新聞主題	發(fā)電機組準(zhǔn)同期并列裝置的構(gòu)成和原理

 

摘要：同期裝置的任務(wù)是實現(xiàn)自動并列操作，應(yīng)具有自動檢測待并發(fā)電機與母線之間的壓差及頻差是否符合并列條件，并在滿足這兩個條件時，能自動地發(fā)出合閘脈沖，使并列斷路器主觸頭在相角差為零的瞬間閉合；當(dāng)壓差、頻差不滿足并列條件時，能對待并發(fā)電機自動地進行調(diào)壓、調(diào)速，以加快進行自動并列的過程。在滿足并列條件的情況下，采用準(zhǔn)同期并列方法將待并發(fā)電機組投入電網(wǎng)運行，只要控制得當(dāng)就可使沖擊電流很小且對電網(wǎng)擾動甚微。因此準(zhǔn)同期并列是電力系統(tǒng)運行中的主要并列方式。

 

一、準(zhǔn)同期并列的控制邏輯分區(qū)

 

      待并斷路器兩側(cè)在合閘前為脈動電壓，脈動電壓的一個周期從控制邏輯上共分三個區(qū)域。

1、電壓差、頻率差調(diào)整區(qū)

      δ在0～π區(qū)間，當(dāng)電壓差或頻率差高于允許值時，進行差值方向判別，并進行電壓或頻率的調(diào)整，見圖1。

2、電壓差、頻率差判別區(qū)

      δ在π～2π之前的區(qū)間，對電壓差和頻率差是否低于允許值進行檢測，若兩差值均低于允許值，則邏輯允許開放合閘脈沖作用，若任一差值高于允許值，則對合閘脈沖進行閉鎖，見圖1。

3、合閘區(qū)

      在脈動電壓δ到達2π前產(chǎn)生合閘脈沖，若邏輯允許合閘，則向斷路器合閘回路發(fā)出合閘脈沖。若邏輯不允許合閘，則合閘脈沖將被閉鎖，斷路器不會合閘，見圖2。

 

圖1  準(zhǔn)同期并聯(lián)合閘控制時間配合曲線圖

圖2  準(zhǔn)同期并聯(lián)合閘信號控制邏輯圖

 

二、自動準(zhǔn)同期并列裝置構(gòu)成

 

1、自動準(zhǔn)同期裝置構(gòu)成及功能

      圖3所示為典型自動準(zhǔn)同期并列裝置構(gòu)成原理圖，由圖可見，自動準(zhǔn)同步裝置主要由頻率差控制單元、電壓差控制單元、合閘信號控制單元和電源部分組成。其中頻率差控制單元的任務(wù)是自動檢測Ug與Us間的滑差角頻率，且自動調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機的頻率接近于系統(tǒng)頻率。各控制部分作用分述如下：

（1）頻率差控制單元：檢測Ug與Us間的滑差角速度ω_d，若ω_G＜ω_S，發(fā)電機轉(zhuǎn)速過低，則發(fā)出增速脈沖；若ω_G＞ω_S，發(fā)電機轉(zhuǎn)速過高，則發(fā)出減速脈沖，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機電壓的頻率接近于系統(tǒng)頻率。

（2）電壓控制單元：檢測Ug與Us間的電壓差，若U_G＜U_S，發(fā)電機電壓過低，則發(fā)出增加勵磁信號；若U_G＞U_S，發(fā)電機電壓過高，則發(fā)出減少勵磁信號，調(diào)節(jié)電壓U_G使它與U_S的差值小于允許值。

（3）合閘信號控制單元：選擇合適的時機，即在相角差δ等于零（2π）的時刻之前，提前一個量發(fā)出合閘信號。若頻率和電壓都滿足并列條件，則合閘信號回路開放，控制斷路器合閘。

 

圖3 自動準(zhǔn)同期并列裝置構(gòu)成原理圖

 

2、自動準(zhǔn)同期并列合閘信號

      在準(zhǔn)同期并列控制中，斷路器的合閘信號并不是在δ等于零（2π）時發(fā)出的，原因是控制單元發(fā)出合閘信號后，該信號需要放大，以能夠驅(qū)動斷路器的操動機構(gòu)，信號會有延遲，而斷路器的操動機構(gòu)在收到合閘信號后，機械操動機構(gòu)動作使斷路器動靜觸頭閉合同樣會有時間延遲，即斷路器存在固有的合閘時間。

      在準(zhǔn)同期并列操作中，合閘信號控制單元是準(zhǔn)同步并列裝置的核心部件，其控制原則是當(dāng)頻率和電壓都滿足并列條件的情況下，在Ug與Us重合之前發(fā)出合閘信號。以達到在Ug與Us兩相量重合（δ＝2π）時斷路器動靜觸頭正好閉合。兩電壓相量重合之前的信號稱為提前量信號。按提前量的不同，準(zhǔn)同步并列裝置可分為恒定越前相角和恒定越前時間兩種原理。

