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电力系统论文 发电机的并列运行及防止非同期措施.doc

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发电机的并列运行及防止非同期措施1 电力系统并网的两种情况和发电机并列方法分类同步发电机投人电力系统并列运行的操作,或者,电力系统解列的两部分进行并列运行的操作,被称为并列或同期操作。随着负荷的波动,电力系统中发电机运行的台数也经常要变化。因此,同步发电机的并列操作是电厂的一项重要操作,另外,当系统发生事故时,也常要求将备用发电机组迅速投入电网运行。可见,在电力系统运行中并列操作是较为频繁的。电力系统的容量在不断增大,同发电机的单机容量也越来越大,大型机组不恰当的并列操作将导致严重后果。因此,对同步发电机的并列操作进行研究,提高并列操作的准确度和可靠性,对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。1.1电力系统并网的两种情况(1)差频并网:发电机与系统并网和已解列两系统间联络线并网都属差频并网。并网时需实现并列点两侧的电压相近、频率相近、在相角差为0度时完成并网操作。(2)同频并网:未解列两系统间联络线并网属同频并网。这是因并列点两侧频率相同,但两侧会出现一个功角,功角的值与联接井列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。1.2电机并列方法分两类:准同期法和自同期法1.2.1准同期并列 将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速,当满足电压幅值和频率条件后,根据“恒定越前时间原理”,由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令,这种并列操作的合闸冲击电流一般很小,并且机组投入电力系统后能被 迅速拉人同步。根据并列操作的自动化程度不同,又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差,其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系统间的同步情况,如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律,其波形为三角波,如下图所示。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差,并且不受电压幅值差的影响,因此得到广泛应用。手动准同期并列,应在正弦整步电压的最低点(相同点)时合闸,考虑到断路器的固有合闸时间,实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。自动准同期并列,通常采用恒定越前时间原理工作,这个越前时间可按断路器的合闲时间整定。准同期控制器根据给定的允许任差和允许频差,不断地检查准同期条件是否满足,在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时,在整定的越前时刻送出合闸脉冲。1.2.2自同期并列自同期也是一种并列操作过程,但它不同于准同期其操作过程是这样的:先将水轮发电机组转动起来,当转速上升至稍低于机组的额定转速时,就将断路器闭合,这时电力系统给发电机定子绕组送进三相冲击电流形成旋转磁超然后励磁系统再给发电机转子绕组送进直流电流产生磁超使电力系统将发电机拉入同步运行状态在并列过程中,发电机因有冲击电流而受到一定的损伤是自同期的缺点优点是并列过程比较迅速,特别是在电力系统中发生事故或系统电压、频率发生剧烈波动时,采用准同期费时间多而且很困难,甚至不可能实现并列,但采用自同期方式就有可能较迅速地实现并列。1.2.3 准同期并列与自同期并列的比较准同期:发电机与系统的电压差、频差、相角差均在允许的范围内的并列。 