同步发电机并联运行

第十七章 同步发电机 并联运行
2020/4/6
1
本章主要内容
第一节 投入并列运行的条件与方法
第二节 并网运行的同步发电机电磁功率与 功角特性
第三节 并网运行时有功功率的调节与静态 稳定
第四节 并网运行时无功功率的调节与V型 曲线
*第五节 同步发电机并网后正常运行分析
*第六节 同步发电机的振荡
2020/4/6
• 假定：发电机并联于无穷大电网，磁路不饱 和，忽略电枢绕组电阻。
2020/4/6
45
发电机的功角
➢励磁电势
•
E0
•
与端电压U
的夹角
➢忽略漏抗，δ’=δ，
•
U AII
U AI
I
此时调整发电机转速。
Ⅱ
使灯光明暗的频率很 •
U CI
低（说明 I≠ II ），当三
组灯光全部暗时，表明发
•
UC
•
U CII
电机与电网对应相电压相
等且同相位，迅速合闸。
2020/4/6
•
U BII
•
U B
•
U BI
23
灯光熄灭法
• 如果灯光不是明、暗交替，表明相序不一致，应调 整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证 相序一致；
2020/4/6
32
灯光旋转法
旋转法并车方法为： • 调节发电机励磁电流使发电机电压与电网电压相等； • 如果相序一致，灯光旋转，否则说明相序不一致，
应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格 保证相序一致； • 调节发电机转速改变频率，直到灯光旋转十分缓慢，
说明发电机频率2和电网频率1十分接近，这时等
加在此3组灯上电压显然 不等。
2 3
三组灯不是同时亮 暗，此时⊕3最亮， ⊕2次之，⊕1最暗。
2020/4/6
•
U1
•
U AI
•
U AII
I
1
Ⅱ
2
•
U CI
•
U CII
•
U BII
3
•
U3
•
U2
•
U BI 28
灯光旋转法
1
① II I ;1 , 2 , 3
灯1继续亮，灯2渐暗，灯 3更亮，3 1800，灯3最亮。
特点：操作简单迅速，但冲击电流较大，所以用 于事故状态下并车。
2020/4/6
35
自同步并联法
注意：励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接 开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在 定、转子绕组间产生很大的冲击电流。
2020/4/6
36
并联运行的条件及方法
条件： • 电压大小相位相同 • 频率相同 • 电压波形相同 • 相序相同 • 发电机与电网的对应相的电压应同相位
T
T1
T0
T1：发电机轴上输入的机械转矩
T0：发电机空载时轴上的输入转矩
2020/4/6 T：电磁转矩
42
同步发电机的功率及转矩
Pem
P1
P0
T
T1 T0
电机稳定运行时，驱动性质的原动机转矩 与制动性质的电磁转矩和空载转矩之和平衡。
2020/4/6
43
同步发电机的功率特性
功率特性的定义
2
思考
1、同步发电机单机供电有什么缺点？供电系 统怎样克服单机供电的这些缺点？
2020/4/6
3
单机供电的缺点
①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); ②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。
2020/4/6
4
同步发电机并联运行
并联可将几台电机或几个电站并成一个电网。现 代发电厂都是把几台同步发电机并起来接在共同汇流 排上，一个地区总是有好几个发电厂并联起来组成一 个大系统(电网)。
同步发电机的并车方法
1.准确同步并车
• 将发电机调整到完全符合并联条件后的合闸 并网操作过程称为准确同步法。
• 发电机在并车合闸前已加励磁，当发电机电 压的幅值、频率、相位分别与并车点系统侧 电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发 电机合闸，完成并车操作。
2020/4/6
16
准同步并车的操作步骤
2020/4/6
34
自同步并联法
自同步法：用于事故状态下的并车。
准确同步法并网时无冲击电流，但很麻烦，对危 急情况不适用。
自同步法：先检查发电机相序，将励磁回路串一 电阻，大小约为10倍励磁绕组电阻rm(限流)，拖动 转子使：n≈n1， (拖动方向与n1一致)直接合闸，然 后加励磁，通过自整步作用由电网将其拉入同步。
