船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上淺談船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行一 船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行的目的、意義現(xiàn)代船舶大多采用交流電站，隨著船舶噸位、電氣化、自動(dòng)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(jīng)濟(jì)型，一般的船舶電站均配置了兩臺(tái)以上的同步發(fā)電機(jī)組作為主電源，并且這兩臺(tái)以上的發(fā)電機(jī)可以通過(guò)公用母線向全船負(fù)荷供電，這就是通常所說(shuō)的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。為什么要采用并聯(lián)運(yùn)行的方式呢？這是一位船舶發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，就考慮到發(fā)電機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)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(shí)，用電量可能相差3倍甚至更多，采用兩臺(tái)以上較小容量的發(fā)電機(jī)

2、可以根據(jù)負(fù)荷的大小改變運(yùn)行的方式，使發(fā)電機(jī)經(jīng)常處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。如果電站只采用一臺(tái)大容量的發(fā)電機(jī)，使它滿足最大負(fù)荷的需要，那么在小負(fù)載時(shí)，發(fā)電機(jī)降處于輕載而是效率大為降低，并且選擇備用機(jī)組容量時(shí)也必須考慮和這臺(tái)大容量的發(fā)電機(jī)容量相同，從而使投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都會(huì)增加；另外，為了維護(hù)檢修的方便，也需要采用并聯(lián)運(yùn)行的方式，要檢修運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組而不允許電站停電時(shí)，就必須先將備用機(jī)組投入并聯(lián)運(yùn)行，然后再?gòu)碾娋W(wǎng)上切除欲檢修的機(jī)組。在自動(dòng)化要求較高的船舶中，還需設(shè)置自動(dòng)并車的裝置，使已經(jīng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)自動(dòng)投入并聯(lián)運(yùn)行，以便提高船舶供電的可靠性。二 發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行多位兩臺(tái)或多

3、臺(tái)同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)。以兩臺(tái)為例分析同容量發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的一些特點(diǎn)。1:兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率總是等于負(fù)載的有功功率和無(wú)功功率，即：P1+P2=P Q1+Q2=Q由于發(fā)電機(jī)以及船舶電網(wǎng)的容量都不大，當(dāng)有大容量的用電設(shè)備投入船舶電網(wǎng)或從電網(wǎng)中被切除時(shí)，會(huì)直接引起并聯(lián)機(jī)組的有功功率和無(wú)功功率同時(shí)變化，同時(shí)也會(huì)引起電網(wǎng)電壓和頻率的變化。2：當(dāng)電網(wǎng)的用電負(fù)荷保持不變時(shí)，若單獨(dú)增加一臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率，可使該發(fā)電機(jī)輸出的有功功率增加；與此同時(shí)，將會(huì)引起另一臺(tái)并聯(lián)機(jī)組輸出的有功率自動(dòng)減少。此外，由于輸入的機(jī)械功率的增加使轉(zhuǎn)速升高，而另一臺(tái)機(jī)組因輸出的有功功率減少也使轉(zhuǎn)速上升，結(jié)果將使電網(wǎng)的頻率

4、有所升高。如果單獨(dú)減少一臺(tái)機(jī)組輸入的機(jī)械功率,則變化與上述相反。只有同時(shí)向相反方向調(diào)節(jié)兩并聯(lián)機(jī)組輸入的機(jī)械功率時(shí)，才能保持電網(wǎng)的頻率不變。3：?jiǎn)为?dú)增加一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流時(shí)，該發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率增加，而另一臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率將自動(dòng)減少。此外，增加勵(lì)磁電流使空載電動(dòng)勢(shì)增大，而另一臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率的減少使其去磁效應(yīng)減少兩者都使電網(wǎng)的電壓有所上升。單獨(dú)減少一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，則變化與上述相反。只有同時(shí)反方向調(diào)節(jié)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，才能保持電網(wǎng)的電壓不變。三 船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)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(wǎng)負(fù)荷的需求，當(dāng)單機(jī)負(fù)荷達(dá)到80%額定容量時(shí)，且負(fù)