自同期:未加励磁的发电机在转速接近系统同步转速,滑差在允许的范围内的并列。准同期并列的优点:(1)合闸时发电机没有冲击电流。(2)电力系统也没有什么影响。准同期并列的缺点:(1)如果因某种原因造成非同期并列时,则冲击电流很大,甚至比机端三相短路电流还大一倍。(2)当采用手动准同期并列时,并列操作的超前时间运行人员也不易掌握。自同期并列的优点:(1)操作方法比较简单,合闸过程的自动化也简单。(2)在事故状况下,合闸迅速。自同期并列的缺点:(1)有冲击电流,而且对系统有影响。(2)在合闸的瞬间系统的电压降低。1.2.4 自动准同期装置图1 自动准同期并列装置组成由图1可见,自动准同期控制器有3个基本单元组成:①合闸控制单元;②均频控制单元;③均压控制单元。控制器的主要输入信号有:①断路器系统侧a、b相电压;②断路器发电机侧a、b相电压。控制器的主要输出信号有:①合闸;②加速和减速;③升压和降压。合闸控制单元的作用是:检测准同期条件(电压差,频率差和相位差),当相位差和频差条件均满足时,选择合适时机(相位差等于越前相角)发出合闸命令;当电压差和相位差或频差条件不满足时,闭锁合闸。合闸控制逻辑框图如图2所示。图2 准同期并列合闸信号控制逻辑单元均压控制单元的作用是:当频率差条件不满足时,根据频率差的方向,相应发出加速或减速命令给原动机调速器,调整调速器的速度给定值,使发电机频率(转速)向系统频率靠近,进而满足频率差条件。调速命令一般以脉冲形式输出,调速脉冲的宽度和,或调速脉冲的频率,根据频率差的大小按一定控制准则计算得出。均压控制单元的作用与均频控制单元相类似,即用以在电压差条件不满足时尽快创造满足条件的电压条件。均压(升压和降压)脉冲被送往自动励磁调节器,用以调整励磁调节器的机端电压给定值。频率差条件和电压差条件的创造,是准同期控制器、原动机调速器和自动励磁调节器3个自动装置协同完成的。2 发电机并列运行的条件2.1待并发电机的电压有效值uf与电网的电压有效值u相等或接近相等允许相差士5%的额定电压值。待并发电机的电压有效值Uf与电网的电压有效值U之间的压差△U,若在允许范围内,所引起的无功冲击电流是允许的。2.2 待并发电机的周波ff应与电网的周波f相等在允许相差士0.05~0.1周/秒以内,若两者周波不等,则会产生有功冲击电流,其结果使发电机转速增加或减小,导致发电机轴产生振动。2.3 待并发电机电压的相位与电网电压的相位相同在发电机并列时,如果两个电压的相位不一致,由此而产生的冲击电流可能达到额定电流的20~30倍,所以是非常危险的。在采用准同期并列时,发电机的冲击电流很小。所以,一般应将相角差控制在107以内,此时的冲击电流约为发电机额定电流的0.5倍。2.4 待并发电机电压的相序必须与电网电压的相序一致要求在安装发电机的时候,根据发电机规定的转向,确定好发电机的相序而得到满足。所以在以后的并列过程中,相序问题就不必考虑了。2.5 待并发电机电压的波形应与电网电压的波形一致电压波形的问题,应在发电机生产制造过程中得以保证。3 发电机手动准同期并列时的操作(1)发电机升压操作正常后,需要根据发电机及电力系统具体运行状况,将待并同期点的同期开关右转至“投”的位置,使同期母线带电。(2)将发电机同期闭锁开关STK置于。闭锁”位置,其1、3接点断开。与此同时,同步检查继电器TJJ进入闭锁状态。(3)将“手动准同期开关”lSTK左转至“粗调”位置,三相同期表s就有了电压和周波的指示。此时,通过调整发电机的电压及频率,使之与电网的电压及频率相近或基本一致。(4)当发电机周波与电网周波相差在1.O周/秒以内时,将“手动准同期开关”lSTK右转至“细调”位置,则组合式三相同期表s的线圈得电,指针开始缓慢地顺时针方向转动。此时,应根据电压、频率的指示,更精细的调整待并发电机的频率。4 发电机并列时不准合闸情况(1)若组合式三相同期表S的指针转动过快时,不准合闸。因为此时待并发电机与电网的周波相差很大,不易掌握开关合闸操作的时间,容易造成在不同期点上合闸。(2)组合式三相同期表S的指针转动不平稳而且有跳动现象,不准合闸。因为这可能其内部的接点有卡阻现象。