华亚汽电厂发电机并入系统突波分析雷击与开关突波过电压作用在.DOC

華亞汽電廠發電機併入系統突波分析 雷擊與開關突波過電壓作用在電力系統上，具有兩個相同的特徵，(1)暫態電壓的幅值可能遠大於系統運轉之線電壓，(2)暫態電壓上升或是下降的變化率，遠大於電壓在系統中的時變頻率變化率；而暫態過電壓的幅值與上昇率，是造成變壓器絕緣故障的原因之一。發電機組運轉控制項目包含(1)整步，(2)同步並聯及(3)與系統解聯；應用現場暫態現象量測技術，實測紀錄機組之整步並解聯暫態記錄，有其必要性與價值。 一、同步發電機並聯條件 機組併入系統前，調整電樞電壓與頻率之控制程序，稱為整步，因此在整步過程中，並聯斷路器兩端之跨壓，可以應用與相位、頻率差有關的電壓包絡線呈現其變化特徵，而同步裝置即應用包絡線的時變特性，檢測待並聯機端電壓與匯流排電壓之進入同相位之時機，並在斷路器兩端跨壓逐漸降為零瞬間，令斷路器完成閉合操作並將機組併入系統運轉。為簡化問題可將系統中運轉的機組等效成為一部發電機，稱之為G1發電機(Running System)，G2發電機準備於開關S1閉合即加入系統運轉發電(Oncoming Generator)，參考圖3；為避免發電機發生嚴重損壞以及負載失去電源，則準確的三相電壓與相位是S1在閉合之前的充分必要條件，若S1關閉的瞬間存有電位差，則在開關閉合時，將產生過電流，過電流振幅的大小、持續時間與次暫態電感、暫態電感、穩態電感及暫態時間常數有關。因此，考慮兩機並聯之匹配四條件如下述： 兩機的電壓均方根值必須相等。 兩機必須具有相同的相序。 兩機具有相同的相位。 待並聯機連接至系統前，其頻率應稍高於系統頻率。 待併入系統機組及自動同步裝置連接示意圖 條件1說明待並聯發電機，在並聯前經由激磁機調整磁場，使得電機輸出之端電壓振幅與系統電壓大小相等；若兩機輸出的電壓相等，同時兩機間的相角亦相等，此時兩機間將沒有電位差，則稱作滿足條件3；條件2是確定兩機之各相電壓峰值以相同的順序產生，若是兩機相序不同，則三相中僅有一相屬於同相(In phase)，其餘的兩相將互差相位120?稱為異相(Out of phase)，若是機組在上述的情況中投入斷路器將兩機並聯運轉，則在斷路器投入瞬間，在兩機異相之電樞繞組間，將發生嚴重的過電流。其次，若兩機的轉速或是頻率不是非常的接近，則在並聯瞬間，將產生相當大的暫態電流，此一過電流必將持續相當的時間，直到發電機穩定的運轉於系統頻率為止。因此並待並聯發電機在滿足電壓相等的限制條件後，需適度的調整轉速，使得發電機之頻率極為接近系統頻率，此時待並聯機與系統間的相角增量差值的變化亦相當緩慢，此一相角增量值亦即相角差的變化，可以包絡線方程式或是紀錄圖形觀察之，在包絡線等於零的瞬間，就是兩機準確於同相位瞬間準確並聯的最佳時機，此時閉合S1即可完成發電機的並聯加入運轉[1]。圖4係說明自動並聯設備的控制示意圖。 若待並聯機與系統之間存有頻率差，可應用同步儀順、逆時針轉動方向，觀察出電機速度稍高(fast)或是稍低(slow)於系統；其次，在整步程序中，因待並聯機與系統間的頻率差不為零，其間的電壓差幅值及相位角度變化量，可以電壓包絡線表示；例如待並聯機與系統電壓在同相位(in-phase)時間點上，此一包絡線電壓為零；反之，待並聯機與系統電壓相位偏移180?(out-of-phase)，可產生兩倍幅值之電壓包絡線。電壓包絡線之瞬時值可以下式表之， 藉由電壓包絡線瞬時方程式，可推導出三相電壓包絡線方程式，藉由三相電壓包絡線方程式之最大值出現次序，亦表示待並聯機轉速高於或是稍低於系統同步速度，如在電機轉速稍高情況下，三相電壓包絡線峰值電壓以c-b-a相序出現；反之，電機速度較系統同步速度稍低時，其三相電壓包絡線峰值將依a-b-c順序出現；在機組控制室中，裝置於同步並聯配電盤上的同步儀，可顯示電機與系統同步速度差，同步儀表計如圖2所示； 同步儀示意圖 在此以MATLAB軟體模擬系統發電機之整步作業，模擬結果之系統電壓、發電機電壓及兩者之電壓波型及相位變化，如圖5所示；首先說明假設條件：設定系統電壓等於1pu、頻率等於60Hz，待並聯發電機之輸出端電壓等於系統電壓；其次，設定待並聯發電機頻率稍高於系統頻率為60.5Hz(此一頻率差設定值，係為便於觀察及說明包絡線)。圖5顯示V1及V2電壓振幅大小相等，在時間軸上0.096~0.104秒位置，二者相角相差接近180o，故2pu的電壓差達到週期中最大值；時間軸上靠近0.2秒的位置，顯示V2以較快的速度電壓逐漸接近V1，兩者間電壓的相角差亦逐漸靠近同相位之0o，此時二者間的電位差亦趨近零伏特；0.2秒以後，二者的相差亦隨著時間的流動而開始另一週期的變化。 為準確的在十二點鍾位置關閉開關完成並聯手續，必須考慮斷路器投入機構的動作延時特性，在適當的提前角度操作斷路器，