船舶同步發(fā)電機的并聯(lián)運行

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上淺談船舶同步發(fā)電機的并聯(lián)運行一 船舶同步發(fā)電機的并聯(lián)運行的目的、意義現代船舶大多采用交流電站，隨著船舶噸位、電氣化、自動化程度的提高，電站容量也日益增加。為了滿足船舶供電的可靠性和經濟型，一般的船舶電站均配置了兩臺以上的同步發(fā)電機組作為主電源，并且這兩臺以上的發(fā)電機可以通過公用母線向全船負荷供電，這就是通常所說的發(fā)電機并聯(lián)運行。為什么要采用并聯(lián)運行的方式呢？這是一位船舶發(fā)電機在設計時，就考慮到發(fā)電機在額定負載下運行就有最高的效率。而船舶工況變化較大，因而用電量的變化也很大，例如船舶在停泊和裝卸貨兩種不同的工況時，用電量可能相差3倍甚至更多，采用兩臺以上較小容量的發(fā)電機

2、可以根據負荷的大小改變運行的方式，使發(fā)電機經常處于最佳的運行狀態(tài)。如果電站只采用一臺大容量的發(fā)電機，使它滿足最大負荷的需要，那么在小負載時，發(fā)電機降處于輕載而是效率大為降低，并且選擇備用機組容量時也必須考慮和這臺大容量的發(fā)電機容量相同，從而使投資費用和運行費用都會增加；另外，為了維護檢修的方便，也需要采用并聯(lián)運行的方式，要檢修運行中的發(fā)電機組而不允許電站停電時，就必須先將備用機組投入并聯(lián)運行，然后再從電網上切除欲檢修的機組。在自動化要求較高的船舶中，還需設置自動并車的裝置，使已經運行的發(fā)電機自動投入并聯(lián)運行，以便提高船舶供電的可靠性。二 發(fā)電機并聯(lián)運行的特點船舶同步發(fā)電機的并聯(lián)運行多位兩臺或多

3、臺同容量的發(fā)電機并聯(lián)。以兩臺為例分析同容量發(fā)電機并聯(lián)運行的一些特點。1:兩臺發(fā)電機的有功功率和無功功率總是等于負載的有功功率和無功功率，即：P1+P2=P Q1+Q2=Q由于發(fā)電機以及船舶電網的容量都不大，當有大容量的用電設備投入船舶電網或從電網中被切除時，會直接引起并聯(lián)機組的有功功率和無功功率同時變化，同時也會引起電網電壓和頻率的變化。2：當電網的用電負荷保持不變時，若單獨增加一臺發(fā)電機的輸入機械功率，可使該發(fā)電機輸出的有功功率增加；與此同時，將會引起另一臺并聯(lián)機組輸出的有功率自動減少。此外，由于輸入的機械功率的增加使轉速升高，而另一臺機組因輸出的有功功率減少也使轉速上升，結果將使電網的頻率

4、有所升高。如果單獨減少一臺機組輸入的機械功率,則變化與上述相反。只有同時向相反方向調節(jié)兩并聯(lián)機組輸入的機械功率時，才能保持電網的頻率不變。3：單獨增加一臺發(fā)電機的勵磁電流時，該發(fā)電機輸出的無功功率增加，而另一臺發(fā)電機輸出的無功功率將自動減少。此外，增加勵磁電流使空載電動勢增大，而另一臺發(fā)電機輸出的無功功率的減少使其去磁效應減少兩者都使電網的電壓有所上升。單獨減少一臺發(fā)電機的勵磁電流，則變化與上述相反。只有同時反方向調節(jié)兩臺發(fā)電機的勵磁電流，才能保持電網的電壓不變。三 船舶同步發(fā)電機的并聯(lián)運行的條件在船上通常有三種情況需要并車操作。一是需要滿足電網負荷的需求，當單機負荷達到80%額定容量時，且負

