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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ωd,若ωG<ωS,發(fā)電機轉(zhuǎn)速過低,則發(fā)出增速脈沖;若ωG>ωS,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UG<US,發(fā)電機電壓過低,則發(fā)出增加勵磁信號;若UG>US,發(fā)電機電壓過高,則發(fā)出減少勵磁信號,調(diào)節(jié)電壓UG使它與US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δlead發(fā)出合閘信號。不同的頻率差(ωd)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tc,斷路器有合閘固有時間tQF,通常令tlead=tc+tQF。若取ωd2=ωd.set=δlead/tlead時,合閘相位差為0,稱最佳滑差角頻率。當(dāng)ωd不等于ωd.set時,ωd1較大,經(jīng)tQF時間合閘在δ=0之后;ωd3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tlead發(fā)出合閘信號,不同的頻率差(ωd)情況下,提前的角度是變化的(δ1.1>δ1.2>δ1.3)。取tlead與合閘回路固有時間tc十tQF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
tlead=tc+tQF................................................. (5-16)
式中,tc ——自動準(zhǔn)同期裝置的動作時間;
tQF——并列斷路器的合閘時間;
tlead——恒定越前時間,對應(yīng)的δlead=ωdtlesd隨ωd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=UG-US,計算Δf=fG-fS,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)tlead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)δset為發(fā)電機組的允許合閘相角,則最大允許滑差ωd.set為
式中,Δtc——自動并列裝置動作時間誤差;
ΔtQF——斷路器合閘時間誤差。
其中允許合閘相角δset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tQF=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δset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ωd.set為
由式(5-6)計算允許滑差ωd.set對應(yīng)的脈動電壓周期Td為
總結(jié):
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