并联运行发电机组有功功率的分配与调整
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案(第4—7章)
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案（第4—7章）第四章复习思考题1．何谓励磁系统？答：供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。
2．同步发电机自动调节励磁系统的主要任务是什么？答：（1）系统正常运行条件下，维持发电机端或系统某点电压在给定水平；（2）实现并联运行发电机组无功功率的合理分配；（3）提高同步发电机并联运行的稳定性；（4）改善电力系统的运行条件；（5）对水轮发电机组在必要时强行减磁。
3．对同步发电机的自动调节励磁系统的基本要求是什么？答：励磁系统应具有足够的调节容量、励磁顶值电压、电压上升速度、强励持续时间、电压调节精度与电压调节范围，应在工作范围内无失灵区，应有快速动作的灭磁性能。
4．何谓励磁电压响应比？何谓强励倍数？答：通常将励磁电压在最初0.5s内上升的平均速度定义为励磁电压响应比，用以反映励磁机磁场建立速度的快慢。
强励倍数是在强励期间励磁功率单元可能提供的最高输出电压与发电机额定励磁电压之比。
5．同步发电机励磁系统类型有哪些？其励磁方式有哪两种？答：同步发电机励磁系统类型有：直流励磁机系统、交流励磁机系统和发电机自并励系统。
励磁方式分为自励方式和他励方式两种。
6．画出三相全控桥式整流电路，哪些晶闸管为共阳极组，哪些为共阴极组?答：VTHl、VTH3、VTH5为共阴组，VTH2、VTH4、VTH6为共阳组。
（第6题）7．三相全控桥式整流电路在什么条件下处于整流工作状态和逆变工作状态？整流和逆变工作状态有何作用？整流和逆变工作状态有何作用？答：三相全控桥式整流电路的控制角α在0°＜α＜90°时，三相全控桥工作在整流状态；当90°＜α＜180°时，三相全控桥工作在逆变状态。
整流状态主要用于对发电机的励磁；逆变状态主要用于对发电机的灭磁。
8． 简述自动励磁调节器的工作原理。
答：自动励磁调节器的工作原理如下：根据发电机电压G U 变化，把测得的发电机端电压经调差、测量比较环节与基准电压进行比较，得到正比于发电机电压变化量的de U ，经综合放大环节得到SM U ，SM U 作用于移相触发环节，控制晶闸管控制极上触发脉冲α的变化，从而调节可控输出的励磁电流，使发电机端电压保持正常值。
第七章第六节并联运行发电机组有功功率的分配与调整
1、同步发电机并车后，调节原动机的调速器可以进行______的转移和分配。
A．有功功率B．无功功率C．有功及无功功率D．励磁功率2、交流电站中，若电网负载无变化，电网频率不稳多由______引起。
A．励磁B．调速器C．调压器D．均压线3、对于由两台交流同步发电机构成的船舶电站，下列关于其原动机调速特性的说法正确的是______。
A．均为无差特性，是最为理想的B．一台为有差特性，一台为无差特性，并联后一定可以稳定运行C．均为相同的调差率的有差特性，是最为理想的D．均为相同的调差率的有差特性，并联后不能稳定运行4、若两台同步发电机的原动机调速特性分别为有差和无差特性，则该两机______。
A．并联后，不能进行有功负载转移B．并联运行后，若网上有功负载变动，则变化量将全部由无差特性的发电机承担C．并联运行后，若网上有功负载变动，则变化量将全部由有差特性的发电机承担D．并联运行后，若网上有功负载变动，将导致频率的变动5、手动转移并联运行中的发电机的有功功率，为保持电网电压和频率不变，应调节______。
A．发电机的励磁B．均压线C．原动机的油门D．调压器6、两台同步发电机并联运行后均匀出力，但发现电网频率略低于额定频率。
欲手动调整到额定频率，应______。
A．操作两机的调速器伺服马达的手柄，向相反方向调整B．操作两机的调速器伺服马达的手柄，使之同时向“快”方向调整C．操作两机的调速器伺服马达的手柄，使之同时向“慢”方向调整D．调节两机的励磁电流7、两台同步发电机并联运行后均匀出力，但发现电网频率略高于额定频率。
欲手动调整到额定频率，应______。
A．操作两机的调速器伺服马达的手柄，向相反方向调整B．操作两机的调速器伺服马达的手柄，使之同时向“快”方向调整C．操作两机的调速器伺服马达的手柄，使之同时向“慢”方向调整D．调节两机的励磁电流8、若两台原动机调速特性有显著差异的同步发电机并联经一段时间运行后（自动调频调载装置未投入），由于有功负载的变动，则______。
