第15章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行

第十五章同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行15-1概述15-2并聯(lián)合閘的條件與方法15-3同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的理論基礎(chǔ)15-4有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定15-5并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)—V形曲線第十五章同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行基本要求：1.掌握同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)合閘的條件2.掌握同步發(fā)電機(jī)的功角特性和靜態(tài)穩(wěn)定的概念3.掌握有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)方法4.理解V形曲線的物理意義15-1概述1.由一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)供電的缺點(diǎn)（1）每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量有一定的限制，使發(fā)電廠的容量也受到限制。（2）負(fù)載是經(jīng)常不斷變化的．當(dāng)負(fù)載很小時(shí)，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率很低。（3）如果沒有備用發(fā)電機(jī)，一旦發(fā)電機(jī)需要檢修，就無法供電。如果有備用發(fā)電機(jī)，等于經(jīng)常積壓一臺(tái)同容量的發(fā)電機(jī)，很不經(jīng)濟(jì)。（4）當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，由于單機(jī)供電，系統(tǒng)容量不大，發(fā)電機(jī)的頻率和端電壓都會(huì)受到影響。2.同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)（1）提高了供電的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。（2）增加供電的可靠性。（3）供電的質(zhì)量提高了。（4）系統(tǒng)越大，負(fù)載就越趨均勻。（5）聯(lián)成大電力系統(tǒng)后，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理。3.同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)運(yùn)行的運(yùn)行條件15-2并聯(lián)合閘的條件與方法一、并聯(lián)合閘的條件AsBsCsAgBgCg等值于電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)將要并入的發(fā)電機(jī)1.理想并聯(lián)合閘的條件（1）發(fā)電機(jī)的頻率等于電網(wǎng)的頻率；（2）發(fā)電機(jī)的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值，且波形一致；（3）發(fā)電機(jī)的電壓相序與電網(wǎng)的電壓相序相同；（4）在合閘時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓相位與電網(wǎng)電壓的相位一樣。（1）檢查投入并聯(lián)的條件：通常用電壓表測量電網(wǎng)電壓，并調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓Ug=Us。（2）確定合閘時(shí)刻：借助同步指示器檢查并調(diào)整頻率和相位以確定合閘時(shí)刻。2.投入并聯(lián)的準(zhǔn)備工作二、準(zhǔn)確同步法準(zhǔn)確同步法：將發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件后才進(jìn)行合閘并網(wǎng)操作的整步方法。接線特點(diǎn)：在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)間對(duì)應(yīng)相之間接入相燈。1.暗燈法~K電網(wǎng)同步指示燈發(fā)電機(jī)暗燈法接線1）并聯(lián)條件不滿足時(shí)的現(xiàn)象頻率不等三個(gè)相燈將呈現(xiàn)同時(shí)暗、同時(shí)亮的交替變化現(xiàn)象。通過調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以改變發(fā)電機(jī)的頻率。電壓不等三個(gè)相燈在最亮和最暗范圍內(nèi)發(fā)光。通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以改變發(fā)電機(jī)的端電壓，使Ug=Us。相序不同錯(cuò)接為：AsAg；BsCg；CsBg相燈承受的電壓為：相序不同時(shí)，三個(gè)相燈亮度不同。相序不同時(shí)的暗燈法接線~K電網(wǎng)同步指示燈發(fā)電機(jī)如果Us=Ug，但fg<fs，=0：=120：=240：則燈光出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，當(dāng)相燈沿圓周按順時(shí)針方向均勻分布時(shí)，燈光沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。如果Us=Ug，但fg>fs，則燈光也會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，當(dāng)相燈沿圓周按順時(shí)針方向分布時(shí)，燈光沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。相位不等相燈不會(huì)熄滅，也不會(huì)變化，不能合閘并網(wǎng)，需稍微調(diào)節(jié)一下發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用暗燈法，若燈光出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則說明發(fā)電機(jī)的相序接錯(cuò)了，需把發(fā)電機(jī)接到并聯(lián)開關(guān)的任意兩根線對(duì)調(diào)一下。2）操作步驟①將要并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步速；②加上勵(lì)磁，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小，使發(fā)電機(jī)的端電壓與電網(wǎng)電壓相等；③此時(shí)，如果相序一致，則燈光表現(xiàn)為明暗交替，如果燈光出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則說明相序不一致，應(yīng)對(duì)調(diào)發(fā)電機(jī)接至并聯(lián)開關(guān)的任意兩根接線，保證相序一致；④調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使燈光亮、暗的頻率很低，并在三個(gè)相燈全暗瞬間，迅速合閘，完成并網(wǎng)操作。2.燈光旋轉(zhuǎn)法接線特點(diǎn)：一個(gè)相燈接于發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的對(duì)應(yīng)相端點(diǎn)之間，另兩個(gè)相燈接于發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的不同相端點(diǎn)之間。