(3)若组合式三相同期表S的指针在接近同期点时出现停滞现象,不准合闸。因为此时虽然满足并列条件。但由于开关操作机构动作需要约0.2秒的时间,若在此时间内发电机与电网之间的电压、周波及相角差有变化,则会使开关的合闸在不同期点上。5非同期并列的原因及其带来的危害5. 1发电机非同期并列的原因 根据以往实际经验总结出,非同期并列的原因主要有:(1)电压不等。(2)电压相位不一致。(3)频率不等。(4)自动准同期并列时同期装置故障。(5)自动准同期并列时操作人员未按操作规范操作。(6)手动准同期并网时同步表故障。在不符合并列条件的情况下,合上发电机断路器,这种情况就是非同期并列。非同期并列,不但危及发电机,变压器。还严重影响电网及供电系统,造成振荡和甩负荷。5.2发电机非同期并列的危害非同期并列时,将会对发电机造成巨大影响,具体如下:(1)电压不等的情况;并列瞬间发电机内产生冲击电流。如果电压差很大,则冲击电流过大,将会使发电机定子绕组发热,或定子绕组端部在电动力的作用下受损。(2)T电压相位不一致的情况;相位不一致比电压不一致的情况更为严重,此时从系统吸收有功功率。如果δ很大(在180范围内),则冲击电流很大,其有功分量在发电机轴上产生冲击力矩,使设备烧毁,或使发电机大轴扭曲。特别是δ=180时,近似等于机端三相短路电流的两倍,损坏最严重。(3)频率不等的情况;发电机在频率差较大的情况下并入系统,立即带上较多的(或负的)有功功率,对发电机转子产生制动(或加速)的力矩,将使发电机产生机械振动,严重时导致失步,造成并列不成功。5.3发电机非同期出现后的应急方案(1)若发电机无强烈冲击和振动。则可不停机。(2)若发电机已经并入电网且无显著影响和振动,且逐渐平稳,应加强对发电机的全面检查,如无异常可以继续运行。(3)非同期并列引起发变组跳闸,应立即检查保护动作情况,汇报领导。对发变组进行全面检查及试验,再决定是否重新并网。(4)若机组产生很大的冲击电流和强烈的振动,而且并不衰减时,应立即把发电机断路器,灭磁开关断开,解列并停止发电机,待转动停止后,测量定子绕组绝缘电阻,并打开发电机端盖,检查定子绕组端部有无变形情况,查明确无受损后方可再次起动。6 防止非同期并列的措施(1)保证同期回路接线正确,同期装置动作良好。(2)同期装置的闭锁角不可整定过大。(3)采用自动准同期装置并列时,同时也可将手动同期装置投入。(4)断路器的同期回路或合闸回路有工作时,对应一次回路的隔离开关应拉开。以防断路器误合入,误并列。(5)电网电源联络线跳闸,未经检查同期或调度下令许可,严禁强送或合环。(6)设备变更时要坚持定相。发电机、变压器、电压互感器、线路新投入,或一次回路有改变、接线有更动,并列前均应定相。(7)防止并列时人为发生误操作。(8)在同一时间里不允许投入两个同期电源开关,以免在同期回路发生非同期并列。7结语发电机的并列操作非常重要,在一定程度上关系到整个发电厂与电网的安危。因此,要求操作人员必须具有丰富的现场经验和实际工作的锻炼,要求在操作时注意力必须高度集中,密切监视有关机组及联络线的表计变动情况,抓住机会稳、准地进行发电机的并列操作,确保待并发电机安全可靠地并入电网运行。总之,如果发电机非同期并列了,首先发电机的电压、有功、电流波动很大,可以是在全幅摆动,同时在并列时对发电机冲击很大,发电机震动超出正常值。这时应解列发电机,查发电机受损情况特别是转子和机座等,再视情况判断是否投用,以实现工厂的持续、稳定、可靠运行,为提高企业的经济效益创造必要的条件。参考文献[1] 王葵,孙莹.电力系统自动化[M].中国电力出版社,2007[2] 连继军.如何防止发电机非同期并列[J].内蒙古石油化工,2008(1)[3] 贾玉峰.发电机出口开关非同期并列原因分析[J].云南电力技术,2008(4)[4] 邓久艳.同步发电机的并列运行条件和并列方法[J].内蒙古石油化工,2008[5] 安绍军.发电机非同期并列事故原因分析[J].东北电力技术,2009
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