船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行

船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行分類：準(zhǔn)同步法和自同期法。

準(zhǔn)確同期法（準(zhǔn)同步法）準(zhǔn)確同期法是目前船舶上普遍采用的一種并車方法，要求待并機(jī)組和運(yùn)行機(jī)組兩者的電壓、頻率和相位都調(diào)整到十分接近的時(shí)候，才允許合上待并發(fā)電機(jī)主開關(guān)。通常船上采用的手動(dòng)并車、粗同步電抗器并車或自動(dòng)并車都屬于此種并車方法。

自同期法：原動(dòng)機(jī)將未經(jīng)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速帶到接近同步轉(zhuǎn)速，即將發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘，并立即給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，依靠機(jī)組間自整步作用而拉入同步，使發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。二船舶同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同步并車

1準(zhǔn)同步并車條件三相交流同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步并車時(shí)，最理想的情況是滿足如下三個(gè)條件：1）侍并機(jī)組的電壓與運(yùn)行機(jī)組（或電力網(wǎng)）的電壓大小相等：2）待并機(jī)組的頻率與運(yùn)行機(jī)組（或電力網(wǎng)）的頻率數(shù)值相等；3）待并機(jī)組電壓的初相位與運(yùn)行機(jī)組（或電力網(wǎng)）電壓的相位一致。并車操作就是檢測和調(diào)整待并發(fā)龜機(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)沒有沖擊電流。并且并列后能保持穩(wěn)定的同步運(yùn)行。4）相序一致，安裝已滿足

下面我們就逐點(diǎn)來分析為什么要滿足這三個(gè)條件？如果不滿足，會(huì)有什么后果。1假設(shè)待并機(jī)組與運(yùn)行機(jī)組頻率相等，初相位相同，但電壓大小不等，并設(shè)待并機(jī)電壓大于運(yùn)行機(jī)組（電網(wǎng)）電壓，因此在DW開關(guān)動(dòng)、靜觸頭之間就有電壓△U，如果此時(shí)合閘，在兩臺發(fā)電機(jī)之間就會(huì)產(chǎn)生環(huán)流IPH，對兩臺發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生均壓的作用。IPH=△U/j(X"1+X"2)IPH------相位滯后△U90------為無功性質(zhì)的電流環(huán)流IPH對兩臺發(fā)電機(jī)產(chǎn)生均壓作用(1)

IPH與I2同相。由電樞反應(yīng)的理論可知，發(fā)電機(jī)F2相當(dāng)于增加了一個(gè)感性的負(fù)載電流，它產(chǎn)生去磁性質(zhì)的電樞反應(yīng)，使發(fā)電機(jī)的端電壓減小。(2)

對于運(yùn)行發(fā)電機(jī)F1來說，IPH與I1反相，即一IPH與I1

同相，相當(dāng)于使發(fā)電機(jī)F1增加了一個(gè)容性電流輸出，其電樞反應(yīng)的性質(zhì)是增磁效應(yīng)。因此將使F1的端電壓增大，最后使兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行于同一電壓U，而U1＜U＜U2。綜上所述，當(dāng)頻率相同、初相位相同、電壓不等時(shí)，兩臺發(fā)電機(jī)并車將在兩機(jī)組間產(chǎn)生一無功性質(zhì)的環(huán)流、這一環(huán)流對兩臺發(fā)電機(jī)起均壓的作用，所以又稱平衡電流。但是，由于發(fā)電機(jī)在并豐瞬間呈現(xiàn)的等值電抗很小，因此當(dāng)電壓差較大時(shí)進(jìn)行并車操作，在合閘瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流。它比穩(wěn)定后的環(huán)流大得多。這是因?yàn)榉€(wěn)定后的環(huán)流基本上由兩臺發(fā)電機(jī)的同步電抗所確定，同步電抗比發(fā)電機(jī)在并車瞬間呈現(xiàn)的等值電抗大得多。過大的沖擊電流對于發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)都是很不利的，IPH過大：（1）電磁力IPH的平方，易損壞匯流排；（2）沖擊扭矩太大；（3）跳閘（并車失?。┮虼艘?guī)范中一般規(guī)定，并車操作中電壓差不得大于10％。2）假定待并機(jī)組與運(yùn)行機(jī)組的電壓相等，頻率相等但初相位角不同，0不為零。

