第二章 同步发电机的自动并列

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第一节 概 述

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一、并列操作的意义
随着负荷的波动，电力系统中发电机运行的台数经常要变动。另 外，当系统发生某些事故时，也常要求将备用发电机组迅速投入 电网运行。因此，将同步发电机并入电网是电厂的一项重要操作。 另外，当系统发生某些事故时，也常要求将备用发电机组迅速投 入电网运行；由于某种原因，需将解列运行的电网联合运行，两 电网间需要实行并网操作。
Φ
Φ
U G U S U X
（ c） δ e≠ 0
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XG
XS E X
E G
U X Ih
U G
Ih
（a）等值电路图

（b）δe=0 图2-2 准同期并列条件分析
第一节 概 述


（1）电压幅值差
由图2-2(b)可得，冲击电流为：

UG −UX ∆U I = '' = '' Xd + XX Xd + XX
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4.并网运行的优势 (1)单机供电的缺点是明显的：既不能保证供电质 量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得 停电)，又无法实现供电的灵活性和经济性。这些 缺点可以通过多机并联来改善。 通过并联可将几台电机或几个电站并成一个电网。 现代发电厂中都是把几台同步发电机并联起来接 在共同的汇流排上，一个地区总是有好几个发电 厂并联起来组成一个强大的电力系统(电网)。
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第一节 概 述
（2）合闸相角差

设发电机并列时满足fG=fX和 UG=UX但δe≠0 时 此时发电机为空载情况，电动势为端电压，和电网电压相 等。冲击电流的有效值为
Φ

δe 2 U I= ' sin = ' sin 5） Xq +Xx 2 Xd +Xx 2
' h
2E
' q
δe
U （2-G US I
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第一节 概 述

4. 准同期并列不满足理想条件的后果及其实际条件的分析 设系统电压母线和发电机母线电压表达式分别为：

（1）电压幅值差 设发电机并列时满足fG=fX和 δe=0 但UG≠UX时
U G
QF U X U S
ux =Uxm sin(ωxt +ϕx ) =Uxm sin( 2π fxt +ϕx ) uG =UGm sin(ωGt +ϕG ) =UGm sin( 2π fGt +ϕG )
ωG、 ϕ G 为待并发电机断电压 UGm、
的状态量。
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第一节 概 述

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3.并列操作的意义
电力系统的容量在不断增大，同步发电机的单机容量以及 待并系统的容量也越来越大，大型机组（或者待并电网的） 不恰当的并列操作将导致严重后果。因此，对同步发电机 的并列操作进行研究，提高并列操作的准确度和可靠性， 对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。
¾
优点：正常情况下，并列时产生冲击电流比较小，对系
统和待并的机组均不会产生什么危害——广泛采用。
¾
缺点：并列时间较长，不利于系统发生事故出现功率缺
额时及时投入备用容量。

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3．并列的理想条件
断路器两则电源电压的三个状态量全部相等。 （1） 频率相等（fG=fX)； （2）电压幅值相等(UG=UX)； （3）相角差为零(δe=0）；
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第一节 概 述

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并列操作的重要性
在系统运行中，并列操作是比较频繁的，随着系统的容量和 单机的容量日益增大，不恰当的并列操作将会产生极大的冲 击电流，损坏发电机，引起系统电压波动，甚至导致系统振 荡，破坏系统稳定运行。因此提高并列操作的准确度和可靠 性对系统的可靠运行是很重要的。
第一节 概 述


7.同期点及同期点的选择（补充 ）
在发电厂和变电站中进行并列操作一般在主接线中设置同 期点，什么是同期点？同期点如何选择？ （1）同期点：发电厂（或变电站）中每个有可能进行同 期操作的断路器，称为同期点。也就是说当断路器两侧有 可能出现非同一系统电源时，此断路器是同期点。
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第一节 概 述

