《同步发电机的自动并列》练习参考答案

第二章 《同步发电机的自动并列》练习参考答案

一、名词解释

1．并列操作

答：将发电机并入电力系统参加并列运行的操作。

2．准同步并列

答：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。

3．自同步并列

答：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。

4．同步点

答：可以进行并列操作的断路器。

5．滑差、滑差频率、滑差周期

答：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差，用S ω表示，即X G s ωωω-=；

滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用f s 表示，即X G s f f f -=；

滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化3600所用的时间。

6．越前时间、恒定越前时间、恒定越前时间自动准同步装置

答：越前时间：相对于?=0δ提前(越前)的时间；

恒定越前时间：相对于?=0δ提前(越前)的时间，且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化；

恒定越前时间自动准同步装置：由恒定越前时间脉冲发出合闸脉冲命令的自动准同步装置。

7．越前相角、恒定越前相角、恒定越前相角式自动准同步装置

答：越前相角：相对于?=0δ提前(越前)的相角；

恒定越前相角：相对于?=0δ提前(越前)的相角，且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化；

恒定越前相角自动准同步装置：由恒定越前相角脉冲发出合闸脉冲命令的自动准同步装置。

8．整步电压、正弦整步电压、线性整步电压

答：整步电压：包含同步条件信息的电压；

正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压，表达式

2t

sin 2s m zb ωU u =

线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压，表达式

???

????<

1．准同步并列的方法是，发电机并列合闸前( C )，当( )时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。

A ．未加励磁，发电机电压与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等；

B ．未加励磁，发电机转速接近同步转速；

C ．已加励磁，发电机电压与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等；

D ．巳加励磁，发电机转速接近同步转速。

2．自同步并列操作的合闸条件是( B )。

A ．发电机已加励磁、接近同步转速；

B ．发电机未加励磁、接近同步转速；

C ．发电机已加励磁、任意转速；

D ．发电机未加励磁、任意转速。

3．滑差是( B )之差。

A ．发电机电压频率与系统电压频率；

B ．发电机电压角频率与系统电压角频率；

C ．发电机电压周期与系统电压周期；

D ．发电机转速与系统等值转速。

4．发电机并列合闸时，如果测到滑差周期是10s ，说明此时( D )。

A ．发电机与系统之间的滑差是10rad ；

B ．发电机与系统之间的频差是10Hz ；

C ．发电机与系统之间的滑差是；

D ．发电机与系统之间的频差是。

5．发电机准同步并列后立即带上了无功负荷（向系统发出无功功率)，说明合闸瞬间发电机与系统之间存在( A )。

A ．电压幅值差，且发电机电压高于系统电压；

B ．电压幅值差，且发电机电压低于系统电压；

C ．电压相位差．且发电机电压超前系统电压；

D ．电压相位差，且发电机电压滞后系统电压。

6．发电机并列后立即从系统吸收有功功率，说明合闸瞬间发电机与系统之间存在( D )。

A ．电压幅值差，且发电机电压高于系统电压；

B ．电压幅值差，且发电机电压低于系统电压；

C ．电压相位差，且发电机电压超前系统电压；

D ．电压相位差，且发电机电压滞后系统电压。

7．发电机准同步并列后，经过了一定时间的振荡后才进入同步状态运行，这是由于合闸瞬间( B )造成的。

A ．发电机与系统之间存在电压幅值差；

B ．发电机与系统之间存在频率差；

C ．发电机与系统之间存在电压相位差；

D．发电机的冲击电流超过了允许值。

8．正弦整步电压( D )。

A．含有频率差和相位差信息，但不含有电压差信息；

B．含有电压差和频率差信息，但不含有相位差信息；

C．合有电压差和相位差信息，但不含有频率差信息

D．含有电压差和频率差信息，且含有相位差信息。

9．线性整步电压( A )。

A．含有频率差和相位差信息，但不含有电压差信息；

B．含有电压差和频率差信息，但不含有相位差信息；

C．含有电压差和相位差信息，但不含有频率差信息；

D．含有电压差和频率差信息，且含有相位差信息。

10．线性整步电压的斜率与发电机和系统之间的频率差( C )

A．无关；

B．有时无关：

C．成正比关系；

D．成反比关系。

11．线性整步电压的周期与发电机和系统之间的频率差( D )

