专题三十二 同步发电机的并联运行（课件）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题三十二 同步发电机的并联运行 《电压与变压器》（第5版） 高教社 考纲解读 知识点梳理和重点概念复习 真题或常考题讲解 内容归纳小结 考纲解读--常见考点 1.同步发电机并联运行的五个条件，重点掌握电压、频率、相位为投入时需调控的条件，以及相序和波形由制造决定的特性。 2.电压不等会产生环流（可达额定电流4-6倍），频率不等会出现拍振电压，需理解两者对机组的危害及相位差的影响。 3.准整步法中灯光熄灭法和旋转法的操作细节，包括判断相序、频率高低的方式及合闸时机。 4.自整步法的步骤（短接励磁、近同步转速合闸、加励磁）及适用场景（事故状态），明确其操作简单但有冲击的特点。 01 02 03 考纲解读--考试要求 理解电压或频率不等时的具体后果，能解释环流和拍振电压的产生原因及影响。 能区分准整步法与自整步法的操作流程、优缺点及适用场景，说明两种灯光法的判断逻辑。 能准确复述同步发电机并联运行的五个条件，区分制造决定与投入时需调控的条件。 考查并联条件、整步法特点、异常情况的后果等，如判断相序由哪种因素决定。 选择题 简答题 要求简述并联运行的五个条件，或对比准整步法与自整步法的优缺点。 实操分析题 判断整步操作的正误，如“灯光旋转法不能判断频率高低”的表述是否正确。 考纲解读--易考题型 知识点梳理和重点概念复习--知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 在现代大型发电厂中，一般都采用多台发电机并联运行。这样一方面可以根据负载的变化来调整投入运行的机组数目，提高机组的运行效率；另一方面便于轮流检修，提高供电的可靠性。 在大范围电力系统中，又把许多水电站和火电站并联起来，在枯水期由火电站供电，在旺水期由水电站供电。因水电站发电成本低，这对国民经济有重大意义。在水电站可多发电的同时，火电站可少发电或作同步补偿机用。这样许多电厂连在一起，形成较大的电网，负载的变化对电压和频率的影响就减小了，从而提高了供电的质量。 知识点梳理和重点概念复习 一、投入并联运行的条件 同步发电机并联投入电网时，为了避免发生电流冲击和转轴突然受到扭矩，应使发电机每相电动势瞬时值一开始就保持相等。同步发电机并联运行的条件如下： (1)发电机的端电压与电网的电压相等。 (2)发电机的频率与电网的频率相等。 (3)发电机的电压波形与电网电压波形相同。 (4)发电机的相序和电网的相序相同。 (5)并联合闸的瞬间，发电机与电网的对应相的电压应同相位，亦即发电机与电网回路的电 位差(电压)为零。 知识点梳理和重点概念复习 事实上，当同步发电机安装完毕后，有的并联条件就已经具备。条件(3)和(4)可认为由设计、制造和安装同步发电机时就自动满足了。于是在投入并联运行时只要注意条件(1)、(2)、(5)就可以了。 如果(1)、(2)、(5)条件不满足会出现什么结果呢? 1.电压不等时的并联运行 若频率相同而电压不等，情况会怎样呢?例如，发电机电压大于电网电压,如图6-28所示，电网用一个等效发电机A表示，B表示即将投入并联的发电机，开关的两端接电压表，则开关断开时，开关两端出现电位差,故在投入并联后，发电机和电网之间将出现环流Ip,则式中，X表示发电机电抗，在电机电压和电网电压的大小不等或相位差较大时甚至反相情况下△U就越大，这时产生的冲击环流可达到额定电流的4～6倍，这对电机是非常不利的。 知识点梳理和重点概念复习 电位差△U的大小与相位差β角有密切关系，β值愈大，△U也愈大。当β=180°时，△U达到最大，为相电压的2倍。如果此时合闸并网，其冲击电流很大，有可能使发电机受到严重损坏。当β=0时，△U便为零，这是合闸并网的最佳时刻。 