水泥余热发电培训教材第10版-3(101-158)

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并列，基本上都能调整到满足这三个理想条件。 二、非同期并列所造成的不良后果

实际运行中，待并发电机的调节系统并不是按照前述三个理想条件进行调节的， 因为三个条件很难同时满足，实际操作中也没有这样苛求的必要，特别是在那些控制系统比较陈旧的老厂。只要并列时合闸冲击电流尽可能地小，不危及设备安全，对电网影响较小，合闸后发电机能被迅速拉入同步即可。

但是，如果严重偏离前述三个理想条件，就会形成发电机与电网非同期并列，这是电厂最严重的事故之一，也是对发电机最危险的一种冲击，使得发电机在并列中产生严重的不良后果。

我们分别以三种情况来进行分析： 1．电压幅值差：

如果在并列操作时，fG＝fX UG≠UX δ=0

则合闸冲击电流有效值主要为无功电流分量，最大瞬时值为

I″hm＝1.8√2I″h 。

冲击电流有效值为：

I″hm=（UG－UX）/（X″d+Xx）

式中：UG---发电机电压有效值，UX---电网电压有效值； X″d---发电机直轴次暂态电抗； Xx---电力系统等值电抗。

由此可见，冲击电流的最大值是有效值的2.45倍以上，冲击电流主要为无功分量，它产生的电动力对发电机的绕组产生影响，特别是发电机端部的绕组，因为在电机槽中的绕组有依托，而端部绕组无依托，机械强度最薄弱，所以要特别注意对它造成的危害。 2．合闸相角差：

如果在并列操作时，UG＝UX fg＝fx δ≠0

2E″q δ 这时的冲击电流有效值为： Ih＝--------sin--- X″q＋X″x 2 式中：

X″q----发电机交轴次暂态电抗 E″q----发电机交轴次暂态电势 Xx ----电力系统等值电抗

当相角差较小时，这种冲击电流主要为有功电流分量，说明合闸后发电机与电网间立即交换有功功率；当相位差达到120°时，因并列而产生的冲击电流和电磁转矩最大，并且还会出现较大的单向转矩，而单向转矩比交变转矩会产生更严重的机械应力，从而使转轴受到突然冲击，甚至造成发电机弯轴的严重后果。这对通常认为，电压的相角差不超过10°是比较满意的。

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3．频率差：

设待并发电机UG与电网电压UX相等，即 UG＝UX, fG≠fX 或 ωG≠ωX 如图11-1的向量图所示：

这时断路器DL两侧间的电压差us为脉动电压，对us的描述用下式：

us = UGSin〔ωGt+φ1〕－UX Sin〔ωXt+φ2〕

+j 设初相位φ1=φ2=0，则

ωG－ωX ωG +ωX

us = 2UGSint（--------t ）Cos（-------- t）

2 2 Us ωG－ωX UX 现令 Us= 2UGSint（--------t ）

2 UG

UGSin［（ωG－ωX）t］/2为脉动电压幅值，则

+i

ωG+ωX

us=US Cos（--------t ） 图11-1 脉动电压向量图 2

由此可见，us的波形可以看成幅值为Us，频率接近于工频交流电压波形。 又ωs=ωG－ωX为滑差角频率，所以，所示向量图两电压间的相角差为：

δe = ωs t

于是，Us=2UGSinδe/2 = 2UxSinδe/2

由此可见，us为正弦脉动波，其最大幅值为2UG或2Ux，所以Us又称脉动电压。这时断路器两侧间电压差us为一脉动电压。如向量图分析：可以设想，系统电压UX固定，而待并发电机的电压UG以滑差角频率ωS对UX转动。当δe从0到π时，us的幅值从0变到最大值2UG；当δe从π到2π时，us的幅值又从最大值2UG变到0，转动一圈的时间为脉动周期Ts。又ωs=2πfs，故脉动周期Ts=1/fs=/ωs式中fe为额定频率。脉动电压周期Ts、滑差频率fs和滑差角频率ωs都可以用来表示待并发电机的频率与电网频率的相差程度。相角差δe是时间的函数，所以并列合闸相角差δe与发出合闸信号的时间有关。如果发出合闸信号的时间恰当，就有可能在两电压重合事合闸，这时的冲击电流等于零。

还需指出，如果频率差较大，即使合闸时相角差δe很小，满足并列要求，但这时并 入电网的发电机需要经历一个很常的暂态过程才能进入同步运行状态，严重时甚至失去同步，这也是不允许的。