2020/4/6
26
CI
灯光旋转法
BI
AI
利用跨接在发电机和电网
间灯光的明暗来判断。
V
3
2
1
•
U1
•
U AI
BⅡ AⅡ
CⅡ
相序相等时，发电机频 率和电网不同时，三只灯端 电压202交0/4/6替变化。
•
U AII
I
1
Ⅱ
2
•
U CI
•
U CII
3
•
U3
•
U2
•
U BII
•
U BI 27
灯光旋转法
1
2 3
•
U1
•
U AI
当灯3最亮后，灯1亮 度↑，灯2更暗，下一个最 亮灯为1，再又轮到灯2最 亮，逆时针转，最亮灯顺 序20为20/43/6-1-2-3-1-2。
•
U AII
I
1
Ⅱ
2
•
U CI
•
U CII
•
U BII
3 •
U3
•
U2
•
U BI 29
灯光旋转法
1
② , 1 , 2 , 3
⊕3最亮，⊕2次之，⊕1最暗
• 励磁回路消牦功率由原动机或其他电源供给，故不 包括在功率流程图中。
2020/4/6
41
同步发电机的功率及转矩
Pem P1 ( pm pFe ps ) P1 p0
P2 Pem Pcu1 Pem mUI cos
Pem P1 P0; P2 Pem Pcu
Pem
P1
P0
将待并网的同步发电机由原动机拖动接近同步 速度。
调节励磁电流，使发电机空载电压与电网电压 相等。
确认相序相同，调原动机转速使发电机电压频 率约等于电网频率。
在对应相电压相位相同的瞬间，合闸并网，完 成并网操作。
2020/4/6
17
准同步并联法的操作步骤
为得到合闸并网瞬间，常采用同步指示 装置。
灯光装置---最常用的同步指示装置 灯光熄灭法 灯光旋转法
方法
• 准同步法
• 自同步法
2020/4/6
37
第二节 并列运行的同步发 电机电磁功率与功角特性
2020/4/6
38
有功功率的平衡
输入 功率P1
电磁功 率Pem
输出功 率P2
机械损 耗pm
附加损铁损pFe
定子铜 损pcu1
耗ps
P0：空载损耗
Pem P1 ( pm pFe ps ) P1 P0
2020/4/6
2
3
•
U1
•
U AI
•
U AII
I
1
Ⅱ
2
•
U CI
•
U CII
•
U BII
3
•
U3
•
U2
•
U BI 31
灯光旋转法
优点：可以判断fII>fI或fII<fI。 还可用来判断相序。 如果出现灯光同时明暗，说明待并发电机 与电网相序不符，绝对不允许投入并联。 若按灯光熄灭法接线，但灯光不是同时 明暗而是旋转→相序不符。
待灯1完全熄灭的瞬间到来，即可合闸并车。
2020/4/6
33
准同步并联法
• 又称理想整步法。需对并车条件逐一检查和 调整，费时较多。优点：冲击电流小，不会 引起系统电压变化。不足：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，若合闸时刻不准确，可 能造成非同步合闸。
• 按自动化程度不同，有：手动准同步、半自 动准同步和自动准同步。
励磁使U=U1。借助同步指示器检查并调整频 率和相位以确定合闸时刻。
2020/4/6
14
并联条件不满足时对发电机的影响
电机和电网之间有环流，使定子绕组端部 受力变形。 电机和电网之间有高次谐波环流，增加损 耗，电机温度升高，效率降低。 产生拍振电流和电压，引起电机内功率振 荡。
2020/4/6
15
2020/4/6
39
P2 Pem Pcu1 Pem
同步发电机的功率及转矩
P1：由原动机输入的机械功率。 P0：空载损耗
pm 机械损耗 pFe 铁心损耗 pf：励磁绕组铜耗由直流电源供给。
P1
Pem
P2
2020/4/6
pcu
40
P0=pFe+ pm
同步发电机的功率及转矩
• Pem为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功 率，称为电磁功率。负载运行时，定子绕组中还存 在定子铜耗pCu1， p2是发电机的输出功率。
2020/4/6
9
无穷大电网
无穷大电网的定义：
1）S→∞ 2）ZS →0 3）US = C 4） fS= C
很多场合都可认为同步发电机 是与无穷大电网并联。
2020/4/6
10
同步发电机投入并联运行的条件
从图中可以看出同步发电机投入并联运行的 条件是什么？
2020/4/6
11
同步发电机投入并联运行的条件
待并发电机与电网相序相同。