2.频率不等时的并联运行 若电压相等而频率不同时，这两个电压合成后将在发电机和电网间出现一个大小和相位均不断随时间变化的电位差△U,这个电位差称为拍振电压，会导致发电机不能正常工作。 知识点梳理和重点概念复习 频率不等时的并联运行，具体分析如下：当发电机的频率f₂与电网频率f₁不相等，假设f₂>f₁,而电压值已相等，即U₂=U₁,此时U₂与U₁的电位差△U为 知识点梳理和重点概念复习 由式和图6-29可知，△U瞬时值的幅值以)频率(称为拍频)在0~2√2U₁之间往复变化，而其本身是·频率的交流电势。例如，当f₂=52 Hz,而f₁=50 Hz时，△U的频率为,其幅值以1 Hz的拍频频率变化。由于一个是发电机，一个是电网，虽然电压相等，但因有相位差，故有△U,此时在电机和电网回路内产生环流。 综上所述，并联合闸最理想的情况是电压相等、频率相同、相位相同。但在实际工作中，同步发电机要绝对满足并网运行的条件是困难的，所以只要求发电机与电网的频率相差不超过0.2%～0.5%;电压有效值相差不超过5%～10%;相序相同且相位差不超过10°,即可并联入网。 知识点梳理和重点概念复习 二、并联投入的方法 并联投入所进行的操作过程称为整步(并车),实际整步方法有两种，一种是准整步法，另一种是自整步法。 1.准整步法 把发电机调整到完全合乎投入并联条件后投入电网，这种方法称为准整步法。为判断是否满足投入条件，常采用同步指示器，最简单的同步指示器是由三组指示灯(称相灯)组成。 (1)灯光熄灭法将这三组指示灯接在电网和发电机并联开关的两侧，如图6-30(a)所示。 要使并联合闸时没有冲击电流，在并联开关两侧就不能有电压差△U,如果这些灯都熄灭了，就表示三相中任一相的电压差△U均为0。此时就可以并联合闸，这种并联合闸的方法称为灯光熄灭法。 知识点梳理和重点概念复习 运用灯光熄灭法并联合闸的具体操作方法是：把要并联的发电机拖动到接近同步转速，加上励磁并调节到发电机的电压与电网电压相等。如果这时相序正确，则在发电机的频率与电网频率有差别时，加在各相指示灯上的电压△U忽大忽小，使三组指示灯同时忽亮忽暗，其亮、暗变化的频率就是发电机与电网相差的频率。调节发电机的转速使灯光亮、暗频率很低时，就可以准备合闸。当闸刀两侧电位差为0、电压表指示数为0、三组指示灯全暗时，说明发电机与电网的相应电压相等并且同相位，并联运行条件已经满足，抓住这个时机迅速合闸，从而顺利完成并联合闸的操作。 如果在整步过程中，三组灯轮流亮暗，表示发电机的相序与电网相序不同，此时绝对不能合闸投入，而应改变发电机的相序，然后重新整步。 知识点梳理和重点概念复习 (2)灯光旋转法如果相序是正确的，把两个灯接在不同的相序电压之间，如图6-30(b)所示，一组灯接在VW之间，一组灯接在WV之间，此时在相序相同时，出现旋转的灯光，这时可以合闸投入。这样合闸法称为灯光旋转法。 知识点梳理和重点概念复习 灯光熄灭法和灯光旋转法实际中都有采用，但由于灯光旋转法能判断发电机频率比电网频率高或低，所以更有实用价值。具体操作方法与灯光熄灭法相同。只是灯光依次亮、半亮，好像灯光按次序旋转。如果发电机对应的频率f₂比电网频率高1 Hz,则灯光每秒转一圈。如果发电机的频率低于电网频率，则灯光将按相反方向旋转。根据灯光的旋转方向，适当调节发电机的转速，使灯光旋转速度变得很低，此时，要掌握时机，在同一相上跨接的一组灯熄灭而另外两组灯亮度相同时刻迅速合闸，即可完成并联运行的合闸操作。 采用上述灯光法并网时，有一个问题需要解决，就是白炽灯一般约在1/6额定电压时就不亮了。 知识点梳理和重点概念复习 为了使合闸的瞬间更准确，在刀闸对应的两端之间接一个示零电压表作为发电机并网用的辅助仪表。也可以用“同步指示器”(一种专门用来并车的仪器)来准确找出合闸瞬间。