5、荷仍有可能增加，這時(shí)就要考慮并聯(lián)另一臺(tái)發(fā)電機(jī)；二是當(dāng)進(jìn)出港靠離碼頭或進(jìn)出狹水道等的機(jī)動(dòng)航行狀態(tài)時(shí)，為了船舶航行的安全，需要兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行；三是當(dāng)需要用備用機(jī)組替換下運(yùn)行供電的機(jī)組時(shí)，為了保證不中斷供電，需要通過(guò)并車進(jìn)行替換。 準(zhǔn)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(yùn)行的交流同步發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定地工作，每臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)必須滿足如下條件： （1）待并機(jī)組的相序與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）的相序一致； （2）待并機(jī)組的電壓與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）的電壓大小相等； （3）待并機(jī)組電壓的初相位與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）電壓的初相位相同；（4）待并機(jī)組電壓的頻率與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）電壓的頻率大小

6、相等。 由于在發(fā)電機(jī)組安裝時(shí)已經(jīng)對(duì)發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序進(jìn)行測(cè)定，保證相序一致的條件。因此并車操作就是檢測(cè)和調(diào)整待并發(fā)電機(jī)組的電壓、頻率和相位，使之在滿足上述三個(gè)條件的瞬間通過(guò)發(fā)電機(jī)主開關(guān)的合閘投入電網(wǎng)。這樣就可以保證在并車合閘時(shí)沒(méi)有沖擊電流，并且并車后能保持穩(wěn)定的同步運(yùn)行。 實(shí)際并車時(shí)，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(yùn)行。 一，當(dāng)頻率相等、初相位一致、電壓不相等時(shí)，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并車瞬間將在兩機(jī)組間產(chǎn)生一個(gè)無(wú)功性質(zhì)的環(huán)流、對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)起到均壓作用。由于發(fā)電機(jī)在并車瞬間呈現(xiàn)很小的等值電抗，因此當(dāng)電壓差較大時(shí)，合閘瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)和

7、電力系統(tǒng)均不利。巨大的沖擊電流產(chǎn)生的沖擊電動(dòng)力，會(huì)損傷發(fā)電機(jī)電樞繞組、主開關(guān)觸頭，使匯流排變形等。一般并車操作時(shí)，電壓差U不得超過(guò)額定電壓的10%。二， 待并機(jī)組與運(yùn)行機(jī)組電壓相等、頻率相等，但初相位不同，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并車瞬間在待并機(jī)主開關(guān)的動(dòng)、靜觸頭間會(huì)有一電壓差，在兩機(jī)組間會(huì)出現(xiàn)滯后電壓差90°的環(huán)流，此時(shí)的環(huán)流不再是純無(wú)功性質(zhì)。把環(huán)流有功和無(wú)功分解，得到有功分量環(huán)流的和無(wú)功分量的環(huán)流，在有功環(huán)流的作用下，一臺(tái)減速而另一臺(tái)加速，最終使得并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)達(dá)到相位一致而進(jìn)入同步運(yùn)行。環(huán)流的有功分量對(duì)應(yīng)的功率稱為整步功率，其中超前的發(fā)電機(jī)輸出整步功率，滯后的發(fā)電機(jī)吸收整步功率。整步功

