高压电技术

高压电技术 一、同步发电机并列 1、基本概念 将同步发电机投入电力系统并列运行的操作称为同步发电机的并列。 在发电厂内～可以进行并列操作的断路器称为同期点。 一般说来～并列时～待并发电机端电压与系统母线电压之间存在的幅值差,压差, ,,,,UUUUsGx 频率差,频差, ,,,,ffff sGx 和相角差 ,,,,,,,,eGx 会产生冲击电流。 冲击电流过大～将对发电机和系统运行产生不利影响～严重时会损坏发电机或破坏系统正常运行。 待并发电机端电压与系统母线电压之间频率差称为滑差频率 fff,, sGx ,,,2f由可知～对应的角频率称为滑差角频率 ,,,,,sGx 滑差频率的倒数为滑差周期 12, T,,s f,ss 并列的理想条件是待并发电机端电压与系统母线电压的幅值差等于0～频率差等于0～合闸相角差等于0。 在理想并列条件下～并列冲击电流等于0。 实现同步发电机并列操作的方法通常有自同期法和准同期法2种。 自同期法冲击电流大～基本不使用。 在实际并列过程中～难以达到理想并列条件～只要压差、频差和相角差在允许范围内～即可并列。 同步发电机与系统实现并列瞬间～若仅有压差～将产生无功功率冲击,若仅有较小的相角差～将产生有功功率冲击,一般情况下～两种功率冲击都存在。 准同期并列的过程:调整发电机的端电压和机组转速～使待并发电机端电压与系统电压间满足压差条件和频差条件～并以适当的越前时间发出合闸脉冲～使断路器合闸实现并列。 如果发电机与系统准同期并列时满足理想并列条件～则不会产生冲击电流。 自动准同期并列时～恒定越前时间=断路器合闸时间+自动准同期装 置出口继电器动作时间。 2、计算练习 整定计算: 1,恒定越前时间 tttt,，,(s)YJQFcQF 2,允许压差,电压幅值差, ,,UU(0.1~0.15) yN ,,U0.1~0.15y* 3,允许合闸相角 "" ixx()，hmqx*** ,,2arcsin(rad)ey" 21.82，Eq* 4,允许滑差角频率 ,ey ,(rad/s),sy ,，,ttQFc ,sy ,,*sy 2f,N5,允许滑差周期 2, Ts,()sy ,sy :某发电机采用自动准同期方式与系统进行并列操作。已知归 "X,0.1q算到发电机额定容量的参数标幺值为:发电机电抗～线路与系统 t,0.5X,0.2,10%QF合成电抗,断路器合闸时间秒～其最大可能误差为,x 自动准同期的最大误差时间近似为0,待并发电机允许的冲击电流标幺值 2为。试计算允许滑差角频率和脉动电压周期。 ,参考教材P28例2-1, 二、同步发电机励磁系统 1、基本概念 同步发电机的励磁系统的基本作用是通过调整发电机的励磁电流维持发电机端电压在允许值内。 同步发电机的励磁系统包括励磁调节器,控制器,和励磁功率单元两个基本部分。 励磁系统有若干种典型结构。若励磁电源与发电机没有电气联系称为它励系统～若与发电机有电气联系则称为自励系统。 自并励励磁方式的励磁电源由励磁变压器从发电机的机端取得。 无刷励磁系统是一种它励系统。其主交流励磁机采用旋转电枢式～副交流励磁机采用永磁旋转磁极式～整流桥、主励磁机电枢和副励磁机磁磁极与发电机同轴旋转～没有滑环和碳刷。 同步发电机的励磁电流为直流。当励磁电源为交流电源时～励磁系统功率单元必须设置整流电路～将交流电整流成直流输入发电机励磁绕组。整流电流分为不可控整流电路和可控整流电路2类。可控整流电路通过改 变可控整流元件——晶闸管的导通角可改变励磁电压的大小～从而改变发电机端电压的大小。励磁系统中的常用的可控整流电路有三相半控整流桥和三相全控桥。 三相不可控整流桥输出直流电压的平均值为 uEE,,2.341.35 daab 三相半控桥有三个晶闸管～其触发脉冲依次相隔120度。其输出直流电压的平均值为 1cos1cos，，,, uEE,,2.34()1.35()daab 22 三相全控桥有6个晶闸管～其触发脉冲依次相隔60度。对感性负载～其输出直流电压的平均值为 uEE,,2.34cos1.35cos,, daab EE,以上三式中～分别为整流桥交流电压相电压有效值和线电压有效aab ,值,为晶闸管的触发角。 无功调差系数 UU,GGN0,%100%,， UGN UU式中～为发电机的空载电压～为发电机的额定电压。 G0GN 无功调差系数为正的并列运行同步发电机之间可以稳定地分配无功功率。两台无功调差系数为0的同步发电机不能并列稳定运行。 低频振荡是指电力系统中频率约在0.25~2.5赫兹功率振荡。快速高增益励磁系统可能导致同步发电机产生低频振荡。 2、计算分析练习 练习题1:若三相半控整流桥的交流电源线电压为1000V～触发角为90度～其直流输出电压平均值为多少V。 