柴油发电机组并联运行典型故障及原因分析
柴油发电机组并联运行典型故障及原因分析摘要：柴油发电机组的运行情况直接影响部队的供电效果。
若出现负荷不均匀或者不稳定的情况，会直接威胁电站系统的运行安全，严重时甚至会损坏柴油发电机组本身。
本文将对柴油发电机组并联运行的典型故障与发生原因进行探讨，进而提出故障的应对方法，仅供参考。
关键词：柴油发电机组；并联；典型故障作为部队供电系统中的组件之一，柴油发电机组的作用不可忽视。
而柴油发电机组的并联运行状态容易受到柴油机的稳态调速率与发电机的静态电压调整率影响，比如当柴油发电机组并联运行时出现功率过大的情况，会使柴油发电机组执行安全保护装置动作，让整个电站系统受到影响。
鉴于此，对柴油发电机组并联运行典型故障及发生原因进行探讨有一定的现实意义。
下面将结合实例探讨柴油发电机组并联运行时出现的典型故障与原因。
1.负荷分配超差1.1故障说明对三台柴油发电机组的单机进行运行负荷试验，单机显示：1号的稳态调速率和稳态电压调整率分别为2.68%、3.08%，2号机组分别为2.66%、3.08%，3号机组分别为3.52%、3.08%。
依据试验结果可以发现，3台单机运行时无异常情况，且稳态电压调整率完全一致。
而稳态调速率方面，1号与2号单机的数据基本相同，3号数据过大。
1.2原因分析从理论上来看，柴油发电机组的转速需要保持一致才会以恒定的转速运行，保障设备供电的稳定性。
但实际上机组的各个单机会存在转速不同的情况，而随着机组负荷的改变，实际转速会持续与设定值产生偏差，进而使得发电机输出电压的频率不稳定。
究其原因，发电机组的稳态调速率不同，发电机电压的频率不同，而要使机组并联运行后保持相同的频率，柴油发电机组就会自行调整每个机组所承担的负荷。
如果并联运行时机组的稳态调速率与设定值基本一致，那么每个单机所负担的负荷也会相对均匀一些。
2.功率因数表波动2.1故障说明对3台柴油发电机组进行修后单机运行负荷试验，数据结果显示：1号机组的稳态电压调整率为4.2%，2号与3号分别为3.8%与4.7%。
电力系统频率及有功功率的自动调节
f
f2
f3
fn
P
P
P
(
)
P
(
)
P
(
)
P
(
)
L 0
LN
1
LN 2
LN
3
LN
n
LN
f
f
f
f
N
N
N
N
将上式除以PLN，则得标么值形式，即
P
f
f
f
f
2
3
L
01
2
3
当系统的频率为额定值时: PL 1
于是
n
n
f 1
综合负载的功率-频率特性近似表达式：
P
P
e
L
根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频
率附近（48～51HZ）接近于一条直线，如图所示。
•
直线的斜率为：
p
tan
f
L
说明：
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。
3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与
a
a
a
a
a
1
0
1
2
3
n
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。
4、负荷的静态频率特性
P
同步电机习题答案
同步电机习题与答案6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？[答案见后]6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？[答案见后]6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？[答案见后]6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗X ad大于交轴电枢反应电抗X aq？[答案见后]6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95n N，对试验结果有什么影响？[答案见后]6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当I k=I N时的励磁电流I fk和额定负载时的励磁电流IfN 都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取不饱和值而后者取饱和值？为什么Xq一般总是采用不饱和值？[答案见后]6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？[答案见后]6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？[答案见后]6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的？为什么？[答案见后]6.10 试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。
