[自动化]课程习题与解答

第一章 水轮发电机的自动并列

1、简述同步发电机两种同期并列方式的操作步骤，并分析各自的特点和用途。 答：同步发电机具有准同期和自同期两种同期并列方式。其中：

准同期的操作步骤为

自同期的操作步骤为

由于在准同期操作中满足了发电机与电力系统的频率、电压和相位相同的条件。

发电机定子回路的电流将为零，对机组将不会产生电流或电磁力矩的冲击。因此，水电站在同期操作中，采用了以自动准同期作为机组正常时的并列方式。

但是，准同期存在着非同期并列操作可能，并使机组严重损坏。为了避免非同期并列，在准同期并列时，同期回路带有非同期闭锁。

另外，当电力系统发生故障而出现低频、低压时，将给准同期操作带来困难。 自同期具有如下特点：

不满足

不需调整电压、相位和精确调整转速，操作简单；

由于并列操作时未投励，消除了非同期并列的可能；

与准同期相比，大大缩短了并列的时间。

自同期并列为电力系统发生故障而出现低频、低压时，启动备用机组创造了很好的条件，对于防止事故扩大，迅速恢复系统起到重要作用。

由于发电机以自同期投入系统时，未励磁的发电机相当于异步电动机，因此自同期存在如下缺点：

出现短时间的电流冲击，并使系统电压下降；

冲击电流引起的电动力可能对定子绕组绝缘和定子绕组端部造成不良影响； 冲击电磁力矩将使机组大轴产生纽矩，并引起振动。

但是，冲击电流和冲击电磁力矩均比发电机出口三相短路时小，并且缩减快，通常不会对发电机造成损害，但冲击电流产生的电动力可能对定子绕组绝缘和端部造成累计性变形和损害。特别是自同期时发电机处于冷状态，造成的不良影响比热状态下的发电机出口三相短路更严重。因此，在事故时机组采用自动自同期并列。

2、简述准同期并列的条件，并说明可能造成非同期合闸的原因及其危害。 答：准同期并列的条件为：

发电机与电力系统的相序相同；

发电机与电力系统的频率相同；

发电机与电力系统的电压相同；

发电机与电力系统的相位相同。

可能造成非同期并列的原因为：

发电机的一次或二次接线不正确；

同期装臵工作不正确；

运行人员误操作。

非同期并列操作可能使机组严重损坏：

如果相位差为180°时非同期合闸，则发电机定子绕组的冲击电流将比发电机

出口的三相短路电流大一倍；

如果电压或频率不相同，将对机组产生很大的电磁冲击力，甚至高达额定力矩

的8-26倍。

3、已知滑差周期为s T ，试确定机组和系统的频率差f ∆。

解： S s

sys g T f f f 1

2==-=∆πϖ

式中 g f 为待并发电机的频率；sys f 系统的频率；s ϖ为滑差角速度。

∴ S T f 1

=∆

4、设：待并发电机的电压为)sin()(g g g g t U t u ϕϖ+=；

系统电压为)sin()(sys sys sys sys t U t u ϕϖ+=；

其频率差和相位差为0，电压差为g g sys U U U U 9.0=-=∆，试计算并列时的最大冲

击电流m ax .su I 。

解：根据最大冲击电流的近似计算式'

'm ax .29.1d su X U

I ∆=

式中：''d X 为待并发电机的纵轴次暂态电抗。

已知电压差为g g sys U U U U 9.0=-=∆，则有

'

''

'm ax .42.29.029.1d g d g

su X U X U I ⨯=⨯=

5、设：待并发电机的电压为t U t u g g g ϖsin )(=；

系统电压为t U t u sys sys sys ϖsin )(=；

简要说明如何根据脉动电压)()()(t u t u t u sys g s -=分析电压差sys g U U U -=∆和频率

差sys g f f f -=∆。

答：设待并发电机和系统电压的最大值为m U ；

2)(cos 2)(sin )()()(t

t

U t u t u t u sys g sys g m sys g s ϖϖϖϖ+-=-=

脉动电压)(t u s 是一个电角速度为

2)(sys g ϖϖ+、幅值（包络线）为正弦规律2)(sin t U sys g m ϖ

ϖ-变化的交流电压。准同期并列时g ϖ与sys ϖ很接近，故脉动电压

频率仍接近于50Hz ，在脉动电压中，其幅值的变化规律为

2sin 22sin 22)(sin 2δ

ϖϖ

ϖm s m sys g m sm U t

U t U u ==-= （1）

式中 ： sys g s ϖϖϖ-=为滑差角速度；t s ϖδ=为)(t u g 与)(t u sys 的相位差。 δ从π20→的时间S T 称为滑差周期

s S T ϖπ2= （2）

由（1）式可知：

在)(t u g 与)(t u sys 的幅值相等的条件下：πδ=时，脉动电压的幅值达到最大值m sm U u 2=；πδk 2=（ 2,1,0=k ）时，脉动电压的幅值达到最小值0=sm u 。

如果)(t u g 与)(t u sys 的幅值不相等，则脉动电压最小值为sys g u u 22-。 由（2）式可知：滑差周期S T 与频率差πϖ2s sys g f f f =-=∆成反比，因此可用滑差周期S T 的大小来判断待并发电机与系统的频率差，从而确定准同期并列的条件是

否满足。