第四章 同步发电机自动并列原理

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S G X
S 2 f S
2 TS 冲击电流的影响：

拍振电流使电枢绕组端部受力 f S 、滑差角频率 S 都可以 变形，使电枢绕组发热。
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实际并列条件之三——频率差
此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸时间有关。 若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电 流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在QF两侧电压相 量重合时合闸，冲击电流为零。
Sy
10S
测量 TS 的值可以检测出发电机组与电网之间滑差 角频率的大小，即频率差的大小。
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2 脉动电压—并列检测合闸相角差

t Ta
周期分量部分ishp 非周期分量部分ishap
ish
三相短路时最严重相的电流波形图
实际并列条件之一——电压幅值差
•冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子 绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。 •并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在1-2 倍的额定电流以下。 •为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不 允许超过机端短路电流的1/20~1/10。据此，得到同期 并列的一个条件：电压差Us不能超过额定电压的
S 2 f S
S反映了频率差 f S 的大小，要求 S 小于允许值，就 相当于要求脉动电压周期 TS 大于一个给定值。
例如：设滑差角频率 Sy 0.2% N
Sy
2 f N 0.2 0.2 rad / S 100
f N 50Hz
TS 2
在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应 用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网， 因此，曾作为系统事故的重要措施之一。
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自同期并列的缺点
1、自同期并列方式不能用于两个系统间的操作。
2、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加 励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次 暂态电抗形成短路，因而不可避免出现较大的冲击电流。
发电机发出 功率
e 0
S 0
发电机吸收 功率
S 0
e 0
S 0
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自同期并列 自同期并列就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，滑差角频率不超过允许值，而且， 在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并 列断路器QF,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电 流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将 并列发电机拉入同步状态。 优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。
四、微机并列装置
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第二章 同步发电机的自动并列
一、概述(同步并列和准同期概念) 同步并列和准同期的基本概念 同步发电机并列的基本原则 准同期并列理想条件 偏离理想条件三种情况下的后果 自同期并列
二、准同期并列的基本原理 三、自动并列装置的工作原理
G X 或 f G f X
2、电压幅值相等
e 0
UG U X
此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运 行，不会出现扰动现象。 实际上，待并发电机组调节系统很难实现理想条件；在实际 的操作中也没有这样的苛求。只要合闸冲击电流小，不危及电 气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致 于引起任何不良后果即可。
3、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工 作产生影响，自同期并列方法也受到限制。 自同期并列方法现在已经很少采用。
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相序不同对并列的影响
与U 恒差120 , U 恒 相序不同的发电机绝不能并列,因为此时U G X 等于 3U G , 它将产生巨大的冲击电流而危及电机.
UX
Xq
电网电压的有效值
e
I h
U X
U S
冲击电流的影响： 1)电枢绕组端部受力变形; 发电机交轴次暂态电抗
2)转轴上受冲击转矩的作用,使机轴扭曲变形;
•冲击电流主要为有功电流分量。 ３)电枢绕组发热。
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实际并列条件之二——合闸相角差
•在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行 有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对 于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全， 一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。
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二、准同期并列的基本原理
并列断路器QF主触头闭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，取决于合闸时的脉动电 压和滑差角频率。 准同期并列主要对脉动电压和滑差角频率进行检测和 控制，并且选择合适的时间发出合闸信号，使得合闸 瞬间的脉动电压在于允许值之内。
检测的信息主要取自并列断路器QF两侧的电压，而 进行检测并提取信息。 且主要是对脉动电压 U S
若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求， 也需要发电机经历一段时间的加速或者减速过程，才能 实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时 甚至会导致失步。
我国在发电厂进行人工手动并列操作时，一般限制滑差 周期在10S~16S之间。
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同步发电机并列的同步过程分析
G t 1
G X G X u S 2U mG sin t cos t 2 2 G X U S cos t 脉动电压的幅值 2
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u S 是幅值为 U S ,频率接
利用脉动电压可以为自动并列装臵提供鉴别并列条件 的信息和选择合适的合闸信号发出时间。
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2 脉动电压—并列检测电压幅值差
1、并列检测条件之一——电压幅值差：
电压幅值差 U mG U mX 对应于脉动电压 U S 波形的最小幅 值
U Smin U mG U mX
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实际并列条件之一——电压幅值差
并列时的电气状态：
fG f X