5、荷仍有可能增加，這時就要考慮并聯(lián)另一臺發(fā)電機；二是當進出港靠離碼頭或進出狹水道等的機動航行狀態(tài)時，為了船舶航行的安全，需要兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行；三是當需要用備用機組替換下運行供電的機組時，為了保證不中斷供電，需要通過并車進行替換。 準同步并車方式是目前船舶上普遍采用的一種并車方法。為了使并聯(lián)運行的交流同步發(fā)電機保持穩(wěn)定地工作，每臺并聯(lián)運行的發(fā)電機必須滿足如下條件： （1）待并機組的相序與運行機組（或電網）的相序一致； （2）待并機組的電壓與運行機組（或電網）的電壓大小相等； （3）待并機組電壓的初相位與運行機組（或電網）電壓的初相位相同；（4）待并機組電壓的頻率與運行機組（或電網）電壓的頻率大小

6、相等。 由于在發(fā)電機組安裝時已經對發(fā)電機的相序與電網的相序進行測定，保證相序一致的條件。因此并車操作就是檢測和調整待并發(fā)電機組的電壓、頻率和相位，使之在滿足上述三個條件的瞬間通過發(fā)電機主開關的合閘投入電網。這樣就可以保證在并車合閘時沒有沖擊電流，并且并車后能保持穩(wěn)定的同步運行。 實際并車時，除相序外，其他條件不可能做到完全一致，而且必須有一定的頻差才能快速投入并聯(lián)運行。 一，當頻率相等、初相位一致、電壓不相等時，兩臺發(fā)電機并車瞬間將在兩機組間產生一個無功性質的環(huán)流、對兩臺發(fā)電機起到均壓作用。由于發(fā)電機在并車瞬間呈現很小的等值電抗，因此當電壓差較大時，合閘瞬間會產生很大的沖擊電流，對兩臺發(fā)電機和

7、電力系統(tǒng)均不利。巨大的沖擊電流產生的沖擊電動力，會損傷發(fā)電機電樞繞組、主開關觸頭，使匯流排變形等。一般并車操作時，電壓差U不得超過額定電壓的10%。二， 待并機組與運行機組電壓相等、頻率相等，但初相位不同，兩臺發(fā)電機并車瞬間在待并機主開關的動、靜觸頭間會有一電壓差，在兩機組間會出現滯后電壓差90°的環(huán)流，此時的環(huán)流不再是純無功性質。把環(huán)流有功和無功分解，得到有功分量環(huán)流的和無功分量的環(huán)流，在有功環(huán)流的作用下，一臺減速而另一臺加速，最終使得并聯(lián)運行的兩臺發(fā)電機達到相位一致而進入同步運行。環(huán)流的有功分量對應的功率稱為整步功率，其中超前的發(fā)電機輸出整步功率，滯后的發(fā)電機吸收整步功率。整步功

8、率對應的整步轉矩，對于超前發(fā)電機而言是阻轉矩，使轉速下降，對于滯后發(fā)電機而言是驅動轉矩，使轉速上升，最終將兩機拉入同相位同步運行。該過程稱為“牽入同步”過程。無功性質的環(huán)流、對兩臺發(fā)電機起到均壓作用。為了減少沖擊電流，一般并車操作時要求相位差小于S15°。三，待并機與運行機電壓相等，初相位相同，但頻率不相等時并車。在合閘瞬間不會出現電壓差，也就沒有環(huán)流。但由于頻率不相等，隨時間后移，就會出現相位差，只要相位差一出現，環(huán)流就隨之產生，即出現整步轉矩，一臺減速而另一臺加速。只要頻率差不大，最終依靠整步轉矩都能“牽入同步”。若頻差f太大，往往難以拉入同步，同時合閘后環(huán)流也不斷增大，對發(fā)電機

9、和電力系統(tǒng)都不利，應避免這種情況的發(fā)生。通常在并車操作時要求頻差f小于0.5 Hz，以0.25 Hz最好。發(fā)電機并車時，合閘瞬間任一條件不滿足，都會在發(fā)電機組之間產生沖擊電流。沖擊電流的無功分量起均壓作用；有功分量產生的沖擊轉矩起整步作用。只要沖擊電流不大，對并車操作是有利的。若沖擊電流太大，會造成并車失敗，嚴重時會導致全船停電，甚至造成發(fā)電機組的損壞。四 船舶同步發(fā)電機手動并聯(lián)運行指示燈法并車 檢查和調整待并發(fā)電機的電壓、頻率、初相位，使之滿足準同步并車的條件，然后進行合閘，使發(fā)電機拉入同步。如果由手工完成這個過程，稱為手動準同步并車操作；若由自動裝置來完成，則稱為自動并車操作。 當待并發(fā)電

