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新聞主題 |
發(fā)電機組準同期并列裝置的構成和原理 |
摘要：同期裝置的任務(wù)是實(shí)現自動(dòng)并列操作，應具有自動(dòng)檢測待并發(fā)電機與母線(xiàn)之間的壓差及頻差是否符合并列條件，并在滿(mǎn)足這兩個(gè)條件時(shí)，能自動(dòng)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；當壓差、頻差不滿(mǎn)足并列條件時(shí)，能對待并發(fā)電機自動(dòng)地進(jìn)行調壓、調速，以加快進(jìn)行自動(dòng)并列的過(guò)程。在滿(mǎn)足并列條件的情況下，采用準同期并列方法將待并發(fā)電機組投入電網(wǎng)運行，只要控制得當就可使沖擊電流很小且對電網(wǎng)擾動(dòng)甚微。因此準同期并列是電力系統運行中的主要并列方式。
一、準同期并列的控制邏輯分區
待并斷路器兩側在合閘前為脈動(dòng)電壓，脈動(dòng)電壓的一個(gè)周期從控制邏輯上共分三個(gè)區域。
1、電壓差、頻率差調整區
δ在0～π區間，當電壓差或頻率差高于允許值時(shí)，進(jìn)行差值方向判別，并進(jìn)行電壓或頻率的調整，見(jiàn)圖1。
2、電壓差、頻率差判別區
δ在π～2π之前的區間，對電壓差和頻率差是否低于允許值進(jìn)行檢測，若兩差值均低于允許值，則邏輯允許開(kāi)放合閘脈沖作用，若任一差值高于允許值，則對合閘脈沖進(jìn)行閉鎖，見(jiàn)圖1。
3、合閘區
在脈動(dòng)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(huì )合閘，見(jiàn)圖2。
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圖1 準同期并聯(lián)合閘控制時(shí)間配合曲線(xiàn)圖 |
圖2 準同期并聯(lián)合閘信號控制邏輯圖 |
二、自動(dòng)準同期并列裝置構成
1、自動(dòng)準同期裝置構成及功能
圖3所示為典型自動(dòng)準同期并列裝置構成原理圖，由圖可見(jiàn)，自動(dòng)準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(dòng)檢測Ug與Us間的滑差角頻率，且自動(dòng)調節發(fā)電機轉速，使發(fā)電機的頻率接近于系統頻率。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)電機轉速過(guò)低，則發(fā)出增速脈沖；若ωG＞ωS，發(fā)電機轉速過(guò)高，則發(fā)出減速脈沖，調節轉速，使發(fā)電機電壓的頻率接近于系統頻率。
（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(guò)低，則發(fā)出增加勵磁信號；若UG＞US，發(fā)電機電壓過(guò)高，則發(fā)出減少勵磁信號，調節電壓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(shí)機，即在相角差δ等于零（2π）的時(shí)刻之前，提前一個(gè)量發(fā)出合閘信號。若頻率和電壓都滿(mǎn)足并列條件，則合閘信號回路開(kāi)放，控制斷路器合閘。
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圖3 自動(dòng)準同期并列裝置構成原理圖 |
2、自動(dòng)準同期并列合閘信號
在準同期并列控制中，斷路器的合閘信號并不是在δ等于零（2π）時(shí)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，以能夠驅動(dòng)斷路器的操動(dòng)機構，信號會(huì )有延遲，而斷路器的操動(dòng)機構在收到合閘信號后，機械操動(dòng)機構動(dòng)作使斷路器動(dòng)靜觸頭閉合同樣會(huì )有時(shí)間延遲，即斷路器存在固有的合閘時(shí)間。
在準同期并列操作中，合閘信號控制單元是準同步并列裝置的核心部件，其控制原則是當頻率和電壓都滿(mǎn)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(shí)斷路器動(dòng)靜觸頭正好閉合。兩電壓相量重合之前的信號稱(chēng)為提前量信號。按提前量的不同，準同步并列裝置可分為恒定越前相角和恒定越前時(shí)間兩種原理。
（1）恒定越前相角準同期并列。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。
準同期并列裝置有信號輸出動(dòng)作時(shí)間tc，斷路器有合閘固有時(shí)間tQF，通常令tlead＝tc＋tQF。若取ωd2＝ωd.set＝δlead/tlead時(shí)，合閘相位差為0，稱(chēng)最佳滑差角頻率。當ωd不等于ωd.set時(shí)，ωd1較大，經(jīng)tQF時(shí)間合閘在δ＝0之后；ωd3較小，合閘在δ＝0之前，見(jiàn)圖4。一般情況下合閘時(shí)均有相位差存在，即會(huì )產(chǎn)生一定的沖擊電流。
（2）恒定越前時(shí)間準同期并列。在δ到達0（2π）之前恒定時(shí)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(shí)間tc十tQF相同，見(jiàn)圖5。理論上，合閘時(shí)正好δ＝0，無(wú)沖擊電流，因此恒定越前時(shí)間準同期并列為目前廣泛應用的方法。
由圖5可得
tlead=tc+tQF................................................. (5-16)
式中，tc ——自動(dòng)準同期裝置的動(dòng)作時(shí)間；
tQF——并列斷路器的合閘時(shí)間；
tlead——恒定越前時(shí)間，對應的δlead＝ωdtlesd隨ωd變化，成正比關(guān)系。
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圖4 恒定越前相角準同期并列曲線(xiàn)圖 |
圖5 恒定越前時(shí)間準同期并列曲線(xiàn)圖 |
3、恒定越前時(shí)間的并列控制過(guò)程
在恒定越前時(shí)間到達前完成電壓差檢測、頻率差檢測，通過(guò)計算機計算電壓差ΔU＝UG-US，計算Δf＝fG-fS，判別是否滿(mǎn)足合閘條件。若滿(mǎn)足，開(kāi)放合閘脈沖；若不滿(mǎn)足，閉鎖合閘脈沖，根據ΔU、Δf的正負可判別電壓及頻率調整方向，并發(fā)出相應調整信號。
合閘信號控制單元在每個(gè)脈動(dòng)周期中，在δ到達2π前，即恒定越前時(shí)間到達時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)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(kāi)放狀態(tài)，即并列電壓、頻率條件滿(mǎn)足，則通道未被閉鎖，將驅動(dòng)斷路器合閘，經(jīng)tlead時(shí)間，斷路器動(dòng)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(mǎn)足，則通道被閉鎖，進(jìn)入下一脈動(dòng)周期，進(jìn)行調整。
三、準同期并列條件計算
1、允許電壓差
發(fā)電機采用自動(dòng)準同期并列方式與系統進(jìn)行并列，系統的參數已歸算到以發(fā)電機額定容量的標幺值。設一次系統的參數為：發(fā)電機次暫態(tài)電抗X”d為0.105；系統與線(xiàn)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
設合閘控制回路和斷路器操動(dòng)機均存在誤差，由此造成合閘誤差角δ。
設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(dòng)并列裝置動(dòng)作時(shí)間誤差；
ΔtQF——斷路器合閘時(shí)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。
設一次系統的參數為：發(fā)電機交軸次暫態(tài)電抗X”q為0.115；系統等值機組的交軸次暫態(tài)電抗與線(xiàn)路電抗為0.08；斷路器合閘時(shí)間tQF＝0.05s，它的最大可能誤差時(shí)間為±20％；自動(dòng)并列裝置最大誤差時(shí)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(shí)發(fā)電機電動(dòng)勢超過(guò)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對應的脈動(dòng)電壓周期Td為
總結：
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