[答案见后]6.11 两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节？[答案见后]6.12 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点？[答案见后]6.13 凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式[答案见后]6.14 试述直流同步电抗X d、直轴瞬变电抗X´d、直轴超瞬变电抗X"d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响？[答案见后]6.15 有一台三相汽轮发电机，P N＝25000kW，U N＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案(1—3章)
第三章 复习思考题1. 何谓并列？发电机并列操作应遵循哪原则？答：电力系统并列操作一般是指两个交流电源在满足一定条件下的互联操作，也叫同步操作、同期操作或并网。
并列的原则是：(1)并列瞬间，发电机的冲击电流不应超过规定的允许值；(2)并列后，发电机应能迅速进入同步运行。
2. 并列的方法有哪两种？各有何特点？答：并列的方法有准同步并列和自同步并列两种。
准同步并列的优点是并列时产生的冲击电流较小，不会使系统电压降低，并列后容易拉入同步。
自同步并列的优点是操作简单、并列速度快，在系统发生故障、频率波动较大时，发电机组仍能并列操作并迅速投入电网运行，可避免故障扩大，有利于处理系统事故。
3. 准同期自动并列的三个条件是什么？并列时如果不满足这些条件会有何后果？答：并列条件应为： (1)发电机电压和系统电压的幅值相同； (3)发电机电压和系统电压的相位相同，即相角差为0； (2)发电机电压和系统电压的频率相同。
不满足条件(1)时，会产生无功分量的冲击电流。
冲击电流的电动力会对发电机绕组产生影响，当电动力较大时，有可能引起发电机绕组的端部变形；不满足条件(2)时，产生有功分量的冲击电流，合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，使机组转轴受到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的；不满足条件(3)时，断路器两侧出现脉动电压，如果发出合闸命令的时刻不恰当，就有可能在相角差较大时合闸，从而引起较大的冲击电流。
此外，如果在频率差较大时并列，频率较高的一方在合闸瞬间会将多余的动能传递给频率低的一方，即使合闸时的相角差不大，当传递能量过大时，待并发电机需经历一个暂态过程才能拉人同步运行，严重时甚至导致失步。
4. 准同期自动并列的实际条件是什么？答：(1)待并发电机电压幅值与系统电压幅值应接近相等，误差不应超过±(5％~l0％)的额定电压；(2)待并发电机频率与系统频率应接近相等，误差不应超过±(0.2％~0.5％)的额定频率；(3)并列断路器触头应在发电机电压与系统电压相位差接近零度时刚好接通。
船舶电气设备维护与修理课件第11章
第四节 船舶发电机并联运行故障与处理
一、同步发电机并联运行操作
发电机并联运行特点：
（1）两台发电机的有功功率和无功功率总是等于负载的有功功率P和无功功率Q
（2）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机输入的机械功率时， 可使该发电机输出的有功功率增加。与此同时，将引起另一台并联机组输出的有 功功率自动减少。此外，由于输入的机械功率的增加使转速升高，而另一台机 组因输出的有功功率的减少也使转速上升，结果将使电网的频率有所升高。如果 单独减少一台机组输入的机械功率，则变化与上述相反。只有同时向相反方向调 节两并联机组输入的机械功率时，才能保持电网的频率不变。
的操作，并车完成后再起动大负荷投入运行。
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（4）运行机组因发电机内部短路或失压保护动作发生电网跳电