1cos1cos，，,, uEE,,2.34()1.35()daab ,参见, 22 练习题2:若交流电源电压线电压为1000 V～触发角为60度～三相全控桥输出电压的平均值为多少V。 uEE,,2.34cos1.35cos,,,参见, daab 练习题3:试绘制带纯电阻负载的三相全控桥的电路图～绘制其输出电压的波形图,设触发角等于30度,。 ,参见教材P64图3-24～P65图3-25, 三、电力系统频率控制 1、基本概念 我国交流电的额定频率为50赫兹。 当电力系统中发电机所发有功功率基本等于负荷功率时～系统频率保 持在允许的偏差范围内。 1,负荷有功功率的大小与频率有关。 负荷调节效应系数的定义为 ,PL(MW/Hz)K,L ,f dPP,LL**K,,L* dff,** ,,,,,PPPfff/,/,,,fff式中～～ LLLNN**N 电力系统负荷调节效应系数的标幺值一般为1~3。 2,发电机所发有功功率也与频率有关。在调速器的作用下～发电机形成有功调差特性。有功调差特性曲线的斜率决定发电机的有功调差系数。对应于有功调差特性曲线的下倾、水平和上翘～有功调差系数有正、0和负3种情况。 发电机组有功调差系数 ,f R,, ,PG 调差系数的倒数称为发电机组的单位调节功率: ,PG(MW/Hz)K,,G ,f 标么值形式 ,ff/,fN*R,,,,* ,,PPP/GGGN* ,,PPP/GGGN*K,,,,G* ,,fff/*N 其数值范围为15~50。 2,电力系统的单位调节功率定义为 ,,，KK(MW/Hz) GL 系统装机容量越大～其单位调节功率越大～维持频率质量的能力越强。 并列运行的同步发电机～有功调差系数小的机组承担较大的有功负荷增量。 发电机的调频分为一次调频和二次调频。一次调频是由调速器闭环调节实现的,功率给定值不变～机组频率特性曲线不变,～二次调频是通过 调频机组的“同步器”实现的,改变调速器的功率给定值～机组频率特性曲线平移,。 对于两个通过联络线互联的区域系统A和B～其常见的调频方式为频率联络线功率偏差控制,TBC方式,。 2、计算练习 互联的区域系统A和B ,PtA,P,PGAGB ,P,PLALB ,,AB 其采用TBC调频方式时的基本计算公式为: 稳态频差 1 ,,,,,,，,,,fPPPP[()()](Hz)LAGALBGB ,,，AB 联络线功率增量 ,,,,,,,PPPf()(MW), tAGALAA 或 ,,,,,,,,,,PPPPf()(MW), tBtAGBLBB ,,PP,,,PP,式中～各量均为有名值。分别为系统A和B的负荷增量～LALBGAGB ,,PP,分别为系统A和B因二次调频增发的有功功率～则为联络线功tAtB 率增量。 注意～以系统A为例: ,,P0若系统A没有负荷增量～取, LA ,,P0若系统A没有二次调频功能～取, GA 若系统A有负荷增量且具有足够的二次调频容量～则可取,,,,PP0, LAGA ()(),,,，,,,PPPP若二次调频容量不足～按的实际数值进行计LAGALBGB 算。 练习题:两个区域电力系统A和B通过联络线组成互联系统。设系 ,P,,P0统B出现负荷增量～而系统A的负荷增量。若系统B没有二LBLA 次调频功能～而系统A采用TBC,频率联络线功率偏差控制,方式自动调频～试分别写出互联系统调频进入稳态后～系统频差和联络线功率增量的解析表达式。 ,参见教材P173例5-3, 四、电力系统低频减载 1、基本概念 当系统突然出现功率缺额时～自动低频减载装置反映于系统频率异常 f(Hz降低自动切除负荷～使系统频率返回到恢复频率,。 h 自动低频减载装置一般安装在变电站。 自动低频减载装置设有基本级和恢复级,后备级,。 基本级又分为若干子基本级～各子基本级的动作延时相同～但启动频率不同～即基本级通过启动频率实现选择性。 恢复级内又分为若干个子恢复级～各子级启动频率相同～但动作时限不同,均较长,～即恢复级通过动作时限实现选择性。 在自动低频减载装置基本级切除负荷的过程中～可能出现频率悬浮现象,某子基本级动作后系统频率仍低于恢复频率～但又不足以启动下一级子基本级,～这时由恢复级实行负荷切除～以使系统频率恢复到恢复频率。 2、计算练习 自动低频减载装置切除的负荷功率总数 ,,,PKfPhmaxL*h*LN(MW),,PLmax 1,,KfL*h* f-fNh,,fP(MW)h*,P(MW)式中～～～ LNhmaxfN P,练习题:某电力系统负荷功率为4000MW～负荷调节效应系数LN ,,PK=2。设系统可能出现最大功率缺额为1100MW。希望系统恢复hmaxL* ,Pf,频率为48.5 Hz～求接入自动低频减载装置的负荷功率总,MW,Lmaxh 数。 ,参见教材P186例6-2,