燈光旋轉(zhuǎn)法接線~K電網(wǎng)同步指示燈發(fā)電機(jī)1）并聯(lián)條件不滿足時(shí)的現(xiàn)象頻率不等如果Us=Ug，但fgfs，則燈光出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。相序不同錯(cuò)接為：AsAg；BsCg；CsBg三個(gè)相燈同時(shí)暗、同時(shí)亮交替變化。相序不同時(shí)的燈光旋轉(zhuǎn)法接線~K電網(wǎng)同步指示燈發(fā)電機(jī)2）操作步驟①將要并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步速；②加上勵(lì)磁，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小，使發(fā)電機(jī)的端電壓與電網(wǎng)電壓相等；③此時(shí)，如果相序相同，則燈光旋轉(zhuǎn)，如燈光同步則說明相序不同，應(yīng)對(duì)調(diào)發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的任意兩根接線；④根據(jù)燈光旋轉(zhuǎn)方向，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使燈光旋轉(zhuǎn)速度逐漸變慢，最后在相燈1熄滅、相燈2和相燈3亮度相同時(shí)迅速合閘，完成并網(wǎng)操作。3）準(zhǔn)確同步法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：合閘時(shí)沒有明顯的沖擊電流；缺點(diǎn)：操作復(fù)雜，比較費(fèi)時(shí)間。三、自同步法1.自同步法的操作步驟事先校驗(yàn)好發(fā)電機(jī)的相序；將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組經(jīng)限流電阻短路；把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步速(轉(zhuǎn)差率小于5%)時(shí)，合上并網(wǎng)開關(guān)，并立即加入勵(lì)磁，依靠定、轉(zhuǎn)子之間的電磁力自動(dòng)牽入同步。2.自同步法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，方便快捷，不需要復(fù)雜的并聯(lián)設(shè)備。缺點(diǎn)：合閘時(shí)有較大的沖擊電流。K1~K2R15-3同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的理論基礎(chǔ)1.同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式同步發(fā)電機(jī)的功率流程圖2.同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式式中，T1—原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；T—電磁轉(zhuǎn)矩；T0—機(jī)械摩擦及鐵耗引起的空載轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1應(yīng)克服制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩T和空載轉(zhuǎn)矩T0做功，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能輸出。3.同步發(fā)電機(jī)的電磁功率同步發(fā)電機(jī)的電磁功率PM是通過氣隙合成磁場傳遞到定子的總的電功率。15-4有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定

無限大電網(wǎng)：U=C，f=C，Zs=0功角特性：同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到大電網(wǎng)后，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率恒定、電機(jī)參數(shù)（Xd、Xq、Xc）為常數(shù)、勵(lì)磁電流不變時(shí)，PM=f()。從簡化相量圖可以看出1.同步發(fā)電機(jī)的功角特性1）隱極同步發(fā)電機(jī)功角特性表達(dá)式當(dāng)=90時(shí)，出現(xiàn)最大電磁功率，即最大電磁功率隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性功角特性是同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)有功功率輸出的重要特性曲線。功率角