此外，在并网过程中，各组灯泡上的电压可能出现2倍相电压，所以发电机相电压为220 V时，每组灯泡应当采用两个220 V灯泡串联使用。如果发电机和电网电压较高时，就要采用电压互感器降压后再接到同步指示灯或仪表。这时发电机和电网的两个三相电压互感器必须具有相同的连接组。 知识点梳理和重点概念复习 这里值得注意的是，如果发电机的相序与电网相序不同，用灯光熄灭法连接时，三组灯若依次轮流亮暗(灯光旋转);用灯光旋转法连接时，三组灯若同时亮暗(灯光熄灭),这时是绝对不能并联合闸的。 准整步的优点是投入瞬间发电机和电网之间无电流冲击，缺点是手续复杂。尤其电网电压和频率在变化时，用此法很难投入。 这种灯光指示整步法在现代的电厂中几乎淘汰，而代之以各种半自动或全自动并车装置，但它们的基本功能是一致的。后者只是根据整步的要求，应用一些电器和电子线路改为半自动和全自动操作而已。 知识点梳理和重点概念复习 2.自整步法 为了迅速投入电网，可采用自整步投入法。这种方法是借助合闸后电机的自整步作用投入同步运行。其步骤是：先将励磁绕组经电阻短接后，把发电机拖到近于同步转速时，再把发电机投入电网，并立即加直流励磁，如图6-31所示。此时，电机转子依靠定子和转子主磁极间形成的自整步作用把转子自动投入同步。 知识点梳理和重点概念复习 自整步投入法的优点是操作简单、并车迅速。缺点是合闸和加入励磁时有电流冲击，但并不太危险。如果大容量机组因故障突然退出运行，要求另一台机组投入电网代替它时，由于这时电网的电压和频率极不稳定，要用准整步法投入很困难，用自整步法还是可行的。电压、相位不十分相同的两台发电机投入并联运行后，能自动调整相位进入正常运行的过程称为自整步。所以它普遍用于事故状态下的并车。 常考习题练习与讲解--选择题 1.同步发电机并联运行时，下列条件中投入时无需额外调整的是（ ） A.电压相等 B.频率相同 C.波形相同 D.相位相同 答案：C 解析：电压波形由发电机设计、制造决定，安装后已满足，投入时无需调整；而电压、频率、相位需人为调控，故答案为C。 常考习题练习与讲解--选择题 2.当同步发电机与电网相位差β=180°时合闸，会导致（ ） A.无冲击电流 B.环流为额定电流的4-6倍 C.拍振电压最大 D.频率突变 答案：B 解析：相位差β=180°时，电位差△U为相电压的2倍，产生的冲击环流可达额定电流4-6倍，严重损坏机组，故答案为B。 常考习题练习与讲解--选择题 3.准整步法中，灯光旋转法判断发电机频率高于电网频率的依据是（ ） A.灯光同时亮暗 B.灯光按顺时针旋转 C.灯光按逆时针旋转 D.灯光全暗 答案：B 解析：发电机频率高于电网时，灯光按顺时针旋转；频率低时按逆时针旋转，故答案为B。 常考习题练习与讲解--选择题 4.自整步法中，发电机投入电网前的关键操作是（ ） A.调节电压与电网相等 B.将励磁绕组经电阻短接 C.确保频率完全一致 D.校准相序 答案：B 解析：自整步法第一步为将励磁绕组经电阻短接，无需严格调整电压、频率，故答案为B。 常考习题练习与讲解--选择题 5.同步发电机并联时，频率允许的最大偏差范围是（ ） A.0.2%-0.5% B.1%-2% C.5%-10% D.10%-15% 答案：A 解析：实际中，发电机与电网频率相差不超过0.2%-0.5%即可并联，故答案为A。 常考习题练习与讲解--选择题 6.下列不属于准整步法优点的是（ ） A.合闸无冲击电流 B.操作简单 C.适用于电网稳定时 D.依赖同步指示器 答案：B 解析：准整步法操作复杂，需严格调整各项参数，其优点是合闸无冲击，故答案为B。 常考习题练习与讲解--选择题 7.频率不等时，拍振电压的频率为（ ） A.两频率差值 B.两频率平均值 C.电网频率 D.发电机频率 答案：B 解析：拍振电压本身的频率为发电机与电网频率的平均值，其幅值以两频率差值（拍频）变化，故答案为B。 