ch13 同步發(fā)電機(jī)的并車運(yùn)行

第13章

同步發(fā)電機(jī)的并車運(yùn)行§13.1并車的條件及分析

§13.2同步發(fā)電機(jī)的手動(dòng)并車§13.3同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車裝置的基本原理教學(xué)目的：使學(xué)生了解各種并車裝置性能和特點(diǎn)；掌握手動(dòng)并車的原理和操作。教學(xué)重點(diǎn)：掌握同步并車的條件，手動(dòng)并車的原理和操作。教學(xué)難點(diǎn)：自動(dòng)并車裝置的基本原理。主要內(nèi)容同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步并車的四大條件：相序相同電壓相等頻率相等相位相同。本章重點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行條件：待并發(fā)電機(jī)的電壓與電網(wǎng)(或運(yùn)行機(jī))電壓的相序一致；待并發(fā)電機(jī)的電壓與電網(wǎng)電壓的有效值相同；(U2=U1)待并發(fā)電機(jī)的電壓頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同；(f2=f1)待并發(fā)電機(jī)電壓相位(或初相位)與電網(wǎng)電壓的相位一致。(δ2=δ1)§13.1并車的條件及分析兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行實(shí)際接線圖單相等效電路圖—并車瞬間發(fā)電機(jī)等值電抗下面將對(duì)三種條件逐一分析。假設(shè)電網(wǎng)電壓低于待并發(fā)電機(jī)電壓，即U1＜U2。在這種情況下投入G2時(shí)，主開關(guān)ＱＦ2兩端存在電壓差U。1)頻率和初相位相同，電壓有效值不相同環(huán)流IPH滯后U2對(duì)G2去磁效應(yīng)，Ｇ２電壓下降；環(huán)流IPH超前U1對(duì)G1增磁效應(yīng)，電壓上升。最終使兩機(jī)并聯(lián)運(yùn)行于同一電壓。頻率和初相位相同,電壓有效值不相同

并車操作時(shí)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組之間的電壓差不能超過(guò)額定電壓的10％。

兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓不等所產(chǎn)生的無(wú)功性質(zhì)環(huán)流，對(duì)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起均壓作用，因此，IPH稱為平衡電流，由于發(fā)電機(jī)并車瞬間呈現(xiàn)出的等值電抗很小，因此在電壓差較大情況下進(jìn)行并車，合閘瞬間會(huì)差生很大的沖擊電流。2)頻率和電壓相同，相位不相同

假設(shè)待并發(fā)電機(jī)電壓U1的相位超前于電網(wǎng)電壓U2的角度為δ。兩發(fā)電機(jī)間仍存在電壓差U。合閘后在兩機(jī)組之間產(chǎn)生環(huán)流。１號(hào)機(jī)，輸出有功功率，對(duì)原動(dòng)機(jī)為阻力矩，發(fā)電機(jī)減速。２號(hào)機(jī)，吸收有功功率，對(duì)原動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)力矩，發(fā)電機(jī)加速。自整步力矩拉入同步。去磁效應(yīng)一致，電壓仍相等。

此時(shí)并車要求：Δδ≤

±15°

相差太大，兩機(jī)間產(chǎn)生沖擊電流（180°最大，0°最?。┖蜎_擊力矩，不能牽入同步，且產(chǎn)生振蕩（轉(zhuǎn)子相對(duì)擺動(dòng)），導(dǎo)致逆功率跳閘，甚至損壞繞組。電壓和相位相同,頻率不相同合閘瞬間兩臺(tái)發(fā)電機(jī)電壓和相位相同，只是頻率不同，如果f2>f1，則將超前δ角。3)并車時(shí)電壓和相位相同，但頻率不相同若在t=0時(shí)合閘，將不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流；在t>0時(shí)合閘，將出現(xiàn)相位差，產(chǎn)生環(huán)流，若頻差不大，最終通過(guò)自整步力矩拉入同步。若頻差較大，難以拉入同步，且隨著相位差的變化，產(chǎn)生較大環(huán)流和較大的沖擊力矩，對(duì)發(fā)電機(jī)和船舶電力系統(tǒng)均不利。要求：控制兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的頻差Δf≤±