待并发电机电压波形与电网电压波形相同。
2020/4/6
13
同步发电机投入并联运行的条件
• 相序一致是绝对条件。电机可承受小冲击电流， 断路器合闸瞬间，电压差不应超过额定电压的 5%~10%，频率差不应超过额定频率的 0.2%~0.5%，相位误差不应大于5°。
• 并车准备工作：检查并车条件和确定合闸时刻。 通常用电压表测量电网电压，调节发电机
并联于无穷大电网的同步发电机，当电网 电压和频率恒定、参数为常数、空载电势E0不 变（即 If 不变）时，电磁功率和功率角之间的 关系Pem=f (δ)为有功功率特性（也称功角特 性）。
➢隐极同步发电机的功率特性 ➢凸极同步发电机的功率特性
2020/4/6
44
同步发电机的功率特性
• 有功功率特性是同步发电机的基本特性之一， 通过它可研究发电机接在无穷大电网上运行 时，输出功率的情况，并进一步揭示机组的 稳定性和发电机与电动机之间的联系与转化。
2）电压不等。三个相灯没有绝对熄灭的时候，而是在 最亮和最暗范围闪烁，需调节励磁电流从而改变发 电机的端电压。
3）相序不等。三个相灯明暗呈旋转变化状态，说明发 电机与电网的相序不同，需对调发电机或电网的任 意两根接线。
4）相位不等。三组相灯不熄灭，不能合闸并网，需微
202调0/4/转6 速。
25
灯光旋转法
• 相灯明暗快慢和发电机频率2及电网频率1有关，
通过调节发电机转速使灯光明暗变化十分缓慢时， 说明同步发电机和电网的频率十分接近，这时等待 灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。
2020/4/6
24
灯光熄灭法
• 不满足并网条件时，灯光熄灭法所见的现象：
1）频率不等。相灯呈现同时暗、亮的变化很快，说明 发电机与电网的频率不同，需调节原动机转速从而 改变发电机频率。
2020/4/6
5
2020/4/6
电力系统示意图
6
同步发电机并联运行的优点
①提高供电可靠性，一台电机发生故障或定期检修 不会引起停电事故。 ②提高供电经济性和灵活性。 ③提高供电质量。同步发电机并联到电网后，它的 运行情况受到电网的制约，也就是说它的电压、频 率要和电网一致而不能单独变化。
2020/4/6
7
第一节 投入并联运行的条件和方法
同步发电机与电力系统并联合闸时，为 避免产生冲击电流和并联后能稳定运行， 需满足一定条件，而待并发电机励磁情况 不同，并联方法和条件也不同。
2020/4/6
8
同步发电机并联运行
什么是同步发电机的投入并联？
把同步发电机并联至电网的过程称为 投入并联，或称为并列、并车、整步。
2
3
下个最亮灯为2，再下个为 1，灯光最亮顺序为321321 ，灯光顺时针旋转。
③I与 愈接近，灯
光旋转速度越慢。
•
U1
•
U AI
•
U AII
I
1
Ⅱ
2
•
U BII
3 •
U3
2020/4/6
•
U CI
•
U CII
•
U2
•
U BI 30
灯光旋转法
1
灯光旋转法用来 寻找合闸时间，调发 电机转速，使灯光旋 转速度极慢，然后在 A相灯熄灭，另2组 灯亮度相等时，合闸 并网。
2020/4/6
18
灯光熄灭法
2020/4/6
19
灯光熄灭法
CI BI AI
V
AⅡ
BⅡ
CⅡ
2020/4/6
按照图中的连接方式，指示灯 在什么情况下熄灭？
20
灯光熄灭法
CI BI AI
V
AⅡ
BⅡ
CⅡ
2020/4/6
在电网与发电机的对应 相间接三组灯，三组灯全暗 时合闸。
21
灯光熄灭法
I 2f1
15
3
uAII UmII sinIIt II
4
来自百度文库
2
•
U A
15
3
uAI UmI sinI t I
4
2
•
U BII
•
U AII
•
U CII
•
U BI
•
U AI
•
U CI
2020/4/6
12
同步发电机投入并联运行的条件
待并发电机的励磁电势应与电网电压相等。 待并发电机的频率与电网频率相等。
并联合闸瞬间，待并发电机与电网的对应相 的电压应同相位，亦即发电机与电网回路电势 为零。
II
2f2
2
pn 60
;n
n1;
II
I
•
U A
•
II I ;u 时大时小， •
U AI
则灯光时亮时暗，且 U AII I
三组灯所加 u 相同，
•
故三组灯同时明或暗。
Ⅱ
U BII
2020/4/6
•
U CI
•
UC
•
U CII
•
U B
•
U BI
22
灯光熄灭法
•
U A
•
I与 II的差值越大，
灯光明暗变化频率越快，