合闸信号控制单元。 ������ 待并发电机的频率或电压都由并列装置自动调节当满足并 列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。
由图1.2-1可知，在脉动电压 U 的波形中，含有准同期并列 的所有信息——电压幅值差、频率差及相角随时间变化的规律。 1、电压幅值差 电压幅值差 U G
U
X

为对应于脉动电压 U 波形的最小幅值,
X
G

U m in U G U

通过对 U m in 的测量，就可以判断U 否超出允许值。
第一章 同步发电机的自动并列
§1.1 概述
一、并列操作的意义
1、发电机模型
图1.1-1
向 量 方 程 ： E q U G I G ( R d jX d ) U G jI G X d 时 变 方 程 ： U G U m sin ( t )
2、并列的基本概念 ①并列：特指将电力系统中两个不同带电部分连接起来，成为一 个整体而正常运行的操作。
三、准同期并列合闸信号的合成
合闸信号控制单元 的控制原则是当频率和 电压满足并列条件的情 况下，在U G 与U X 重合 之前发出合闸信号。在 两电压相量重合之前的 信号称为提前量信号。
1、越前时间tyq
t yq t c t Q F tc — 自 动 准 同 期 装 置 的 动 作 时 间 ； tQ F — 并 列 断 路 器 的 合 闸 时 间 。
s . yx . m ax yx
tc tQ F
t c 、 t Q F — 分 别 为 自 动 并 列 装 置 、 断 路 器 的 动 作 误 差 时 间 。
yx = 2 arcsin
i h m ax ( X q X x )
'' ''
2 1 .8 2 E q
i h m ax
'' ''
1 .8 2 U sin Xq
''
Xq—发电机组交轴次暂态
此电流为有功冲击电流！如果δ很大，则ish必然也会很大， 必将在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机。同步并列 操作允许的合闸相位差不应超过去5°。 3、电压压差
UG≠UX，fG=fX，δ=0
i h m ax
发电机组并入电网
并列的分类 电力系统两个不同部分并列 本课程重点关注发电机组的并列问题，有 图1.1-2 时也成为“并车”、“并网”等。 ②同步发电机并列时应遵循的基本原则 •并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值一 般不超过１～２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，以减少对电力系统的扰动。
图1.2-1 如右图所示，QF合 闸瞬间出现的冲击电流 值以及暂态过渡过程取 决于合闸时的电压差 U （实为脉动电压）和滑 差角频率 S 。准同期 并列主要是对 U 和 S 进行检测和控制，并选 择合适的时间发出合闸 信号，从而使发电机组 并入电网。所以，脉动 电压 U 是准同期并列 实现的出发点。
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 tyq 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yyq信号输出，不让发出合闸信号，即不允许并列。
发电机准同步并列的实际条件：
(1)待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电
压的5%~10%。 (2)在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接 近零，误差不应大于5°。 (3)待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，频率差不应超
过额定频率的0.2%~0.5%。
§1.2 准同期并列实现的理论
线性整步电压形成电路由电压变换、整形电路、相敏电路、 低通滤波器和射极跟随器组成。 二、恒定越前时间 恒定越前时间 部分是由R、C组成 的比例－微分回路 和电平检测器构成。
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1.3-6所示。 恒定越前相角电平检测器输入USL，当USL≥USLK时，检测器动 作，输出低电平，滑差减小，即TS1<TS2，恒定越前相角检测器动 作时间tA1、tA2随之不断加大。如果将图中USLK按允许滑差ωsy下 恒定越前时间tyq的相角差δyq进行整定，则有如下关系：
sy t yq s t A
tA
当 s sy 时 当 s sy 时
t A t yq t A t yq t A t yq
sy s
t yq
当 s sy 时
只有当 t A t yq ，即恒定越前相角电平检测器先于越前时间 动作时，才说明这时的ωs小于允许滑差的频率ωsy ，从而作出频 率差符合并列条件的判断。反之，如果tyq信号到来时尚未获得恒 定越前相角电平检测器的翻转型号，就可以做出频差不符合并列 条件的判断。 简单地说，就是先调频率，频率满足了之后再看恒定越前时 间信号有没有到来。频差的优先级高些！
与U
X
的电压幅值差是
2、频率差 由于 T s
2
s
，要求ωs小于某一值，就相当于要求脉动电压
周期Ts大于某一个给定值。
设 滑 差 角 频 率 的 允 许 值 sy 0 .2 % N , 即 2 f N 100
sy 0 .2
0 .2 ( ra d / s )
Hale Waihona Puke 对 应 得 脉 动 电 压 周 期 Ts的 值 为

一、 脉动电压
u U G sin ( G t G ) U X sin ( X t X ) U U G U X 2U G U X co s( S t )
2 2
S t 0, 2 k 时 ， U S U G U X S t , ( 2 k 1) 时 ， U S U G U X
总结：无If→UN→合闸→加If→暂态→同步 自同期并列不能用于两个系统间的并列操作，且在QF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 X d'' 短路，因而，不可避免地要出现较大的冲击电流。因而， 该方法目前已很少采用。 2、准同期并列
过程： 发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、 相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时， 将发电机断路器合闸，完成并列操作。 优点：冲击电流小； 不足：并列时间较长且操作复杂。 总结：If→合闸→暂态→同步
线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为：
U SL U SL
U sL m

U sL m
( )= ( )
U sL m

U sL m
( s t ) ( s t )
0 0


U sL m — 三 角 波 的 顶 值 电 压
sy 3、合闸相角差δ
Ts
2
=1 （ s ） 0


最理想的合闸瞬间是在U G与U X 两电压相量重合的瞬间。 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”。

fs fg fx
s
d dt d ( g s ) dt 2 f s
Ts
2
s
发电机在频差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的 （或负的）有功功率，对转子产生制动（或加速）的力矩，使发 电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。 允许频率差范围为额定频率的0.2%～0.5%,0.1～0.25Hz。我 国在发电厂进行正常人工手动并列操作时，一般限制滑差周期为 10 ～16s之间。 2、角度误差 UG=UX，fG=fX，δ≠0 图1.1-4
2、允许滑差角速度 sy
yq s t yq
由于 s 1 s 2 s 3 ，所以 yq 1 yq 2 yq 3 。 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，并列时难免具有合闸相角差，这就 使并列时的允许滑差角速度ωsy受到限制。 设 yx 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