发电机控制屏
常规电站大多无此报警功能，若机组仍在运行但电压很低 或没有电压，说明是失压保护跳闸，则应停这一台机组，然后 起动备用机组投入电网运行，最后再检查故障机组的发电机调 压器：若机组仍在运行且电压正常，说明可能是短路保护跳闸， 则应检查主配电板汇流排是否短路，排除短路故障后或确信主 配电板没有发生短路故障时即可合闸供电。
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3、无刷同步发电机励磁系统的常见故障原因与处理方法
三相无刷同步发电机中的主 发电机励磁绕组、励磁机电枢绕 组及旋转整流装置同轴旋转，静 止励磁系统提供直流励磁电流给 励磁机定子绕组，在励磁机转子 绕组上感应出三相交流电，再经 旋转整流后提供给主发电机励磁 绕组，最后在主发电机定子绕组 上感应出三相交流电输出。
2、配电装置中的常用电器及测量仪表
为了控制、分配、保护、测量和调整发电机及负载的需要， 配电装置上装有不同用途的控制、保护和测量用的电气设备， 常用的有：空气断路器、装置式(塑壳式)开关、组合开关、万 能式转换开关、励磁变阻器、逆功率继电器及各类电压表、电 流表、功率表、功率因数表、兆欧表等测量仪表。
船电设备——第十五章电力系统频率及有功功率自动调整
结论： 结论：
负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。为了保证 系统的频率变化在一定的允许范围内， 系统的频率变化在一定的允许范围内，发电机组必需配 置（用以维持转速恒定的）调速器。 用以维持转速恒定的）
f
f0
1 1' 2' 2
P 1 2
0
P 1
P
转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时， 转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时，
必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 1号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 2号机组增油门，曲线上移（负荷增大） 号机组增油门，曲线上移（负荷增大）
2
去磁电枢反应
E0↓
15.1. 15.1. 电力系统有功功率自动调整基础知识 1.电力系统频率波动的原因及其影响 1.电力系统频率波动的原因及其影响 pn 的关系： 电网频率f 与发电机转速n的关系： f = 60
的变化导致电网频率 即：发电机转速n的变化导致电网频率 的变化 发电机转速 的变化导致电网频率f 与油门有关） 设原动机输入功率为PT（与油门有关），发电机负荷功率为PF 时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 当PT＝PF时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 如果系统中的负荷突然变化使发电机输出功率增加△PF，而由 于机械惯性， 于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化
输出电功率sui有功puicos同步发电机的负载运行输出无功q从而导致端电压下降为维持端电压不变则需增大励磁电流i若输出无功q不变增大励磁电流i则端电压u上升输出有功p下降为维持不变则需增大原动机输入功率柴油机油门若输出有功p不变增大油门则端电压频率上升若输出无功q励磁电流i端电压u输出有功p油门频率60pn电网频率f与发电机转速n的关系
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五、 自动分级卸载 P184
自动分级卸载装置
作用：根据过载电流的大小和负载的重要性，按一定 的时间间隙、分级切除次要负载，使发电机退出过 载状态；保证发电机正常工作和主要负载连续供电； 同时还可进行短路、过载和欠压保护。 ZFX—1原理
1．检测电流：三相电流→信号变换→电流检测→信号 2．分级卸载 1）I≥110%IN 延时5～8s 第一级卸载跳闸 2）仍I≥110%IN 延作原理：
PT－原动机输入机械功率。 PF－发电机负载功率 平衡状态： PT ＝ PF 且转速n不变，频率恒定 若负载增加，则 PT ＜PF ＋ΔPF 机械功率还未来得及变化，为了保持平衡，发
电机把转子的一部分动能转换成电功率以达 平衡。——机组转速下降，频率下降
