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新闻主题	发电机组准同期并列装置的构成和原理

 

摘要：同期装置的任务是实现自动并列操作，应具有自动检测待并发电机与母线之间的压差及频差是否符合并列条件，并在满足这两个条件时，能自动地发出合闸脉冲，使并列断路器主触头在相角差为零的瞬间闭合；当压差、频差不满足并列条件时，能对待并发电机自动地进行调压、调速，以加快进行自动并列的过程。在满足并列条件的情况下，采用准同期并列方法将待并发电机组投入电网运行，只要控制得当就可使冲击电流很小且对电网扰动甚微。因此准同期并列是电力系统运行中的主要并列方式。

 

一、准同期并列的控制逻辑分区

 

      待并断路器两侧在合闸前为脉动电压，脉动电压的一个周期从控制逻辑上共分三个区域。

1、电压差、频率差调整区

      δ在0～π区间，当电压差或频率差高于允许值时，进行差值方向判别，并进行电压或频率的调整，见图1。

2、电压差、频率差判别区

      δ在π～2π之前的区间，对电压差和频率差是否低于允许值进行检测，若两差值均低于允许值，则逻辑允许开放合闸脉冲作用，若任一差值高于允许值，则对合闸脉冲进行闭锁，见图1。

3、合闸区

      在脉动电压δ到达2π前产生合闸脉冲，若逻辑允许合闸，则向断路器合闸回路发出合闸脉冲。若逻辑不允许合闸，则合闸脉冲将被闭锁，断路器不会合闸，见图2。

 

图1  准同期并联合闸控制时间配合曲线图

图2  准同期并联合闸信号控制逻辑图

 

二、自动准同期并列装置构成

 

1、自动准同期装置构成及功能

      图3所示为典型自动准同期并列装置构成原理图，由图可见，自动准同步装置主要由频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元和电源部分组成。其中频率差控制单元的任务是自动检测Ug与Us间的滑差角频率，且自动调节发电机转速，使发电机的频率接近于系统频率。各控制部分作用分述如下：

（1）频率差控制单元：检测Ug与Us间的滑差角速度ω_d，若ω_G＜ω_S，发电机转速过低，则发出增速脉冲；若ω_G＞ω_S，发电机转速过高，则发出减速脉冲，调节转速，使发电机电压的频率接近于系统频率。

（2）电压控制单元：检测Ug与Us间的电压差，若U_G＜U_S，发电机电压过低，则发出增加励磁信号；若U_G＞U_S，发电机电压过高，则发出减少励磁信号，调节电压U_G使它与U_S的差值小于允许值。

（3）合闸信号控制单元：选择合适的时机，即在相角差δ等于零（2π）的时刻之前，提前一个量发出合闸信号。若频率和电压都满足并列条件，则合闸信号回路开放，控制断路器合闸。

 

图3 自动准同期并列装置构成原理图

 

2、自动准同期并列合闸信号

      在准同期并列控制中，断路器的合闸信号并不是在δ等于零（2π）时发出的，原因是控制单元发出合闸信号后，该信号需要放大，以能够驱动断路器的操动机构，信号会有延迟，而断路器的操动机构在收到合闸信号后，机械操动机构动作使断路器动静触头闭合同样会有时间延迟，即断路器存在固有的合闸时间。

      在准同期并列操作中，合闸信号控制单元是准同步并列装置的核心部件，其控制原则是当频率和电压都满足并列条件的情况下，在Ug与Us重合之前发出合闸信号。以达到在Ug与Us两相量重合（δ＝2π）时断路器动静触头正好闭合。两电压相量重合之前的信号称为提前量信号。按提前量的不同，准同步并列装置可分为恒定越前相角和恒定越前时间两种原理。

（1）恒定越前相角准同期并列。在δ到达0（2π）之前的恒定角度δ_lead发出合闸信号。不同的频率差（ω_d）情况下，提前的角度相同。

准同期并列装置有信号输出动作时间t_c，断路器有合闸固有时间t_QF，通常令t_lead＝t_c＋t_QF。若取ω_d2＝ω_d.set＝δ_lead/t_lead时，合闸相位差为0，称最佳滑差角频率。当ω_d不等于ω_d.set时，ω_d1较大，经t_QF时间合闸在δ＝0之后；ω_d3较小，合闸在δ＝0之前，见图4。一般情况下合闸时均有相位差存在，即会产生一定的冲击电流。

（2）恒定越前时间准同期并列。在δ到达0（2π）之前恒定时间t_lead发出合闸信号，不同的频率差（ω_d）情况下，提前的角度是变化的（δ_1.1＞δ_1.2＞δ_1.3）。取t_lead与合闸回路固有时间t_c十t_QF相同，见图5。理论上，合闸时正好δ＝0，无冲击电流，因此恒定越前时间准同期并列为目前广泛应用的方法。

      由图5可得

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

式中，t_c ——自动准同期装置的动作时间；

t_QF——并列断路器的合闸时间；

t_lead——恒定越前时间，对应的δ_lead＝ω_dt_lesd随ω_d变化，成正比关系。

 

图4  恒定越前相角准同期并列曲线图

图5  恒定越前时间准同期并列曲线图

 

3、恒定越前时间的并列控制过程

      在恒定越前时间到达前完成电压差检测、频率差检测，通过计算机计算电压差ΔU＝U_G-U_S，计算Δf＝f_G-f_S，判别是否满足合闸条件。若满足，开放合闸脉冲；若不满足，闭锁合闸脉冲，根据ΔU、Δf的正负可判别电压及频率调整方向，并发出相应调整信号。

      合闸信号控制单元在每个脉动周期中，在δ到达2π前，即恒定越前时间到达时，产生一个合闸脉冲信号，但该合闸信号是否起作用，取决于通道是否处于开放状态，即并列电压、频率条件满足，则通道未被闭锁，将驱动断路器合闸，经t_lead时间，断路器动静触头闭合，发电机并入电网；若并列电压、频率条件不满足，则通道被闭锁，进入下一脉动周期，进行调整。

 

三、准同期并列条件计算

 

1、允许电压差

      发电机采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参数已归算到以发电机额定容量的标幺值。设一次系统的参数为：发电机次暂态电抗X”_d为0.105；系统与线路等值电抗为0.05；待并发电机允许的冲击电流值。

      由式（5-10）计算允许电压差得

 

 

2、允许滑差角频率

      设合闸控制回路和断路器操动机均存在误差，由此造成合闸误差角δ。

      设δ_set为发电机组的允许合闸相角，则最大允许滑差ω_d.set为

 

 

式中，Δt_c——自动并列装置动作时间误差；

Δt_QF——断路器合闸时间误差。

其中允许合闸相角δ_set取决于发电机的允许冲击电流值i”_imp.m。

      设一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗X”_q为0.115；系统等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗为0.08；断路器合闸时间t_QF＝0.05s，它的最大可能误差时间为±20％；自动并列装置最大误差时间为士0.02s；待并发电机允许的冲击电流值为

 

 

      由式（5-12）计算允许合闸误差角δ_set为

 

 

      式中考虑并列时发电机电动势超过额定电压5％，E”_q取1.05。

      由式（5-18）计算允许滑差ω_d.set为

 

 

      由式（5-6）计算允许滑差ω_d.set对应的脉动电压周期T_d为

 

 

总结：

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