◈ HYDRO LAB / 水电站自动化
INTERACTIVE LEARNING · 01
手动并列 · 动态教学仿真

让每一次合闸,恰逢其时。

调电压、控频率、观相位,在动态变化中理解手动准同期。

电压差 ΔU / 相对母线
母线 10.00 kV · 发电机 kV
频率差 Δf / 发电机 − 电网
电网 50.00 Hz · 发电机 Hz
当前相位差 δ / 发电机超前为正
预计触头接通时 °

同步表 慢 → 快

指针到达顶部表示同相。顺时针:发电机较快;逆时针:发电机较慢。频差越小,转动越慢。

相序检查
电压匹配 |ΔU| ≤ 5%
频率匹配 |Δf| ≤ 0.10 Hz
接通相位 |δ接通| ≤ 10°

双电压波形 时间放大观察

● 电网母线● 发电机

旋转相量 以电网电压为参考

δ 随频差积累:dδ/dt = 360° × Δf。调速改变相位移动的速度,励磁改变发电机电压幅值。

手动操作台 01 号机组

9.00 kV10.0011.00 kV
49.70 Hz50.0050.30 Hz

提前角 δ提前 = −360° × Δf × 合闸时间。点击后,触头经过延时才接通。

等待调节。先使电压和频率接近,再观察合闸时机。

可关闭闭锁,观察不满足判据时的模拟结果。所有交互均为本地教学演示。

从观察到并列 操作思路

01 /
准备检查

确认相序一致,识别母线、机端及断路器状态。

02 /
粗调参数

调励磁使电压接近,调速使频差逐渐减小。

03 /
细调匹配

保持微小频差,观察指针缓慢靠近同相位置。

04 /
择机合闸

考虑断路器动作时间,使触头在同期窗口内接通。

操作记录 本次练习

等待首次操作…

讲解课堂 边看、边调、边理解

手动准同期,是由操作人员调节待并发电机,使其电压、频率与电网接近,并选择合适时刻发出合闸指令,让断路器触头接通时两侧电压尽量同相。这里的“准”,强调的是在允许偏差内实现同期并列。

此刻怎么做

01 为什么要先满足同期条件?

可以把电网和发电机想成两组需要同节奏运动的转子。电压幅值不同、变化节奏不同,或者相位错开,都意味着断路器两侧存在电压差。此时直接连接,可能产生冲击电流和电磁转矩。

因此,先确认相序一致,再检查电压差、频率差与接通时的相位差。相序不同,不能靠调压、调频来修正。

02 调励磁:让两条波形一样高

蓝色代表电网,绿色代表发电机。观察两条波形的高度:绿色较矮,说明机端电压偏低;绿色较高,说明机端电压偏高。通过励磁调节,使发电机电压接近母线电压。

试一试:只拖动“励磁”滑块,观察绿色波形与绿色相量的长度变化。励磁在这个模型中只改变电压幅值。

03 调转速:让同步表慢下来

频率反映电压周期变化的快慢。发电机频率较高时,相位逐渐超前,本同步表顺时针转;频率较低时,相位逐渐落后,指针逆时针转。频差越大,指针越快。

先减小频差,再保持微小频差,便于观察指针缓慢接近同期位置。例如 Δf = +0.05 Hz,相位每秒增加 18°,转一圈约需 20 秒。

04 同频,为什么还不能马上合闸?

频率相等只说明两侧变化速度相同,并不说明相位已经相同。如果指针停在 90°,即使完全同频,仍会一直保持 90° 相位差。

可以暂时形成很小的频差,让相位缓慢移动;接近同期位置时再选择合闸时机。波形重合、相量同向,对应相位差接近零。

05 提前合闸:算上断路器的动作时间

按下按钮与触头真正接通之间存在延时。在这段时间内,相位仍在变化,因此应该判断“接通时的相位”,而不只是点击瞬间的相位。

δ接通 ≈ δ当前 + 360° × Δf × t合闸

例如 Δf = +0.05 Hz、合闸时间为 0.20 s,动作期间相位增加 3.6°。理想情况下可在 δ当前约 −3.6° 时发出指令,使触头在接近 0° 时接通。

06 并列之后,观察什么?

演示合闸成功后,模型将发电机频率、相位锁定到理想电网。真实机组并网后,在电网频率基本稳定时,调速系统主要影响有功功率,励磁系统主要影响无功功率及电压。

本页面只演示并列前的匹配与合闸判断,没有计算并网后的功率分配或机组暂态过程。

课堂演示讲稿 · 可直接配合页面讲解

“大家先看蓝色和绿色两条曲线。蓝色是电网,绿色是准备并网的发电机。我们的目标,是让它们在断路器接通时高度接近、节奏接近,而且相位接近。”

“第一步,检查相序。第二步,调励磁,让两条波形的高度接近。第三步,调转速,让同步表慢下来。请注意:指针停住只代表同频,停在顶部才代表同相。”

“接着,保留很小的频差,观察指针缓慢接近顶部。断路器不会在按下按钮的瞬间接通,所以要把动作时间考虑进去。看‘预计触头接通时’的相位,在电压、频率和相序也满足条件时,选择合适时机发出指令。”

“最后,对比并列成功与闭锁提示。闭锁是在提醒我们:某个同期条件还没满足。记住这条操作主线:先检查、再调压调频、最后判断接通时刻。”

思考题:先预测,再操作

① 将发电机电压调到 10.80 kV,频率设为 50.00 Hz,能否合闸?
解析:电压差为 +8%,超出本演示的 5% 判据;同频不能代替电压匹配。

② 同步表静止在侧面,说明什么?
解析:频差接近零,但仍可能存在较大相位差。应通过微小频差改变相对相位。

③ 频差变大后,为什么更难抓住时机?
解析:相位变化加快,经过同期窗口的时间更短,合闸延时带来的相位变化也更大。