常考习题练习与讲解--选择题 8.相序不同时合闸，会导致（ ） A.频率波动 B.电压降低 C.巨大环流 D.波形畸变 答案：C 解析：相序不同时，对应相电压相位差极大，△U可达2倍相电压，产生巨大环流，故答案为C。 常考习题练习与讲解--填空题 1.同步发电机并联运行时，电压有效值允许的最大偏差范围是______。 答案：5%～10% 解析：实际操作中，为保证并联安全，发电机与电网电压有效值相差不超过5%～10%。 常考习题练习与讲解--填空题 2.准整步法中，灯光熄灭法合闸的最佳时机是三组指示灯______、电压表指示为______。 答案：全暗；0 解析：灯光熄灭法中，三组指示灯全暗且电压表指示为0时，电压差为零且同相位，是合闸最佳时机。 常考习题练习与讲解--填空题 3.自整步法的三个步骤依次为：______、拖至近同步转速、投入电网并加直流励磁。 答案：将励磁绕组经电阻短接 解析：自整步法首先需将励磁绕组经电阻短接，再进行后续操作以实现快速并车。 常考习题练习与讲解--填空题 4.频率不等时，拍振电压的幅值以______（两频率差值）在0~2√2U₁之间变化。 答案：拍频 解析：拍振电压的幅值变化频率称为拍频，其大小等于发电机与电网的频率差值。 常考习题练习与讲解--判断题 1.同步发电机并联时，相位差β=0°是合闸的最佳时刻。（ ） 答案：正确 解析：β=0°时，电位差△U为零，合闸时无冲击电流，是最佳时刻。 常考习题练习与讲解--判断题 2.自整步法适用于电网参数稳定时的正常并车。（ ） 答案：错误 解析：自整步法适用于事故状态下电网参数不稳定时的紧急并车，电网稳定时更适合准整步法。 常考习题练习与讲解--判断题 3.灯光旋转法不能判断发电机与电网的频率高低。（ ） 答案：错误 解析：灯光旋转法可通过灯光旋转方向判断频率高低，顺时针为发电机频率高，反之则低。 常考习题练习与讲解--判断题 4.电压不等时的环流大小与发电机电抗成反比。（ ） 答案：正确 解析：环流Ip=△U/X，其中X为发电机电抗，故环流与电抗成反比，电抗越小，环流越大。 常考习题练习与讲解--简答题 1.简述同步发电机并联运行时，频率不等会产生哪些影响？ 答案：频率不等时，发电机与电网间会出现拍振电压，其大小和相位随时间变化。拍振电压会导致回路产生环流，且其幅值以两频率差值（拍频）变化，使发电机不能正常工作，影响机组安全。 常考习题练习与讲解--简答题 2.对比灯光熄灭法与灯光旋转法的核心区别。 答案：灯光熄灭法中，相序正确时三组灯同时亮暗，无法判断频率高低；灯光旋转法中，相序正确时灯光依次亮暗呈旋转状，可通过旋转方向判断频率高低，更具实用价值。 常考习题练习与讲解--简答题 3.为什么自整步法适用于事故状态下的并车？ 答案：事故状态下电网电压和频率极不稳定，准整步法因操作复杂难以快速投入。自整步法操作简单、并车迅速，虽有电流冲击但不危险，能快速替代故障机组，故适用于该场景。 常考习题练习与讲解--简答题 4.同步发电机并联运行的五个条件中，哪些由制造决定？哪些需投入时调控？ 答案：由制造决定的是电压波形相同和相序相同；需投入时调控的是电压相等、频率相同、并联合闸瞬间对应相电压同相位（电位差为零）。 课堂小结 重点复习知识点： 1.核心条件：同步发电机并联需满足电压、频率、波形、相序、相位五个条件，其中波形和相序由制造决定，电压、频率、相位需投入时调控，实际允许一定偏差。 2.异常危害：电压不等产生环流，频率不等出现拍振电压，相序不同导致巨大环流，均需避免；相位差β=0°为合闸最佳时刻。 3.关键应用：理解两种方法的操作细节和适用场景，掌握拍频、环流等概念，为实际并车操作和故障判断奠定基础。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢 观看 $$