A．无关；

B．有时无关；

C．成正比关系；

D．成反比关系。

12．线性整步电压的最大值对应发电机电压与系统电压的相位差（ D ）A．为0；

B．为180；

C．为360；

D．由接入的发电机电压和系统电压的极性决定。

13．线性整步电压的最大值由( D )决定。

A．线性整步电压产生电路的输入发电机电压幅值；

B．线性整步电压产生电路的输人系统电压幅值；

C．线性整步电压产生电路的输入发电机电压和系统电压幅值差；

D．线性整步电压产生电路的电源。

14．因为线性整步电压( A )，所以，可以通过直接比较发电机电压和系统侧电压( )

A．不含有电压差的信息；幅值完成压差检查；

B．含有电压差的信息；幅值完成压差检查；

C．不含有频率差的信息；频率完成频率差检查；

D．含有频率差的信息；频率完成频率差检查。

三、填空题

1．将发电机并入电力系统参加并列运行的操作称为并列操作”

2．实现发电机并列操作的方法通常有准同步并列操作(也称准同期并列操作)和自同步并列操作(也称自同期并列操作)。

3．准同步并列方法，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。

4．自同步并列方法，将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。

5．滑差是发电机电压角频率与系统电压角频率之差；滑差频率是发电机电压频率与系统电压频率之差。

6．滑差周期的大小反映发电机与系统之间频率差(或滑差)的大小，滑差周期大表示频率差(或滑差)小；滑差周期小表示频率差(或滑差)大。

7．发电机并列操作应遵循的原则：并列瞬间，发电机的冲击电流应尽可能小，不超过允许值；并列后，发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要短。

8．如果发电机并列时满足理想并列条件，即合闸瞬间，发电机电压和系统电压幅值相等；频率相等；相位相同；则不会产生冲击电流。

9．自动准同步装置主要由合闸部分、调频部分、调压部分和电源部分组成。10．自动准同步装置的合闸部分，当待并发电机与系统之间的电压差和频率差都满足准同步条件时，在恒定导前时间发出合闸脉冲；当待并发电机与系统之间的电压差或频率差不满足准同步条件时，闭锁合闸。

11．为实现合闸部分的功能，合闸部分包括导前时间脉冲形成、频差检查、压差检查和合闸逻辑等部分。

12．为实现调频部分的功能，调频部分包括频差方向鉴别和调速脉冲形成等部分。13．调压部分包括压差方向鉴别和调压脉冲形成等部分。

14．正弦整步电压与时间具有正弦函数，含有准同步需要检查的电压差信息、频率差信息和相位差关系信息。

15．线性整步电压与时间具有线性关系，自动准同步装置中采用的线性整步电压通常为三角形，含有准同步需要检查的频率差信息和相位差信息。

16．线性整步电压可以通过半波线性整步电压获得电路得到，也可以通过全波线性整步电压获得电路得到。

17．线性整步电压的周期即为滑差周期；线性整步电压的斜率与频率差成正比。18．恒定导前时间是导前 ＝00的时间，此时间与压差和频率差大小无关。19．通过检测线性整步电压的斜率可以检查频差是否满足要求。

20．一般的自动准同步装置，压差检查结果可以由调压部分直接给出。

21．微机应用于发电机自动准同步并列，可以通过直接比较发电机电压和系统电压的周期鉴别频差方向。

四、问答题

1．电力系统中，同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？

答：并列操作要求：

(1)并列瞬间，发电机的冲击电流应尽可能小，不应超过允许值；

(2)并列后，发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要短。

原因：

(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动

力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；

(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受

振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。

2．电力系统中，同步发电机并列操作可以采用什么方法?

答：同步发电机并列操作方法：准同步并列操作(也称准同期并列操作)、自同步并列操作(也称自同期并列操作)。

3．什么是同步发电机自动准同步并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？

答：准同步并列：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。

特点：并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；但并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂。

适用场合：由于准同步并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但因为并列时间较长且操作复杂，故不适用紧急情况的发电机并列。

4．为什么准同步并列产生的冲击电流小?

答：准同步并列需要满足一定条件，在合闸瞬间，待并发电机与系统电压幅值接近相等、频率接近相等、相位接近相等，即待并发电机与系统电压相量接近相等，因此由公式d X G X U U I ''-=j .