8、率對(duì)應(yīng)的整步轉(zhuǎn)矩，對(duì)于超前發(fā)電機(jī)而言是阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速下降，對(duì)于滯后發(fā)電機(jī)而言是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速上升，最終將兩機(jī)拉入同相位同步運(yùn)行。該過(guò)程稱為“牽入同步”過(guò)程。無(wú)功性質(zhì)的環(huán)流、對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)起到均壓作用。為了減少?zèng)_擊電流，一般并車操作時(shí)要求相位差小于S15°。三，待并機(jī)與運(yùn)行機(jī)電壓相等，初相位相同，但頻率不相等時(shí)并車。在合閘瞬間不會(huì)出現(xiàn)電壓差，也就沒(méi)有環(huán)流。但由于頻率不相等，隨時(shí)間后移，就會(huì)出現(xiàn)相位差，只要相位差一出現(xiàn)，環(huán)流就隨之產(chǎn)生，即出現(xiàn)整步轉(zhuǎn)矩，一臺(tái)減速而另一臺(tái)加速。只要頻率差不大，最終依靠整步轉(zhuǎn)矩都能“牽入同步”。若頻差f太大，往往難以拉入同步，同時(shí)合閘后環(huán)流也不斷增大，對(duì)發(fā)電機(jī)

9、和電力系統(tǒng)都不利，應(yīng)避免這種情況的發(fā)生。通常在并車操作時(shí)要求頻差f小于0.5 Hz，以0.25 Hz最好。發(fā)電機(jī)并車時(shí)，合閘瞬間任一條件不滿足，都會(huì)在發(fā)電機(jī)組之間產(chǎn)生沖擊電流。沖擊電流的無(wú)功分量起均壓作用；有功分量產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩起整步作用。只要沖擊電流不大，對(duì)并車操作是有利的。若沖擊電流太大，會(huì)造成并車失敗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致全船停電，甚至造成發(fā)電機(jī)組的損壞。四 船舶同步發(fā)電機(jī)手動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行指示燈法并車 檢查和調(diào)整待并發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、初相位，使之滿足準(zhǔn)同步并車的條件，然后進(jìn)行合閘，使發(fā)電機(jī)拉入同步。如果由手工完成這個(gè)過(guò)程，稱為手動(dòng)準(zhǔn)同步并車操作；若由自動(dòng)裝置來(lái)完成，則稱為自動(dòng)并車操作。 當(dāng)待并發(fā)電

10、機(jī)組起動(dòng)，并建立了電壓之后，可通過(guò)發(fā)電機(jī)控制屏上的電壓表檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)電壓是否與運(yùn)行機(jī)的電壓相等，應(yīng)使電壓差在±10%以內(nèi)。只要發(fā)電機(jī)調(diào)壓器工作正常，一般都能滿足這個(gè)要求，無(wú)需特別調(diào)整。手動(dòng)并車操作關(guān)鍵要檢測(cè)和調(diào)整待并機(jī)的頻率和初相位，使之滿足準(zhǔn)同步并車要求。要注意的是，不應(yīng)在電網(wǎng)負(fù)載波動(dòng)比較大（如有大功率電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、變速等）的情況下進(jìn)行并車操作。 一般通過(guò)“調(diào)速開關(guān)”（油門）來(lái)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使待并機(jī)的頻率接近運(yùn)行機(jī)的頻率。然后進(jìn)一步檢測(cè)待并機(jī)與電網(wǎng)的頻率差是否小于0.5 Hz，初相位是否一致。檢測(cè)這兩個(gè)并車條件的方法有同步指示燈法和整步表法。根據(jù)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(zhuǎn)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(jī)和運(yùn)行發(fā)電機(jī)的對(duì)應(yīng)相上，每個(gè)燈泡兩端的電壓就是兩對(duì)應(yīng)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(shí)，其相位差隨時(shí)間進(jìn)行周期性的變化，燈泡就明暗交替變化。當(dāng)相位差為0時(shí)，三個(gè)燈泡所加電壓為零，同時(shí)熄滅，當(dāng)相位差為180°時(shí)，三盞燈泡所加電壓最大，燈泡最亮。設(shè)頻率差為f，則相位差為2f，燈光變化一個(gè)周期所需時(shí)間為。頻差f越大，燈光變化的周期越短，當(dāng)燈光變化周期大于2 s時(shí)，才能符合頻差并車條件。為了可靠抓獲在同相位點(diǎn)（即燈全滅時(shí)）合閘，一般調(diào)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(zhuǎn)法是將三盞同步指示燈的其中一盞接在電網(wǎng)與待并機(jī)的對(duì)應(yīng)A相上，其余兩盞分別交叉跨接在電網(wǎng)的B相（C相）與待并機(jī)的C相（B相）上（即三盞同步指示燈一盞對(duì)接，兩盞叉接）。當(dāng)頻率差為f時(shí)，三盞燈泡輪流熄滅，頻差越大燈光旋轉(zhuǎn)的速度越快，頻差方向改變，燈光旋轉(zhuǎn)的方向也改變。手動(dòng)準(zhǔn)同步并車操作時(shí)，應(yīng)選擇三盞同步指示燈順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為35 s，同時(shí)對(duì)接相燈熄滅而兩盞叉接相燈同樣亮?xí)r，果斷合閘。 燈光旋轉(zhuǎn)法不僅能檢測(cè)頻差的大小，而且可以檢測(cè)頻差的方向，燈光明暗法，只能檢測(cè)頻差的大小，頻差的方向需通過(guò)兩頻率表讀數(shù)的比較才能知道。 如果出現(xiàn)燈光明暗法變成燈