e 0
UG U X
可以计算得到冲击电流最大瞬 时值：
max ih 1.8 2 U G U X 2.55U S Xd Xd
I h
U X
冲击电流的影响：
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并列时的电气状态：
实际并列条件之三 —— 频率差 j
U X
X
UG U X
e 0 fG f X
t 2
U S
e
G
U G
断路器QF两侧的电压差为脉 动电压：
X
u S U mG sinG t 1 U mX sin X t 2 1 2 0
G X U S 2U mG sin t 2 S t 2U mG sin 2 2U mG sin
实际并列条件之三——频率差
近工频的交流电压波形。
e
2
2U mX sin
e
2
脉动电压周期 TS 、滑差频率 用于表示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频 率之间的相差程度。
2 2
US
S t 0
S1 S2
S t
U mG U mX
TS 1
U mG U mX
TS 2
t
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1 脉动电压—利用脉动电压检测准同期并列条件
（3）利用脉动电压检测准同期并列条件
在脉动电压波形中，载有准同期并列所需检测的信息
电压幅值差（随时间变化的规律） 频率差（随时间变化的规律） 相角差（随时间变化的规律）
发电机端电压为 U G
电网电压为U X
两者之间的相量差为
U U U S G X
•当电网参数一定时， 冲击电流就取决于合 的值 闸瞬间 U S
•最理想的情况就是 U S 的值为零，此时，QF 合闸冲击电流为零。
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同步发电机并列的理想条件
发电机并列的理想条件—— 并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。 1、频率相等 3、相角差为零
S t
2
S2
G t 1
S1
t
TS 1 TS 2
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U G
U X
1 脉动电压—QF两侧电压相量幅值不相等
（2）QF两侧电压相量幅值不相等
应用三角函数可以得到脉动电压：
U S U mG U mX 2U mX U mG cos S t
5%~10%.
•现在的一些大型发电机组规定电压差不超过1%,以尽量避免无 功冲击电流
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实际并列条件之二——合闸相角差
并列时的电气状态：

fG f X UG U X
e 0
U G
计算得到冲击电流最大瞬时值：
max ih
e 2.55U X 2 sin Xq 2
通过对 U Smin 的测量就可以判断QF两端电压幅值差是否 超出允许值。
为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制， 作为并列条件之一。
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2 脉动电压—并列检测频率差
与U 之间的频率差就是脉动电压U 的频率 f ， U G X S S 他与滑差角频率 S 存在关系：
在电力系统正常运行的情况下，一般采 用准同期并列方法将发电机组投入运行。
自同期并列
只有当电力系统发生故障时，为了迅速 投入水轮发电机组，过去曾采用自同期 并列方法。 由于微机型数字式自动并列方法已经趋 于成熟，现在也用准同期并列方法投运 水轮发电机组。
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同步发电机并列的理想情况
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1 脉动电压— QF两侧电压相量幅值相等
（1）QF两侧电压相量幅值相等
j
U X
X
可以得到脉动电压：
U S
e
G
U G
u S U S cos
U S 2U mG sin
US
G X
2
2
t
X t 2
S t
2U mX sin
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同步发电机并列需遵循的基本原则
1、并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时 最大值一般不超过1-2倍的额定电流。 2、发电机并入电网后，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。
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同步发电机的并列方法
同 步 发 电 机 的 并 列 方 法 准同期并列
发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许 有一定的偏差: △U不超过10% 相位差不超过10% 频率偏差不超过0.2%-0.5%（0.1-0.25Hz)。
第二章 同步发电机的自动并列
一、概述(同步并列和准同期概念)
二、准同期并列的基本原理 脉动电压、滑差电压 恒定越前时间、恒定越前相角 恒定越前时间并列装置的整定计算 例子 三、自动并列装置的工作原理 四、微机并列装置
U G
冲击电流为无功分量， 发电机电压、电网电压的有效值 G 不会加重原动机的负担，但 会在电枢绕组中产生很大的 发电机直轴次暂态电抗 d 冲击力，使电枢绕组端部受 冲击力的作用而变形。 •冲击电流主要为无功电流分量。
U X
UX
ห้องสมุดไป่ตู้
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并列冲击电流的波形
m
ish I shpm cos(t ) I shpm e
同步发电机自动并列原理
第四章 同步发电机的自动并列
重点讲解发电机同步准同期 并列的自动化原理. 这是将同 步发电机投入电网进行并列运 行以组成电力系统的基本步骤.
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第四章 同步发电机的自动并列
一、概述(同步并列和准同期概念) 二、准同期并列的基本原理
三、自动并列装置的工作原理
四、微机并列装置
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一、同步并列与准同期
发电机投入电力系统参加并 列运行的操作称为“并列操 作”。 同步发电机的并列操作称为 “同期”。以近于同步运行 条件进行的并列操作称为 “准同期”。
并 发电厂将一台发电机组用 列 准同期方式并入电厂母线。 操 将电力系统的两部分用准 作 同期的方式进行并列。