.im .可见，冲击电流很小。 5．什么是同步发电机自同步并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？

答：自同步并列：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。

特点：并列过程中不存在调整发电机电压、频率问题，并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下，仍有可能实现发电机的并列；容易实现自动化；但并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸收无功，造成系统电压下降，同时产生很大的冲击电流。

适用场合：由于自同步并列的并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下，仍有可能实现发电机的并列，并容易实现自动化，所以适用于在电力系统故障情况下，有些发电机的紧急并列。

6．为什么自同步产生很大的冲击电流？

答：自同步并列，在发电机断路器合闸前，发电机未加励磁，因此合闸瞬间相当于系统电压经发电机次暂态电抗短路，必然产生很大的冲击电流，此冲击电流随着发电机加上励磁，在发电机电压建立以后消失。

7．在发电厂，哪些断路器可以作为同步点？

答：发电机断路器、母线联络断路器、绕组变压器的三侧断路器。

8．滑差、滑差频率、滑差周期有什么关系? 答：s

S S f T 1π

2==ω 9．同步发电机准同步并列的理想条件是什么？实际条件是什么？

答：理想条件：并列断路器两侧的发电机电压与系统侧电压幅值相等、频率相等、相位相同。

实际条件：①待并发电机与系统电压接近相等，电压差不应超过额定电压的5％~10％；②待并发电机电压与系统电压的频率接近相等，频率差不应超过额定频率的％~％；③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。

10．同步发电机准同步并列时，不满足并列条件会产生什么后果？为什么？

答：发电机准同步并列，如果不满足并列条件，将产生冲击电流，并引起发电机振荡，严重时，冲击电流产生的电动力会损坏发电机，振荡使发电机失步，甚至并列失败。

原因：通过相量图分析可知，并列瞬间存在电压差，将产生无功冲击电流，引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力作用下受损；并列瞬间存在相位差，将产生有功冲击电流，在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机；并列瞬间存在频率差。将产生振荡的冲击电流，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。

11．说明同步发电机采用自动准同步方式并列时，产生冲击电流的原因，为什么要检查并列合闸时的滑差？

答：产生冲击电流的原因：并列瞬间存在电压差、频率差、相位差，即X G U U .

.≠。 检查滑差的原因：如果发电机在滑差不为0的情况下并入系统，立即周期性地带上正的、负的有功功率，对转子产生制动、加速的力矩，使发电机产生振动，遭受振荡冲击。如果滑差较大，则振荡周期较短，振荡强烈，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。同时，如果断路器合闸存在动作时间误差，较大的滑差还会造成较大的合闸相角误差，相应产生冲击电流。

12．为什么存在频率差影响发电机进入同步运行的过程?

答：如果发电机在只存在频率差的情况下合闸，那么并列合闸后在一定时间内、发电机电压和系统电压相量的相位关系将发生变化，如图3—26。由图可见，将出现出0到最大、再到。周期性变化的电压差，因此产生具有振荡性质的冲击电流，影响发电机进入同步运行的过程。

13．为什么频率差过大时发电机可能并列不成功?

答：发电机并列合闸时存在频率差，将产生振荡的冲击电流，振荡周期就是滑差周期，即频率差的大小，决定着冲击电流的振荡周期。如果频率差较小，滑差周期长，则经过一定的振荡过程，发电机进入同步运行，并列成功；如果频差过大，滑差周期短，可能导致发电机失步，造成并列失败。

14．合闸脉冲为什么需要导前时间?

答： 发电机准同步并列要求，并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差δ应等于零，考虑到并列断路器都有一个合闸时间，所以自动准同步装置发出合闸脉冲命令，应该相对于δ=00有一个提前量，即合闸脉冲需要导前时间。

15．断路器合闸脉冲的导前时间应怎么考虑？为什么是恒定导前时间?

答：断路器合闸脉冲的导前时间是为了使断路器主触头闭合瞬间，发电机电压和系统电压之间的相位差δ=00。所以合闸脉冲的导前时间应等于从发出合闸脉冲命令起到合闸断路器主触头闭合止，中间所有元件动作时间之和，其中主要为断路器的合闸时间。由于断路器的合闸时间是本身固有的、固定不变的，所以导前时间也不应随频差、压差变化，应也是一个固定值，即恒定导前时间。

16．利用正弦整步电压如何检测发电机是否满足准同步并列条件?

答：正弦整步电压含有电压差、频率差、相位差的信息。正弦整步电压的最

小值是电压差；正弦整步电压的周期是滑差周期，能够反映频差的大小，正弦整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程。所以，利用正弦整步电压的最小值检测是否满足电压差条件，利用正弦整步电压的周期检测是否满足频率差的条件，利用正弦整步电压随时间变化过程确定合闸时刻，使相位差满足条件。

17．利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同步并列条件?