13、光旋轉(zhuǎn)法、或燈光旋轉(zhuǎn)法變成燈光明暗法，原因有兩種可能，一是待并機(jī)與電網(wǎng)相序相反；另一種是同步指示燈接線錯(cuò)誤。 同步表發(fā)并車同步表法是用來(lái)指示待并機(jī)與電網(wǎng)的電壓相位差，頻率差及其方向的儀表。 若待并機(jī)電壓超前電網(wǎng)電壓一個(gè)電角度，指針就指在整步點(diǎn)右邊（快方向）一個(gè)角度。若待并機(jī)電壓滯后于電網(wǎng)電壓一個(gè)角度，指針就指在整步點(diǎn)左邊（慢方向）角度上。若待并機(jī)頻率f2f1，整步表指針將不斷向“快”方向轉(zhuǎn)動(dòng)。若待并機(jī)頻率f2f1，整步表指針將不斷向“慢”方向轉(zhuǎn)動(dòng)。頻差越大，其指針轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越快，整步表能檢測(cè)出待并機(jī)與電網(wǎng)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(shí)，應(yīng)使整步表指針轉(zhuǎn)動(dòng)一

14、周所需時(shí)間大于4 s（f0.25Hz，一般取35s），在整步點(diǎn)到來(lái)前的一個(gè)小角度，把握時(shí)機(jī)、果斷合閘，這時(shí)合閘沖擊電流最小，提前一個(gè)小角度而不在整步點(diǎn)才合閘，是因?yàn)槊總€(gè)主開關(guān)都有一個(gè)固有的動(dòng)作時(shí)間。 在用準(zhǔn)同步表法進(jìn)行并車操作過(guò)程中，當(dāng)電壓差與頻率差基本調(diào)整完畢后，就應(yīng)接通同步表轉(zhuǎn)換開關(guān)，并將其轉(zhuǎn)換到待并發(fā)電機(jī)位置。然后通過(guò)調(diào)速開關(guān)調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（一般總是使同步表指針沿快的方向旋轉(zhuǎn)，這樣并車后就可使待并發(fā)電機(jī)分擔(dān)少量負(fù)載，防止出現(xiàn)逆功率，對(duì)并車成功有利）。當(dāng)指針快到12點(diǎn)即相位差為零時(shí)立即合閘，待并發(fā)電機(jī)依靠自整步作用被拉入同步，然后再進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移。 應(yīng)當(dāng)指出：同步表按短時(shí)工作制設(shè)計(jì)，一般