∴系统频率的变化，是由于发电机负载功率与 原动机输入的机械功率失去平衡所致。
通过手动或调速器伺服电 动机压紧或放松弹簧→ 改变预紧力。
预紧力增加，曲线上移，油门开度加大，P↑，f (n) ↑
预紧力减小，曲线下移，油门开度减小，P↓，f (n) ↓
静态调速特性：指调速器自动调节时，机组的 转速或频率与输出有功功率之间的关系。
⑴有差特性：转速n（频率f） 随负载有功功率的增加而 下降。（呈一条向下倾斜 的直线）（船舶采用）
2．作用：①保证电网电压的频率恒定；②按 并联运行机组的容量比例进行负荷分配；
③接到解列指令、自动转移负荷（不能根据电 网负荷的大小自动调整发电机的台数）。
3．特点：只能在发电机并联运行时投入工作。 • 1632～1634
特点：当电网负荷变化时， 能自动地、稳定地（按比 例）分配有功功率，两机 能稳定的并联运行；
问题：两曲线斜率不同（调 差率不同）变化的功率不 能比例均匀分配
要求：调速器的调差率在3% ~5%为宜，有功功率的比 例分配偏差应不超过各自额定有功功率的±10%
2、调速特性均为无差 特性不能并联运行；
因两条都为无差特性， 则无稳定工作点。
频率和电压是电力系统运行的两个质量指标， 电网频率和电压变化对负载和发电机组的运 行都有不利的影响。
《钢质海船入级与建造规范》规定： 频率：发电机单机运行最好保持在±0.1Hz
并联运行保持在±0.2Hz以内
有功功率的分配误差
《规范》规定，并联运行的交流发电机组， 当负载在总额定功率的20～100%范围内变 化时，应能稳定运行，其有功功率分配误 差：
⑵无差特性：转速n（频率f） 与输出有功功率的大小无 关。（呈一条水平直线）
二、单机运行时频率的调整
手动调节频率的方法：
• 操作调速器开关，压紧
或放松弹簧预紧力，从
而加大或减小油门开度，fN A
D
使调速特性曲线平行上
C
移或下移。
f1
B
2
1
P1
P2
P3
三、并联运行发电机组有功功率分配及频率调整
1、两机调速特性均为有差 特性
3、一台有差特性与一台 无差特性并联运行， 当电网负荷变化时， 总功率的变化量全部 由无差特性发电机承 担（不能均匀的分配 有功功率），有差特 性发电机承担有功功 率不变。
1611、1612、1615
四、有功功率的转移操作
1、并车转移有功功率
方法：通过操作调速器电动 机的控制开关（在发电机控 制屏上），使电动机改变调 速器弹簧预紧力，使特性上 下平移。转移负载时必须同 时向反方向调节两机组的调 速控制开关，才能保持电网 频率不变。
—— 一次调节
注：一次调节不能保持 转速（频率）恒定， 为维持额定转速和频 率，就必须人为地 （手动或自动）调节 调速弹簧的预紧力。
—— 二次调节
2、调速器的特性
柴油机的转速n（或频率f) 与柴油机输出的功率P 之间的关系－称为柴油 机的调速特性。
当调速弹簧的预紧力为一 定值时，可得一条调速 特性曲线n(f)=f(P)。
• 3．短路和持续过载保护
• 1）电路短路，不经电流检测产生信号， 使发电机主开关瞬时跳闸；
• 2）两级卸载后仍过载，根据反时限原则、 使主开关跳闸。
• 4．欠压保护
•
U＜50～60%UN 、延时1～3s，电压检
测产生信号、主开关跳闸。
• 1628～1631
返回
六、自动调频调载原理
1．自动调频调载装置：是一种在发电机并联 运行时协助原动机的调速器对电网电压的频 率和有功功率进行调整的装置。
步骤：刚刚并网运行的发电机，调速器特性2，增加 油门后特性为②；运行机特性由1减小油门后为①， 有功功率平均分配。
有功功率的转移操作
• 注意： • 有均功的两机，A机转移负荷到B机，如果
只调A机调速开关减速→电网频率下降； • 只调B机调速开关加速→电网频率增加 • 1616、1617
2、解列转移有功功率
⑶调节：
PF 油门开度仍保持不变， n 飞重离心力减小，在 调速弹簧的作用下，套 筒移动，通过滑动杠杆 作用于配压阀，油压缸 使柴油机的油门开度增 大，阻止其转速的进一 步一降，直到飞重的离 心力与弹簧力相平衡， 此时调速器处一种转速 比原来低，油门开度比 原来大的新平衡状态。
当柴油机的转速发生变 化时，调速器将自动 调节柴油机的油门， 以保持其转速在一定 范围内。
发电机额定功率相同时应不超过发电机额定 功率的±10%。
功率不同时应不超过最大发电机额定功率的 ±10%和最小发电机额定功率的±20%。
一、调速器及其调速特性
调速器：是一种根据 原动机的实际转速与 给定转速之间的差值， 对转速进行自动调整 的装置。
1、调速器的结构和动 作原理：
⑴结构：是基于离心 力的原理制成。