10、機組起動，并建立了電壓之后，可通過發(fā)電機控制屏上的電壓表檢測待并發(fā)電機電壓是否與運行機的電壓相等，應使電壓差在±10%以內。只要發(fā)電機調壓器工作正常，一般都能滿足這個要求，無需特別調整。手動并車操作關鍵要檢測和調整待并機的頻率和初相位，使之滿足準同步并車要求。要注意的是，不應在電網負載波動比較大（如有大功率電動機在起動、變速等）的情況下進行并車操作。 一般通過“調速開關”（油門）來調節(jié)原動機轉速，使待并機的頻率接近運行機的頻率。然后進一步檢測待并機與電網的頻率差是否小于0.5 Hz，初相位是否一致。檢測這兩個并車條件的方法有同步指示燈法和整步表法。根據同步指示燈的不同連接方式可分為燈

11、光明暗法和燈光旋轉法。一，燈光明暗法是將三盞同步指示燈分別跨接在待并車發(fā)電機和運行發(fā)電機的對應相上，每個燈泡兩端的電壓就是兩對應相之間的電壓差值。燈泡上所加電壓的大小隨相位差的變化而變化，在頻率不相等時，其相位差隨時間進行周期性的變化，燈泡就明暗交替變化。當相位差為0時，三個燈泡所加電壓為零，同時熄滅，當相位差為180°時，三盞燈泡所加電壓最大，燈泡最亮。設頻率差為f，則相位差為2f，燈光變化一個周期所需時間為。頻差f越大，燈光變化的周期越短，當燈光變化周期大于2 s時，才能符合頻差并車條件。為了可靠抓獲在同相位點（即燈全滅時）合閘，一般調整頻差在0.25 Hz（周期4 s），然后，

12、在燈光全滅的中間期果斷合閘。 二，燈光旋轉法是將三盞同步指示燈的其中一盞接在電網與待并機的對應A相上，其余兩盞分別交叉跨接在電網的B相（C相）與待并機的C相（B相）上（即三盞同步指示燈一盞對接，兩盞叉接）。當頻率差為f時，三盞燈泡輪流熄滅，頻差越大燈光旋轉的速度越快，頻差方向改變，燈光旋轉的方向也改變。手動準同步并車操作時，應選擇三盞同步指示燈順時針方向旋轉，在旋轉一周的時間為35 s，同時對接相燈熄滅而兩盞叉接相燈同樣亮時，果斷合閘。 燈光旋轉法不僅能檢測頻差的大小，而且可以檢測頻差的方向，燈光明暗法，只能檢測頻差的大小，頻差的方向需通過兩頻率表讀數的比較才能知道。 如果出現燈光明暗法變成燈

13、光旋轉法、或燈光旋轉法變成燈光明暗法，原因有兩種可能，一是待并機與電網相序相反；另一種是同步指示燈接線錯誤。 同步表發(fā)并車同步表法是用來指示待并機與電網的電壓相位差，頻率差及其方向的儀表。 若待并機電壓超前電網電壓一個電角度，指針就指在整步點右邊（快方向）一個角度。若待并機電壓滯后于電網電壓一個角度，指針就指在整步點左邊（慢方向）角度上。若待并機頻率f2f1，整步表指針將不斷向“快”方向轉動。若待并機頻率f2f1，整步表指針將不斷向“慢”方向轉動。頻差越大，其指針轉動的速度越快，整步表能檢測出待并機與電網的頻差的大小和方向，而且指針的不同位置指出了相位差的大小。并車操作時，應使整步表指針轉動一