0.5Hz（T=1/Δf）。頻差?。ú皇窃叫≡胶谩㈦y調(diào)）則自整步作用使兩機(jī)牽入同步；頻差大則無(wú)法牽入同步。通常以0.25Hz最好。補(bǔ)充說(shuō)明：相序不一致會(huì)引起很大的環(huán)流燒壞發(fā)電機(jī)，該條件一般(除檢修）可滿足，航行并車不必檢測(cè)。合閘：最理想合閘時(shí)機(jī)是待并發(fā)電機(jī)的電流為零時(shí)。并車時(shí)任何一個(gè)條件不滿足都會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，相位和頻率條件不滿足還會(huì)產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩。

并車時(shí)檢查和調(diào)整待并發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、初相位，在滿足并車的條件時(shí)合閘，這種方法稱為準(zhǔn)同步并車。手動(dòng)準(zhǔn)同步并車操作；自動(dòng)并車操作?！?2.2同步發(fā)電機(jī)的手動(dòng)并車檢測(cè)這兩個(gè)并車條件（頻率和相位）的方法有同步指示燈法和整步表法。調(diào)壓器可保證電壓條件，并車時(shí)只要調(diào)整待并機(jī)的頻率和相位。但是，不應(yīng)在電網(wǎng)負(fù)載波動(dòng)較大時(shí)進(jìn)行并車。同步指示燈的連接方法分為明暗法和旋轉(zhuǎn)法手動(dòng)準(zhǔn)同步并車通常采用燈光法和整步表法來(lái)檢測(cè)并車條件。一、同步指示燈法

§12.2同步發(fā)電機(jī)的手動(dòng)并車合閘時(shí)刻:使燈光向“快”（順時(shí)針）的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)調(diào)節(jié)到3～5秒旋轉(zhuǎn)一周后，當(dāng)指示燈L1最暗而L2、L3同樣亮?xí)r。1)燈光旋轉(zhuǎn)法f2＞f1時(shí)，燈泡輪流熄滅的順序?yàn)?L1L2L3

L1f2＜f1時(shí)，燈泡輪流熄滅的順序?yàn)?L1L3L2

L1結(jié)論：頻差大于０，燈光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；頻差小于０，燈光逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；燈光明暗旋轉(zhuǎn)快說(shuō)明頻差大、慢說(shuō)明頻差??；L1燈光明暗度說(shuō)明相位差的大小。L1L2L3uL1uL2uL3uL2)燈光明暗法(燈光熄滅法)燈泡明暗的快慢取決于頻差的大小,指示燈明暗一次所需的時(shí)間TS＝1/f稱為頻差周期。

性能：

A．燈光很亮說(shuō)明待并機(jī)與電網(wǎng)相位差很大、熄滅說(shuō)明相位差很小或?yàn)榱?，燈光明暗度說(shuō)明相位差的大??；

B．燈光明暗變化快說(shuō)明頻差大、慢說(shuō)明頻差小。合閘：調(diào)待并機(jī)的調(diào)速開關(guān)（即調(diào)油門），使燈光明暗變化慢（周期為3～5秒），燈光熄滅后（接近燈暗區(qū)中心）（ΔU為30%Ue燈滅，從熄滅到亮為暗區(qū)），合閘并車。缺點(diǎn)：燈光明暗不能說(shuō)明f2是快還是慢。

2)燈光明暗法(燈光熄滅法)合閘時(shí)刻：當(dāng)燈泡3～5秒明暗一次時(shí),約在接近燈暗區(qū)間的中心時(shí)。同步表是一種用來(lái)檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)（匯流排）電壓的頻率和相位差大小及其方向的儀表，又稱整步表。13.2.2同步表法指針旋轉(zhuǎn)一圈所需要的時(shí)間為TS＝1/f。同步表按短時(shí)工作制設(shè)計(jì)，一般持續(xù)工作時(shí)間不大于15min，間隔時(shí)間為30min，所以，并車操作過(guò)程不宜太長(zhǎng)，并車成功后應(yīng)及時(shí)切除。

合閘的時(shí)刻:同步表向“快”的方向3～5秒旋轉(zhuǎn)一周，在指針接近表盤的中點(diǎn)（同相位點(diǎn)）時(shí)合閘。圖13-7船舶電站3臺(tái)發(fā)電機(jī)同步表接線圖電抗器粗同步并車原理電流通常被限制在額定電流的1.2～1.4倍。并車的條件為：電壓差U<10％Un,頻差f<（1～1.5）Hz,相位差δ<180（一般應(yīng)小于90）時(shí)合閘。13.3.1自動(dòng)準(zhǔn)同步并車原理§12.3同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車裝置的基本原理自動(dòng)并車不作為一個(gè)獨(dú)立裝置，而是PMS的一個(gè)單元或一部分。

