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同步發(fā)電機(jī)并列操作的方法 |
摘要:同步發(fā)電機(jī)與其他機(jī)組以及市電系統(tǒng)的電壓差、頻差、相角差均在允許的范圍內(nèi)方能進(jìn)行并列運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行優(yōu)勢(shì)是便于擴(kuò)充能量,互相調(diào)劑,具有良好的經(jīng)濟(jì)性和靈活性;同時(shí)為設(shè)備的輪流檢修以及其他發(fā)電機(jī)組故障時(shí)提供電力切換和支持。
一、并列需要滿足的條件
1、待并發(fā)電機(jī)的電壓有效值Ug與電網(wǎng)電壓有效值U相等或接近相等,允許相差±5%的額定電壓值。
(1)調(diào)節(jié)原因:△U越大,沖擊電流越大,相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的突然短路。
(2)調(diào)節(jié)措施:調(diào)整機(jī)端電壓,和電網(wǎng)電壓匹配.
2、待并發(fā)電機(jī)的頻率fg應(yīng)與電網(wǎng)的頻率f相等,但允許相差±0.05~0.1。
(1)調(diào)節(jié)原因:△f會(huì)產(chǎn)生有功沖擊電流,使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加或減小,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸產(chǎn)生振動(dòng)。將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子磁極和定子磁極間的相對(duì)速度過(guò)大,相互之間不易拉住,容易失步。
(2) 調(diào)節(jié)方式:調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,使其電網(wǎng)周波匹配;一般是將待并發(fā)電機(jī)的周波略調(diào)高于電網(wǎng)的周波。
3、待并發(fā)電機(jī)電壓的相位與電網(wǎng)電壓的相位相同,即相角相等,一般相角差控制在10°以內(nèi)。
調(diào)節(jié)原因:電壓的相位不一致,由此而產(chǎn)生的沖擊電流可能達(dá)到額定電流的20~30倍,是非常危險(xiǎn)的。沖擊電流的有功分量的沖擊使柴油機(jī)受到很大的機(jī)械應(yīng)力,這樣非但不能把待并發(fā)電機(jī)拉入同步,而且可能使其它并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)失去同步。
4、待并發(fā)電機(jī)的電壓的相序必須與電網(wǎng)電壓的相序相同。
5、待并發(fā)電機(jī)的電壓的波形必須與電網(wǎng)電壓的波形一致,即均為正弦波形。
二、電力系統(tǒng)并列操作
并列運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī),其轉(zhuǎn)子以相同的電角速度旋轉(zhuǎn),每個(gè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)電角速度都在允許的極限值以內(nèi),稱之為同步運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō),發(fā)電機(jī)在沒(méi)有并入電網(wǎng)前,與系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)是不同步的。
1、同期并列操作
電力系統(tǒng)中的負(fù)荷是隨機(jī)變化的,為保證電能質(zhì)量,并滿足安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求,需經(jīng)常將發(fā)電機(jī)投入和退出運(yùn)行。把一臺(tái)待投入系統(tǒng)的空載發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)必要的調(diào)節(jié),在滿足并列運(yùn)行的條件下經(jīng)開(kāi)關(guān)操作與系統(tǒng)并列,這樣的操作過(guò)程稱為并列操作(簡(jiǎn)稱同期)。
2、準(zhǔn)同期并列操作
在某些情況下,還要求將已解列為兩部分運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行并列,同樣也必須滿足并列運(yùn)行條件才能進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。這種操作也是并列操作,其并列操作的基本原理與發(fā)電機(jī)并列相同,但調(diào)節(jié)比較復(fù)雜,且實(shí)現(xiàn)的具體方式有一定的差別。圖1(a)表示發(fā)電機(jī)G通過(guò)斷路器QF與系統(tǒng)進(jìn)行并列操作,圖1(b)表示系統(tǒng)的兩個(gè)部分S1和S2通過(guò)斷路器QF3實(shí)現(xiàn)并列操作。