15、持續(xù)工作時(shí)間不大于15 min，間隔時(shí)間為30 min，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。 粗同步并車（電抗器并車） 手動(dòng)準(zhǔn)同步并車對(duì)操作技術(shù)要求較高，在船舶交流化發(fā)展的初級(jí)階段，長(zhǎng)期工作于直流船舶的工作人員對(duì)交流電不很熟悉，經(jīng)常發(fā)生由于并車操作不當(dāng)而使并車失敗或造成全船斷電，因而出現(xiàn)了粗同步并車方法。由于這種并車方法對(duì)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(dāng)調(diào)節(jié)待并機(jī)達(dá)到允許頻差條件后，可在小于180°的任一相位下先在電網(wǎng)和待并機(jī)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(wǎng)與待并機(jī)之間的非同步電壓差所產(chǎn)生的電

16、流限制在1.5倍額定電流以內(nèi)，所以即使在任一相位下通過(guò)電抗器接通也不會(huì)造成大的損害。同時(shí)也是利用這個(gè)電流產(chǎn)生整步力矩，將并聯(lián)機(jī)組拉入同步。拉入同步后再將發(fā)電機(jī)的主開關(guān)合閘，然后斷開同步電抗器（電抗器只允許短時(shí)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(zhǔn)同步并車要求一樣，要達(dá)到允許頻差范圍；（2）在允許頻差條件下，當(dāng)整步表的指針轉(zhuǎn)到小于180°的任何位置時(shí)，先按下粗同步電抗器接通按鈕；（3）觀察整步表指針，當(dāng)指針停在紅色標(biāo)志點(diǎn)處不動(dòng)時(shí)（表明在整步力矩的作用下已拉入同步），方可按下待并機(jī)主開關(guān)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(dòng)延時(shí)切斷五

17、船舶同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行及趨勢(shì)（模擬式船舶同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車裝置）船舶同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車裝置是自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)整并車的三個(gè)條件參數(shù)，使之滿足要求，并考慮到主開關(guān)合閘動(dòng)作的條件，在整步點(diǎn)提前一個(gè)時(shí)間或相角發(fā)出合閘指令，然后，進(jìn)行均功(或功率比例)的操作。早期運(yùn)用分立元件或部分集成電路構(gòu)成的同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車裝置的形式上是一個(gè)獨(dú)立單元，只有調(diào)節(jié)頻差、監(jiān)視電壓和相位差的功能，實(shí)質(zhì)上屬于半自動(dòng)的范疇，稱為模擬式自動(dòng)并車裝置。隨著微電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)不斷成熟，大部分船舶電站都裝有PMS（Power Management system）。自動(dòng)并車不作為一個(gè)獨(dú)立裝置，而是船舶電站功率管理系統(tǒng)的（PMS）

18、一個(gè)單元或一部分。自動(dòng)并車裝置自動(dòng)完成并車操作的全過(guò)程，它由頻率預(yù)調(diào)、并車條件監(jiān)視和提前時(shí)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(yù)調(diào)，一部分為合閘控制。圖1為其原理框圖。1頻差脈動(dòng)電壓從燈光法可知，加載燈泡兩端的電壓時(shí)隨頻差而變化的脈動(dòng)電壓。脈動(dòng)電壓為零時(shí)，燈熄滅，說(shuō)明兩相位相同，脈動(dòng)電壓的周期（燈光變化周期）表明了頻差的大小。從頻差脈動(dòng)電壓獲得頻差和相位差的信息，圖2為一個(gè)簡(jiǎn)單的頻差脈動(dòng)電壓獲取電路。把待并機(jī)電壓與運(yùn)行機(jī)的電壓相減整流濾波就可得：2頻率微調(diào)當(dāng)手動(dòng)并車時(shí)，人們借助燈光或同步表旋轉(zhuǎn)方向來(lái)判別待病及頻率是高于還是低于電網(wǎng)頻率，從而對(duì)待并機(jī)減速或加速、調(diào)節(jié)頻差滿足并車要求并抓獲相位差為0°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，這部分稱為頻率預(yù)調(diào)。檢測(cè)頻差方向通常采用移相法。取電網(wǎng)電