第二节 发电机的同期并列

一、自同期并列：

自同期并列操作是指将一台未加励磁的发电机组升速到接近电网频率，滑差频率

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ωs不超过允许值，而且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，接着合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机的电势逐渐增长过程中，由系统将发电机拉入同步。

发电机以自同期的方式投入电网时，未加励磁的发电机在投入电网的瞬间，相当于电网经发电机次暂态电抗Xd短路，因而不可避免地要引起冲击电流。该冲击电流主要取决于系统情况，即决定于Ux和Xx。自同期时，发电机的端电压UG与冲击电流成正比。 发电机的母线电压瞬时下降，将影响其他用电设备的正常工作，因此，自同期的并列的方式现已很少采用。 二、准同期并列的条件：

同期并列要求在合闸前调节待并发电机，使其同时满足以下三个条件： （1）频率条件：使待并发电机的频率接近系统频率，一般不超过0.2～0.5％； （2）电压条件：使待并发电机的电压接近系统电压，一般不超过5～10％； （3）相角条件：当上述两个条件已被调节得符合要求时，就应在并列断路器两侧电 压间的相角重合前，稍提早一些时间给断路器发出合闸脉冲，以便断路器在合闸的瞬间，两侧电压相角差恰好趋于零，这时的冲击电流最小。通常相角差不宜超过10°。 由于准同期并列能通过调节待并发电机的电压、频率和相角，使得上述三个条件同时获得满足，所以合闸后冲击电流很小，发电机能马上被拉入同步，对系统几乎不发生扰动。因此，在正常情况下，一般都是采用准同期并列操作。 3、准同期并列的类型：

（1）手动准同期：发电机的电压、频率的调整及合闸操作都是由运行人员以手动进 行，只有在控制回路中装设非同期合闸闭锁装置，以防止由于运行人员误发合闸脉冲所造成的非同期合闸。

（2）半自动准同期：发电机的电压、频率的调整工作由手动进行，同期装置能自动 检测同期条件，并在适当的时机发出合闸脉冲。

（3）自动准同期：同期装置能自动对频率进行调整，至于电压调整，有些设有自动 调整装置，由它来进行调整；有些则没有设专门的电压平衡环节，需要靠发电机的自动电压调整器或由运行人员手动调整。当同期条件满足后，自动同期装置能选择适当的时机，自动地发出合闸脉冲。 三、准同期并列的基本原理：

前面已经叙述了准同期并列的三种方法，现在就来研究准同期并列的基本原理。 假设同期断路器的两侧电压分别为UG和UX并列断路器DL主触头闭合的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Us，滑差角频率ωS，因此，准同期并列主要对脉动电压Us、滑差角频率ωS进行检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号，使合闸的瞬间Us值在允许值内。检测的信息来自断路器DL两侧的电压，而且主要是对Us进行检测并提取信息。那么，Us就是我们要掌握的一个重要的参数，现

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在就对其变化规律进行分析。

1、脉动电压

为了便于分析问题，我们先假设待并发电机电压为UG，母线侧即电网电压为UX且

两电压的幅值相等，而ωG与ωX不等，根据前面的向量图可知，上述两向量是作相对运动的。令两电压向量重合瞬间作起点，这时Us的表达式由前面推导的公式为：

ωG+ωX

us = US Cos------ t 2

ωG

Us=2UXSin --- t

2

脉动电压Us的变化如下图11-2所示，为正弦脉动波形，其最大幅值为2UX，脉动周期与ωs关系为Ts=1/fs=2π/ωs

Us ωs1 ωs2

0 Ts1 Ts2 t UG=UX时Us的波形

图11-2 越前相角原理图

如果并列断路器DL两侧电压的幅值不相等，我们可以由上面所画的向量图，用三角公式可以求得Us的值为：

Us=√UG2+UX2 －2 UG UX CosωGt 当ωGt=0 Us= │UG－UX│为两电压的幅值差 当ωGt=π Us= │UG + UX│为两电压的幅值和 当两电压幅值不等事，脉动电压的波形图如下图所示

Us

ωs1 ωs2 │UG + UX│ │UG－UX│ 0 Ts1 Ts2 t 图11-3 UG≠UX时Us的波形

上述两波形图表明，在Us的脉动波形中载有同期并列所需检测的信息，即电压幅

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