答：线性整步电压含有频率差、相位差的信息，但不合有电压差的信息。线性整步电压的周期是滑差周期，能够反映频差的大小；线性整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程。所以，利用线性整步电压的周期检测是否满足频率差的条件，利用线性整步电压随时间变化过程确定合闸时刻，使相位差满足条件。但需利用其他方法检查电压差是否满足并列条件。

18．比较半波线性整步电压和全波线性整步电压的特点？

答：共同特点：

(1)线性整步电压的最大值、最小值(为0)不随发电机电压、系统电压以及频率变化，是恒定的数值；

(2)线件整步电压的周期即为滑差周期；

(3)线性整步电压产生电路的输入电压为-u G 和u X 时，整步电压最大值与?=180δ对应；输入电压为u G 和u X 时，整步电压最大值与?=0δ对应；

(4)线性整步电压的斜率与频差成正比。

不同点：在相同条件下，全波线性整步电压最大值是半波线性整步电压最大值的2倍，并且具有更好的线性度。

19．线性整步电压的最小值不为零，对导前时间有影响吗？为什么？

答：线性整步电压的最小值不为零，对恒定导前时间有影响，将使恒定导前时间增大。

原因：由于恒定导前时间获得采用比例微分电路，如果线性整步电压的最小值不为零，相当于比例电路形成的电流或电压上叠加了一个直流分量，而微分电路形成的电流或电压不受影响(求微分时消除了直流分量的影响)，从而造成产生的恒定导前时间出现误差。

20．自动准同步装置一般由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？

答：自动准同步装置组成；合闸部分、调频部分、调压部分、电源部分。 各部分主要作用：

合闸部分：检查并列条件，当待并发电机与系统之间的电压差和频率差都满足准同步条件时，选择合适时间发出合闸脉冲，使并列断路器主触头接通时相位差等于零或在允许范围内；当待并发电机与系统之间的电压差或频率差不满足准同步条件时，闭锁合闸。

调频部分：鉴别待并发电机电压与系统电压之间频率差的方向，当发电机频率高于系统频率时，发减速命令；当发电机频率低于系统频率时，发加速命令。使发电机频率趋于系统频率。

调压部分：鉴别待并发电机电压与系统电压之间电压差的方向，当发电机电压高于系统电压时，发降压命令；当发电机电压低于系统电压时，发升压命令。使发电机电压趋于系统电压。

电源部分：为准同步装置提供直流工作电源。

五、综合分析题

1．用相量图分析不满足理想准同步条件时冲击电流的性质和产生的后果?

答：分三种情况分析不满足理想准同步条件时冲击电流的性质和产生的后果：

(1)当只存在电压差、不存在频率差和相位差时，相量图如课本中图所示，可见，发电机电压高于系统电压或低于系统电压，冲击电流落后或超前发电机电压相位900，即冲击电流是无功性质的。后果是引起发电机定子绕组发热，在定子端部产生电动力，严重时损坏发电机。

(2)当只存在相位差、不存在电压差和频率羔时，相量图可见，发电机电压超前系统电压或滞后系统电压，冲击电流与发电机电压接近同相或反相(合闸时相位差很小)，即冲击电流是有功性质的。后果是在发电机的机铀产少冲击力矩，严重时损坏发电机。

（3)当只存在频率差、不存在电压差时，相量图可见．频率差造成发电机电压与系统电压之间相位差从0到3600周期变化。冲击电流也将从0到最大再到0周期变化，即冲击电流是振荡性质的。后果是影响发电机进入同步的暂态过程，振荡严重时，可能造成发电机失步，并列不成功。

2．画出自动准同步装置组成框图。

参考课本

3．已知发电机准同步并列允许压差为额定电压的5％，允许频差为额定频率的%，并列断路器的合闸时间为。问；图1所示正弦整步电压波形是否满足压差和频差条件(s 11 s T )？

图1 正弦整步电压波形

答：压差判断：波形图可见，正弦整步电压最小值为0，表示实际电压差为0，所以，满足压差允许值条件；频差判断：由题意可知频差允许值为50Hz ％=，对应滑差周期为10 s 。由波形图可见，正弦整步电压周期11s ，即实际滑差周期为11s ，所以满足频差允许值条件。

4．同步发电机准同步并列，检查压差有什么方法？什么原理？

答：压差检查方法：直接比较发电机电压与系统电压幅值。

原理：将发电机电压和系统电压分别通过整流、滤波电路变换成直流，即对应发电机电压和系统电压幅值，再通过比较电路得到两者差值，即幅值差，与允许压差整定值比较判断是否满足并列条件。