14、周所需時間大于4 s（f0.25Hz，一般取35s），在整步點到來前的一個小角度，把握時機、果斷合閘，這時合閘沖擊電流最小，提前一個小角度而不在整步點才合閘，是因為每個主開關都有一個固有的動作時間。 在用準同步表法進行并車操作過程中，當電壓差與頻率差基本調整完畢后，就應接通同步表轉換開關，并將其轉換到待并發(fā)電機位置。然后通過調速開關調節(jié)待并發(fā)電機轉速（一般總是使同步表指針沿快的方向旋轉，這樣并車后就可使待并發(fā)電機分擔少量負載，防止出現逆功率，對并車成功有利）。當指針快到12點即相位差為零時立即合閘，待并發(fā)電機依靠自整步作用被拉入同步，然后再進行負載轉移。 應當指出：同步表按短時工作制設計，一般

15、持續(xù)工作時間不大于15 min，間隔時間為30 min，所以，并車操作過程不宜太長，并車成功后應及時切除。 粗同步并車（電抗器并車） 手動準同步并車對操作技術要求較高，在船舶交流化發(fā)展的初級階段，長期工作于直流船舶的工作人員對交流電不很熟悉，經常發(fā)生由于并車操作不當而使并車失敗或造成全船斷電，因而出現了粗同步并車方法。由于這種并車方法對接通的相位條件要求不高，故稱為粗同步并車。粗同步并車也稱電抗器并車，其原理是當調節(jié)待并機達到允許頻差條件后，可在小于180°的任一相位下先在電網和待并機之間接通一限流空心電抗器（即粗同步電抗器）。電抗器的作用是將電網與待并機之間的非同步電壓差所產生的電

16、流限制在1.5倍額定電流以內，所以即使在任一相位下通過電抗器接通也不會造成大的損害。同時也是利用這個電流產生整步力矩，將并聯(lián)機組拉入同步。拉入同步后再將發(fā)電機的主開關合閘，然后斷開同步電抗器（電抗器只允許短時使用）。粗同步并車的操作要求是：（1）整步操作的頻差條件和準同步并車要求一樣，要達到允許頻差范圍；（2）在允許頻差條件下，當整步表的指針轉到小于180°的任何位置時，先按下粗同步電抗器接通按鈕；（3）觀察整步表指針，當指針停在紅色標志點處不動時（表明在整步力矩的作用下已拉入同步），方可按下待并機主開關的合閘按鈕；（4）最后斷開同步表，并車完畢。電抗器由粗同步控制線路自動延時切斷五

17、船舶同步發(fā)電機的自動并聯(lián)運行及趨勢（模擬式船舶同步發(fā)電機自動并車裝置）船舶同步發(fā)電機自動并車裝置是自動監(jiān)測和調整并車的三個條件參數，使之滿足要求，并考慮到主開關合閘動作的條件，在整步點提前一個時間或相角發(fā)出合閘指令，然后，進行均功(或功率比例)的操作。早期運用分立元件或部分集成電路構成的同步發(fā)電機自動并車裝置的形式上是一個獨立單元，只有調節(jié)頻差、監(jiān)視電壓和相位差的功能，實質上屬于半自動的范疇，稱為模擬式自動并車裝置。隨著微電子技術和微機控制技術不斷成熟，大部分船舶電站都裝有PMS（Power Management system）。自動并車不作為一個獨立裝置，而是船舶電站功率管理系統(tǒng)的（PMS）

18、一個單元或一部分。自動并車裝置自動完成并車操作的全過程，它由頻率預調、并車條件監(jiān)視和提前時間或提前相位角捕獲電路等組成，它可分為兩部分，一部分為頻率預調，一部分為合閘控制。圖1為其原理框圖。1頻差脈動電壓從燈光法可知，加載燈泡兩端的電壓時隨頻差而變化的脈動電壓。脈動電壓為零時，燈熄滅，說明兩相位相同，脈動電壓的周期（燈光變化周期）表明了頻差的大小。從頻差脈動電壓獲得頻差和相位差的信息，圖2為一個簡單的頻差脈動電壓獲取電路。把待并機電壓與運行機的電壓相減整流濾波就可得：2頻率微調當手動并車時，人們借助燈光或同步表旋轉方向來判別待病及頻率是高于還是低于電網頻率，從而對待并機減速或加速、調節(jié)頻差滿足并車要求并抓獲相位差為0°時刻，而自動并車裝置則需要有一個頻差符號自動檢測和調速控制電路來取代上述手動操作，這部分稱為頻率預調。檢測頻差方向通常采用移相法。取電網電