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4.并网运行的优势
(2)电网供电比单机供电有许多优点： ①提高了供电的可靠性，一台电机发生故障或定期检修不 会引起停电事故。 ②提高了供电的经济性和灵活性，例如水电厂与火电厂并 联时，在枯水期和旺水期，两种电厂可以调配发电，使得 水资源得到合理使用。在用电高峰期和低谷期，可以灵活 地决定投入电网的发电机数量，提高了发电效率和供电灵 活性。 ③提高了供电质量，电网的容量巨大(相对于单台发电机 或者个别负载可视为无穷大)，单台发电机的投入与停 机，个别负载的变化，对电网的影响甚微，衡量供电质量 的电压和频率可视为恒定不变的常数。 电网对单台发电 机来说可视为无穷大电网或无穷大汇流排。同步发电机并 联到电网后，它的运行情况要受到电网的制约，也就是说 它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。
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1.并列
把同步发电机（或解列运行的电网）并联至电网的过程称为投入 并联，或称为并列、并车、整步。 2.并列操作 （1）概念： 一台发电机组（或者解列的系统）在未投入系统运行之前，它的 电压与并列母线（或系统母线）电压的状态量往往不等，对待并 发电机组（或者待并系统）进行适当的调节，使之符合并列条件, 并将相应的断路器合闸作并网运行的一系列操作。
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第一节 概 述

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二、准同期并列 1．定义
是待并列机组在并列前，给待并发电机组的转子加上励磁 电流IEF，使发电机组建立起电压UG，并调节发电机的电 压，使UG=UX；同时调整发电机组的转速n使其频率 fG=fX，在满足并列条件（即与电压幅值、频率、相位相同） 时，将发电机组并列断路器QF合闸，将发电机并入电网。
第二章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 组成

同步发电机的自动并列
概 述 准同期并列的基本原理 自动并列装置的工作原理 频率差与电压差的调整 微机（ 数字型)并列装置的
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第二章


同步发电机的自动并列
本章重点：
同步发电机并列的意义、种类和方法，压差和 频差检测环节的基本原理和装置构成，同步发 电机的并列的条件、恒定越前时间、恒定越前 相角的形成、线性整步电压的形成，自动准同 期并列装置的构成原理。
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第一节 概 述
5. 同步发电机组并列时应遵循的原则
a) 断路器合闸时，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。
、 b) 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。
≈
& U X
QF & U
G
G
6. 并列方法
自同期 准同期
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第一节 概 述
2.并列操作
（2）准同期并列图
U G
QF U X U S
XG
XS E X
E G
（a）电路示意图
(b)向量图 图2-1 准同期并列
（C） 等值电路图
利用图2-1分析并列操作： 一台发电机组在未投入系统运行之 前，它的电压UG与并列母线电压UX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。
h
冲击电流最大瞬时值的计算式为
'' '' ihm =1.8 2Ih
& I h
U X
& U G
δe
& U S & U x
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第一节 概 述
（2）合闸相角差 存在合闸相角差的危害
¾ 当相角差较小时，电压的相位差产生的冲击电流 主要为有功电流分量，在发电机的机轴上产生冲 击力矩。幅值差和相角差同时存在时的冲击电流 综合(1)和(2)进行分析。 ¾ 由式（2－5）可知：并列时相角差越大（在1800 范围内），产生的冲击电流也最大。当δe＝1800 时，冲击电流出现最大值，如果在此时误合闸， 极大地冲击电流可能会烧坏发电机。因为在发电 机并列时，如果两个电压的相位不一致，由此而 产生的冲击电流Ih可能达到（20～30）IN。
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第一节 概 述
（3） 母线电压的状态量和发电机的状态量
母线电压瞬时值:
ux =Um sin(ωt +ϕ) =Um sin( 2π ft +ϕ)
幅值 频率 相角
其中
U xٛ 和 ϕx 为运行母线电压的状态量。 xm ωٛ
任一发电机电压瞬时值可表示为：
uG =UGm sin( ωGt +ϕG ) 其中
Ts
（b） 波形图 图2－3 脉动电压
22（a） 相ຫໍສະໝຸດ 图第一节 概 述
（3）频率不相等
设初始角φ1＝φ2＝0，则

ωG −ωx ωG +ωx （2-6） us = 2UmG sin t cos t 2 2

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2.类型
准同期并列法根据并列时自动化程度，可分为手动、半自 动及自动三种。一般采用手动或半自动这两种操作方法。 如果整个过程是人工完成的称为手动准同期并列；如果是 自动进行的称为自动准同期并列。在实验室，采用电压表 和整步表进行并列操作。广泛采用。适用于正常情况下的 并列。
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第一节 概 述
二、准同期并列
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第一节 概 述


（3）频率不相等
设发电机并列时满足UG=UX但fG≠fX时 此时，断路器两侧间电压差为脉动电压，可描述为：