大部分船舶電站都裝有PMS船舶電站功率管理系統(tǒng)（PMS）（PowerManagementSystem）

自動(dòng)并車裝置通?？煞譃閮纱蟛糠郑阂徊糠譃轭l率預(yù)調(diào)，一部分為合閘控制。自動(dòng)并車裝置應(yīng)具有以下功能：1.檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓之間的頻差和頻差符號(hào)，并根據(jù)頻差的大小和符號(hào)，向待并發(fā)電機(jī)發(fā)出相應(yīng)的自動(dòng)整步的加速或減速信號(hào)；2.檢測(cè)頻差、相位差和電壓差，當(dāng)滿足允許合閘條件時(shí)，適時(shí)地發(fā)出合閘指令。1)頻差脈動(dòng)電壓與相位檢測(cè)原理頻差大頻差小頻差更小濾波后為正選脈動(dòng)電壓：

波形反映出：頻差大小，相位關(guān)系，電壓為零的點(diǎn)即為同相點(diǎn)。由波形圖可見，當(dāng)δ0為0時(shí)，輸出電壓為0，但這種波形的脈動(dòng)電壓存在如下問(wèn)題：電壓U1≠U2時(shí)，US

≠0時(shí)，采用US=0來(lái)判斷δ0=0就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，船舶電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大，這是客觀存在現(xiàn)象。無(wú)法從中獲得頻差方向，從而無(wú)法判斷待并機(jī)頻率高于還是低于電網(wǎng)頻率。脈動(dòng)電壓與相位差δ的關(guān)系是正弦關(guān)系，而不是線性關(guān)系。為了克服正弦脈動(dòng)電壓的缺陷，提出采用三角波頻差脈動(dòng)電壓，US

與δ的關(guān)系成線性關(guān)系，并且不受電壓差和波形失真的影響。(2)頻率預(yù)調(diào)手動(dòng)并車時(shí)，人們借助同步燈或同步表旋轉(zhuǎn)方向來(lái)判斷待并機(jī)的頻率是高于或低于電網(wǎng)頻率，從而決定待并機(jī)加速或減速、調(diào)節(jié)頻差滿足并車要求并抓取相位差為零的時(shí)刻，而自動(dòng)并車裝置則需要有一個(gè)頻差符號(hào)自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)速控制電路來(lái)取代上述手動(dòng)操作，稱為頻率預(yù)調(diào)。檢測(cè)頻差方向通常采用移相法：取電網(wǎng)電壓，其中事先移相成為待并機(jī)電壓與和的脈動(dòng)電壓分別和。當(dāng)待并機(jī)頻率高于電網(wǎng)頻率(即f>0),到達(dá)最大值時(shí)間較提前，而待并機(jī)頻率低于電網(wǎng)頻率(即f<0),到達(dá)最大值時(shí)間較提前,利用兩個(gè)鑒幅器即可檢測(cè)出頻差方向。&鑒幅器&鑒幅器加速減速頻率高頻率低(3)合閘控制電路

合閘控制電路把電壓差允許鑒別的條件，頻差允許鑒別條件與恒定提前時(shí)間(主開關(guān)合閘時(shí)間)捕獲脈沖通過(guò)一個(gè)合閘與門,送出合閘控制信號(hào)，使主開關(guān)合閘操作。

采用模塊式的船舶電站自動(dòng)整步器的實(shí)例

13.3.2船舶電站自動(dòng)整步器船舶應(yīng)急電源可采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和應(yīng)急蓄電池組。《鋼質(zhì)海船建造及入級(jí)規(guī)范》規(guī)定：客船及1000總噸以上的貨船在一般情況下均應(yīng)設(shè)有應(yīng)急電源。(1)應(yīng)急電源船舶應(yīng)急發(fā)電機(jī)組小應(yīng)急電源(蓄電池）的容量應(yīng)能保證連續(xù)供電30分鐘。一般位于防撞艙壁以后、艙壁甲板以上和機(jī)艙以外的艇甲板上。要求帶動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較好的獨(dú)立性和機(jī)動(dòng)性。(2)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組

應(yīng)急發(fā)電機(jī)必須設(shè)有自動(dòng)起動(dòng)裝置，以保證在主電源不