第一節概述
一個電力是由多發電機並聯在一起運行的。並列運行著的同步發電機,其轉子都是以相同的電角速度旋轉的,每個發電機轉子的相對電角速度在允許的極限值以內時,稱之為同步運轉,或同步的。發電機在沒有投入電力係統以前,與其它發電機一般是不同步的。把同步發電機投入電力係統作同步運行的操作,稱為同步並列。
在電力係統運行中,按照電力調度的命令,經常需要將某台發電機投入或退出電力係鈿,有時還需要把電力係統兩個部分、兩個電力係統之間,發電廠與電力係統之間等,進行並列。在發電機並列投入的瞬間,往往發生電流衝擊和功率衝擊。如果是非同步並列,則電流衝擊和功率衝擊很大,會引起係統電壓下降,機組劇烈振動,甚至使發電機及原動機的機械部分損壞,發電機繞組部分燒毀,以及引起電力係統振蕩而被壞電力係統穩定運行。因此愛電機的同步並列必須滿足兩個基本要求:並列被入瞬間,衝擊電流不應超過允許值。
被投入的發電機應能迅速地拉入同步。所以並列操作是電力係統運行中的一項經常性的重要操作。
在電力係統中,並列方法豐要有準同步並列和自同步並列兩種。
1.同步並列法
準同步並列法是發電機在投入運行以前已經勵磁,發電機建壓近於額定電壓,然後調節發電機的電壓和頻率,在接近同步條件時,合上並列斷路器,並入係統運行。
準同步並列法的優點是:正常情況並列時衝擊電流很小,不會使係統電壓條低。
準同步並列法的缺點是:
並列操作時間較長。從準備並列促使同步條件成熟到並列合閘,在正常情況下,采用自動裝置也要幾分鍾。在係統事故的情況下需要的時間就更長。而在此種情況下,特別是作為冷備用的水輪發電機組則更需要緊急投入並列運行。
如果合閘不準確,可能發生非同步並列事故,造成設備損壞。因此對準同歩並列操作技術的要求較高,需要由有一定經驗的運行人員來執行。即使采用自動同步並列裝置,如裝置本身不可靠或二次接線錯誤,仍有可能出現誤合閘事故。
2.同步並列法
自同步並列法是發電機先不加勵磁,當其轉速接近於同步轉速時,投入電力係統,在並列斷路器合閘後,立即給轉子勵磁,發電機隨即被拉入同步。采用這種並列法,不會造成非同步合閘;由於省去了調逮、調壓時間,並列過程快,一般水輪發電機組從開機到並入係統同步運行。這種方法在係統事故情況下需要緊急投入備用機組時,減少同步並列的時間是相當有效的。此外,采用自同步並列法實現自動化也較為簡單在係統的電壓和頻率大大降低時采用自同步並列法仍有可能將發電機投入,而采用準同步並列法則不可能實現。
自同步並列法的缺點是:
未經勵磁的發電機投入電力係統時會產生較大的電流衝擊。一般衝擊電流比發電機額定電流要大幾倍。此電流的力效應對發電機繞組可能產生不利影響;
未經勵磁的發電機投入電力係統的瞬間將從係統吸收很大的無功電流,會引起係統電壓短時下降;
3.不能用於對電力係統兩部分之間進行並列。因為未並列的電力係統兩部分的發電機已帶勵磁。
發電機之間和電力係統之間的並列運行是借助於同步裝置來實現的。準確、迅速地使電力係統解列為非同步運行的各部分恢複並列運行,對防止或消除事故能起到積極作用。為此,要求同歩裝置簡單、可靠、操作簡捷並能實現快速並列。
在電力係統中采用的同步並列裝置有:手動準同步裝置、半自動準同步裝置、自動準同步裝置和自同步裝置。采用自動準阿步裝置實現並列操作稱為自動準同步。由於自動準同步並列裝置實現並列準確而迅速,因而在電力係統中得到廣泛的應用。以下將著重討論自動準同步並列。
第二節自動準同步並列準同步並列條件
要使一台發電機以淮同步方式並入係統,進行並列操作最理想的狀態是,在並列斷路器主觸頭閉合的瞬間,斷路器兩側電壓的幅值、頻率相等。
待並發電機電壓與係統電壓相等;
待並發電機頻率與係統頻率相等;
並列靳路器主觸頭閉瞬間,待並發電機電壓與係統電壓間的相角差為零符合上述三個理想條件,並列斷路器主觸頭閉合瞬間,衝擊電流為零,待並發電機不會受到任何衝擊,並列後發電機立即與係統同步運行,不會發生任何擾動現象。
但是,在實際運行中,要求同時滿足以上三個條件幾乎是不可能的,事實上也沒有這樣苛求的必要。因為隻要並列時衝擊電流較小,不會危及設備安全,在發電機並入係統拉入同步的暫態過程中,對於待並機組和電力係統運行的影響較小,不致引起任何不良後果,是允許進行並列操作的。因此,在實際並列操作中,上述三個理想條件允許有一定偏差,但偏差值要嚴格控製在一定的允許範圍之內。
同步發電機正常運行時,轉子和定子電流產生的旋轉磁場部以同步轉速旋轉。轉子磁場軸線與電樞磁場軸線間夾角為功率角愈大,輸出功率也愈大;愈小,輸出功率也愈小。發電機空載運行時即轉子磁場線和電樞磁場軸輯相重合(準同步並列時,接近此種狀態),而後按運行需要逐步加大功率,但是,如待並發電機頻率與係統頻率的頻率差相差較大時並列,則轉子磁場軸和電樞磁場軸線產生相對運動,功率角將隨時間而變化,從而發電機投入係統後,立即就帶上較多的功率(或負的功率),對轉子產生製動(或加速)力矩,使發電機振動,導致發電機失去同步。根據運行經驗規定,準同步並列允許頻差的範圍為額定值的綜上所述,準同步並列的實際條件是:
通常,我們把能夠反映條件信息量的電壓稱為整步電壓。在自動同步裝置中,一般是利用整步電壓這個量來檢定發電機是否滿足同步條件。整步電壓有正弦整步電壓和線性整步電壓兩種。
一、正弦整步電壓
在討論正弦整步電壓之前,需了解脈動電壓。待並發電機並列前,當發電機的電壓頻率與係統電壓頻率不相等時,並列斷路器兩端的電壓稱為脈動電壓。用符號表示。脈動電壓又稱拍頻電壓或滑差電壓以下,允許進行並列。可見,直接測量脈動周期的大小,就可以來檢定麵差。
若發電機電壓與係統電壓不相等,即則即使脈動電壓幅值也等於零。而當脈動電壓幅值;,。等於零時,發電機電莊和係統電壓也必然大小相等,它們之間的相角差。顯然,利用脈動電壓幅值的變化規律來檢定準同步的三個條件是十分有效的。