专题三十五 同步发电机的并联运行（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题三十五 同步发电机的并联运行（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.能准确复述同步发电机投入并联运行的四项核心条件，并解释每项条件的物理意义。

2.理解频率不等时同步发电机与电网并联的运行特性，能说明频率差对有功功率交换、转子转速变化及功率振荡的影响。

3.掌握准整步法的操作流程，能按顺序梳理 “调节电压→调节频率→检查相位→合闸并联” 的步骤，明确各环节调节的参数、使用的仪器及判断标准。

二、知识点梳理

一、投人并联运行的条件

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。

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。

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UG大于电网电压U,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∆

U=UG-U,故在投入并联后,发电机和电网之间将出现环流IP，则I_P=∆U/X

在UG和U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。

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。

二、并联投人的方法

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。为判断是否满足投人条件,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。

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AU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。

(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,这时可以合闸投人。这样合闸法称为灯光旋转法。

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比电网频率高1Hz,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。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220V时每组灯泡应当采用两个220V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。

三、真题练讲

1.（2021年河北省统一考试）同步发电机并联运行中，频率不等引起的功率振荡，其振荡频率与（ ）有关

A. 电压差大小

B. 频率差大小

C. 相位差大小

D. 功率因数大小

答案：B

解析：频率差越大，发电机与电网间的相对运动越快，功率振荡频率越高；电压差、相位差、功率因数与振荡频率无直接关联，故选 B。

2.（2023年山东省统一考试）自整步法中，若转子励磁绕组未短路直接接入电网，会导致（ ）

A. 转子无法加速

B. 励磁绕组产生过电流

C. 发电机电压过高

D. 电网频率升高

答案：B

解析：未短路时，电网电压直接加在励磁绕组两端，绕组阻抗小，会产生过大电流，损坏绕组；A、C、D 表述错误，故选 B。

3.（2024年河北省统一考试）准整步法中，同步指示器指针旋转缓慢，说明（ ）