（1）恒定越前相角準(zhǔn)同期并列。在δ到達0（2π）之前的恒定角度δ_lead發(fā)出合閘信號。不同的頻率差（ω_d）情況下，提前的角度相同。

準(zhǔn)同期并列裝置有信號輸出動作時間t_c，斷路器有合閘固有時間t_QF，通常令t_lead＝t_c＋t_QF。若取ω_d2＝ω_d.set＝δ_lead/t_lead時，合閘相位差為0，稱最佳滑差角頻率。當(dāng)ω_d不等于ω_d.set時，ω_d1較大，經(jīng)t_QF時間合閘在δ＝0之后；ω_d3較小，合閘在δ＝0之前，見圖4。一般情況下合閘時均有相位差存在，即會產(chǎn)生一定的沖擊電流。

（2）恒定越前時間準(zhǔn)同期并列。在δ到達0（2π）之前恒定時間t_lead發(fā)出合閘信號，不同的頻率差（ω_d）情況下，提前的角度是變化的（δ_1.1＞δ_1.2＞δ_1.3）。取t_lead與合閘回路固有時間t_c十t_QF相同，見圖5。理論上，合閘時正好δ＝0，無沖擊電流，因此恒定越前時間準(zhǔn)同期并列為目前廣泛應(yīng)用的方法。

      由圖5可得

t_lead=t_c+t_{QF.................................................} (5-16)

式中，t_c ——自動準(zhǔn)同期裝置的動作時間；

t_QF——并列斷路器的合閘時間；

t_lead——恒定越前時間，對應(yīng)的δ_lead＝ω_dt_lesd隨ω_d變化，成正比關(guān)系。

 

圖4  恒定越前相角準(zhǔn)同期并列曲線圖

圖5  恒定越前時間準(zhǔn)同期并列曲線圖

 

3、恒定越前時間的并列控制過程

      在恒定越前時間到達前完成電壓差檢測、頻率差檢測，通過計算機計算電壓差ΔU＝U_G-U_S，計算Δf＝f_G-f_S，判別是否滿足合閘條件。若滿足，開放合閘脈沖；若不滿足，閉鎖合閘脈沖，根據(jù)ΔU、Δf的正負可判別電壓及頻率調(diào)整方向，并發(fā)出相應(yīng)調(diào)整信號。

      合閘信號控制單元在每個脈動周期中，在δ到達2π前，即恒定越前時間到達時，產(chǎn)生一個合閘脈沖信號，但該合閘信號是否起作用，取決于通道是否處于開放狀態(tài)，即并列電壓、頻率條件滿足，則通道未被閉鎖，將驅(qū)動斷路器合閘，經(jīng)t_lead時間，斷路器動靜觸頭閉合，發(fā)電機并入電網(wǎng)；若并列電壓、頻率條件不滿足，則通道被閉鎖，進入下一脈動周期，進行調(diào)整。

 

三、準(zhǔn)同期并列條件計算

 

1、允許電壓差

      發(fā)電機采用自動準(zhǔn)同期并列方式與系統(tǒng)進行并列，系統(tǒng)的參數(shù)已歸算到以發(fā)電機額定容量的標(biāo)幺值。設(shè)一次系統(tǒng)的參數(shù)為：發(fā)電機次暫態(tài)電抗X”_d為0.105；系統(tǒng)與線路等值電抗為0.05；待并發(fā)電機允許的沖擊電流值。

      由式（5-10）計算允許電壓差得

 

 

2、允許滑差角頻率

      設(shè)合閘控制回路和斷路器操動機均存在誤差，由此造成合閘誤差角δ。

      設(shè)δ_set為發(fā)電機組的允許合閘相角，則最大允許滑差ω_d.set為

 

 

式中，Δt_c——自動并列裝置動作時間誤差；

Δt_QF——斷路器合閘時間誤差。

其中允許合閘相角δ_set取決于發(fā)電機的允許沖擊電流值i”_imp.m。

      設(shè)一次系統(tǒng)的參數(shù)為：發(fā)電機交軸次暫態(tài)電抗X”_q為0.115；系統(tǒng)等值機組的交軸次暫態(tài)電抗與線路電抗為0.08；斷路器合閘時間t_QF＝0.05s，它的最大可能誤差時間為±20％；自動并列裝置最大誤差時間為士0.02s；待并發(fā)電機允許的沖擊電流值為

 

 

      由式（5-12）計算允許合閘誤差角δ_set為

 

 

      式中考慮并列時發(fā)電機電動勢超過額定電壓5％，E”_q取1.05。

      由式（5-18）計算允許滑差ω_d.set為

 

 

      由式（5-6）計算允許滑差ω_d.set對應(yīng)的脈動電壓周期T_d為

 

 

總結(jié)：

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