的雙重物理意義時(shí)間相位角：

勵(lì)磁電動(dòng)勢和電壓之間的夾角。定義：超前時(shí)，為正。轉(zhuǎn)子磁極等效合成磁極空間相位角：產(chǎn)生電動(dòng)勢的勵(lì)磁磁動(dòng)勢和產(chǎn)生電壓的等效合成磁動(dòng)勢之間的夾角。2）凸極同步發(fā)電機(jī)忽略電樞電阻，有從簡化相量圖可以看出功角特性表達(dá)式所以式中，為勵(lì)磁電磁功率；為凸極電磁功率。3）同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩角度特性凸極同步發(fā)電機(jī)隱極同步發(fā)電機(jī)凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性2.并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有功功率的調(diào)節(jié)1）增大勵(lì)磁電流if滯后，

=0改變勵(lì)磁可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率，但不能改變發(fā)電機(jī)輸出的有功功率。PM=0空載時(shí),P1

p02）增大原動(dòng)機(jī)的輸入功率P1當(dāng)增大到使P1p0=PM

時(shí)，加速過程結(jié)束，在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。并聯(lián)在無限大電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)，要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，必須調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率（P1、T1）。3）調(diào)節(jié)有功功率時(shí)發(fā)電機(jī)輸出無功功率的變化當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不變時(shí)，改變發(fā)電機(jī)輸出的有功功率時(shí)，無功功率也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)有功功率增大時(shí)，滯后的無功功率會(huì)減小。并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)，保持勵(lì)磁電流if不變，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率時(shí)，勵(lì)磁電動(dòng)勢相量的軌跡是一個(gè)圓，電樞電流相量的軌跡也是一個(gè)圓，把它們稱為同步電機(jī)的圓圖。3.同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定1）靜態(tài)穩(wěn)定的定義并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)，在電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)將發(fā)生變化，若擾動(dòng)消失后，發(fā)電機(jī)能自行恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行，則稱發(fā)電機(jī)是靜態(tài)穩(wěn)定的。反之就是不穩(wěn)定的。2）靜態(tài)穩(wěn)定分析原動(dòng)機(jī)的有效輸入轉(zhuǎn)矩為AB失步，不穩(wěn)定。A點(diǎn)：微小擾動(dòng)使增大

時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T也增加一個(gè)T，擾動(dòng)消失后，電機(jī)自動(dòng)回到A點(diǎn)運(yùn)行，穩(wěn)定。nAABBB點(diǎn)：微小擾動(dòng)使增大

時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T減小一個(gè)T，擾動(dòng)消失后，n

同步發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)：同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定極限：隱極同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定極限：隱極同步發(fā)電機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩：此時(shí)，3）整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)凸極同步發(fā)電機(jī)隱極同步發(fā)電機(jī)的大小反映了同步發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力，稱為整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)。4）過載能力過載能力：同步發(fā)電機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax與額定電磁轉(zhuǎn)矩TN之比，用km表示，即隱極同步發(fā)電機(jī)隱極同步發(fā)電機(jī)，一般過載能力km=1.5~2.0，即30~40。15-5并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)—V形曲線1.無功功率的調(diào)節(jié)假設(shè)：在調(diào)節(jié)無功功率時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率不變，并忽略定子電阻和磁飽和影響。則有由于m、U、Xc都是常數(shù)，所以有1）正常勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出的全部為有功功率，無功功率為零。與同相2）過勵(lì)發(fā)電機(jī)除輸出有功功率，還輸出滯后的無功功率。

3）欠勵(lì)發(fā)電機(jī)除輸出有功功率，還輸出超前的無功功率。4）靜態(tài)穩(wěn)定極限進(jìn)一步減小勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)將不能穩(wěn)定運(yùn)行。2.V形曲線V形曲線：并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不變時(shí)，表