電力系統(tǒng)這兩種基本并列操作中,以同步發(fā)電機(jī)的并列操作最為頻繁和常見(jiàn),如操作不當(dāng)或誤操作,將產(chǎn)生極大的沖擊電流,損壞發(fā)電機(jī),引起系統(tǒng)電壓波動(dòng),甚至導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩,破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。采用自動(dòng)并列裝置進(jìn)行并列操作,不僅能減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,也能提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
二、電廠的同期點(diǎn)
1、同期點(diǎn)
在發(fā)電廠內(nèi),安裝有很多的斷路器,凡可以進(jìn)行并列操作的斷路器,都可作為電廠的同期點(diǎn)。
(1)通常發(fā)電機(jī)的出口斷路器都是同期點(diǎn),見(jiàn)圖1(a)。
(2)發(fā)電機(jī)一變壓器組用高壓側(cè)斷路器作為同期點(diǎn),見(jiàn)圖1(b);
(3)雙繞組變壓器用低壓側(cè)斷路器作為同期點(diǎn);
(4)母聯(lián)斷路器、旁路斷路器都應(yīng)設(shè)為同期點(diǎn)。
同期點(diǎn)的設(shè)置要考慮系統(tǒng)、發(fā)電廠、變電站在各種運(yùn)行方式下操作的靈活方便,也應(yīng)具體考慮并列操作過(guò)程中調(diào)節(jié)的可行性。
2、并列的特征
電力系統(tǒng)中可以并列操作的同期點(diǎn)按并列的特征不同,可分為差頻并網(wǎng)和同頻并網(wǎng)兩類。
(1)差頻并網(wǎng)的特征
在并網(wǎng)之前,同期點(diǎn)斷路器兩側(cè)是沒(méi)有電氣聯(lián)系的兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),它們?cè)诓⒘星笆遣煌降?,存在頻率差、電壓差。由于頻率的不同,使得兩電源之間的相角差也不斷地變化(三相發(fā)電機(jī)相位角示意圖如圖2所示)。在進(jìn)行并列操作時(shí)需要滿足電壓、頻率、相位三個(gè)條件。例如在發(fā)電廠將同步發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)參與并列運(yùn)行,或在變電站內(nèi)將已完全解列的兩個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)均為差頻并網(wǎng)。
(2)同頻并網(wǎng)的特征
并列前同期點(diǎn)斷路器兩側(cè)電源已存在電氣聯(lián)系,電壓可能不同,但頻率相同,且存在一個(gè)固定的相角差。如圖1(b)中,若電源S1和S2為兩個(gè)已有聯(lián)絡(luò)的系統(tǒng),再通過(guò)斷路器QF3并列(合環(huán))。在開(kāi)環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓數(shù)值不相同,但頻率相同,而且兩電壓間存在一個(gè)相角差。這個(gè)相角差實(shí)質(zhì)上是正在運(yùn)行線路等值電路的功角,其數(shù)值取決于并列前兩個(gè)電源間連接電路的電抗和傳輸?shù)挠泄β手?,傳輸功率越大、線路阻抗越大,相角差越大。因此,同頻并網(wǎng)主要應(yīng)考慮相角條件的限制。
圖1 發(fā)電機(jī)并列操作基本方法 |
圖2 發(fā)電機(jī)相位角示意圖 |
三、同步發(fā)電機(jī)并列操作的方法
在電力系統(tǒng)中,并列方法主要有準(zhǔn)同期并列和自同期并列兩種。
(1)準(zhǔn)同步并列。
先給待并發(fā)電機(jī)加勵(lì)磁,使發(fā)電機(jī)建立起電壓,調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓和頻率,在接近同步條件時(shí),合上并列斷路器,將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。若整個(gè)過(guò)程是人工完成的,稱手動(dòng)準(zhǔn)同期并列;若是自動(dòng)進(jìn)行的,稱自動(dòng)準(zhǔn)同期并列。
準(zhǔn)同期并列的優(yōu)點(diǎn)是并列時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流較小,不會(huì)使系統(tǒng)電壓降低,并列后容易拉入同步,因而在系統(tǒng)中廣泛使用。
(2)自同期并列。
自同期并列的操作是將未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升到接近額定轉(zhuǎn)速,首先投入斷路器,然后立即合上開(kāi)關(guān)供給勵(lì)磁電流,隨即將發(fā)電機(jī)拉入同步。
自同期并列方式的主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、速度快,在系統(tǒng)發(fā)生故障、頻率波動(dòng)較大時(shí),發(fā)電機(jī)組仍能并列操作并迅速投入電網(wǎng)運(yùn)行,可避免故障擴(kuò)大,有利于處理系統(tǒng)事故,但因合閘瞬間發(fā)電機(jī)定子吸收大量無(wú)功功率,導(dǎo)致合閘瞬間系統(tǒng)電壓下降較多。因此,《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》(GB 14285-1993)規(guī)定“在正常運(yùn)行情況下,同步發(fā)電機(jī)的并列應(yīng)采用準(zhǔn)同期方式;在故障情況下,柴油發(fā)電機(jī)可以采用自同期方式。
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