如果此時(shí)合閘，則在刀開關(guān)Dw的動(dòng)靜觸頭之間仍然會(huì)有一電壓差△U，仍然會(huì)產(chǎn)生平衡電流IPH，但它與U1、U2的夾角不再為90，而是/2，因此這一平衡電流IPH不再是純無功性質(zhì)。

對待并發(fā)電機(jī)F2而言，我們可以將IPH分解成兩個(gè)分量（有功分量IPHP、無功分量IPHq）IPHP與U2同相，表明該有功分量使對待并發(fā)電機(jī)輸出有功功率（發(fā)電機(jī)作用），轉(zhuǎn)速下降；對于運(yùn)行發(fā)電機(jī)F1而言，一IPH與I1

同相，我們可以將-IPH分解成兩個(gè)分量（有功分量IPHP’、無功分量IPHq’），IPHP’與U1反相，有功分量使發(fā)電機(jī)F1吸收有功功率（電動(dòng)機(jī)作用），轉(zhuǎn)速上升，最終并聯(lián)機(jī)組達(dá)到相位一致進(jìn)入同步運(yùn)行，稱“牽人同步”過程，此作用叫做自整步作用。

無功分量IPHq、IPHq’所引起的電樞反應(yīng)性質(zhì)是去磁效應(yīng)（均滯后各自電壓90，相當(dāng)于增加了一個(gè)感性負(fù)載），使電網(wǎng)電壓稍小一些，由于這兩個(gè)無功電流大小相等，作用的結(jié)果不會(huì)造成兩臺發(fā)電機(jī)電壓差別。

同理，相位差不應(yīng)太大（IPH0）規(guī)范規(guī)定，一般相位差在15以內(nèi)。

3）假定待并機(jī)組與運(yùn)行機(jī)組的電壓相等，初相位相同，但頻率不等。同2）將產(chǎn)生自整步作用，力圖克服兩機(jī)轉(zhuǎn)速的差異，但能否拉入同步？（1）

若頻差不太大，自整步作用能在180以內(nèi)使

WS=0，則經(jīng)若干次衰減振蕩后可拉入同步（2）若頻差太大，自整步作用不足以在180以內(nèi)使WS=0，失步。規(guī)范規(guī)定，一般頻差在1%以內(nèi)被認(rèn)為是允許的。

二步發(fā)電機(jī)并車步驟與檢測手段

1手動(dòng)準(zhǔn)同步并車步驟（流程圖）（同步表的使用）2檢測頻差、相位差的方法：同步指示燈法用指示燈檢查相位是否一致，由于指示燈的不同連接方式，又可分為燈光明暗法和燈光旋轉(zhuǎn)法。

1）燈光明暗法：將三個(gè)（也可以只用兩個(gè)）指示燈L1、L2、L3、在開關(guān)的兩端分別接在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的對應(yīng)相上。每個(gè)指示燈兩端的電壓就是每一對應(yīng)相之間的電壓差U，在并車條件的討論中己說明過，當(dāng)存在電壓差、頻率差和相位差時(shí)，在發(fā)電機(jī)主開關(guān)兩端都會(huì)出現(xiàn)電壓差，三個(gè)指示燈都會(huì)發(fā)亮。因?yàn)闊襞萆纤与妷旱拇笮∈请S相位差而變的，所以三個(gè)指示燈隨著相位差的變化而同時(shí)忽亮忽暗。頻差越大，燈泡亮、暗變化越快：頻差較小時(shí)，燈泡亮、暗變化變慢。同步標(biāo)志：當(dāng)燈光亮、暗變化較慢，并且燈泡完全熄滅時(shí)，恰好是相位完全一致的時(shí)候，也就是并車操作中需要捕捉的合閘時(shí)刻。2）燈光旋轉(zhuǎn)法：

將指示燈按圖(b)接線。當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的頻率f1高于電網(wǎng)頻率fw時(shí)，它們之間相對運(yùn)動(dòng)的角速度為2（f1一fw）。如圖(c)所示，若令電網(wǎng)電壓矢量靜止，則待并發(fā)電機(jī)電壓矢量以頻差角速度ws＝2（f1一fw）。反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。三個(gè)燈泡的熄滅順序?yàn)椋篖1---L2---L3---L1反之，當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的頻率f1低于電網(wǎng)頻率fw時(shí)，三個(gè)燈泡的熄滅順序則為：L1---L3---L2---L1頻差大，燈光旋轉(zhuǎn)快頻差改變方向，燈光旋轉(zhuǎn)方向也改變。根據(jù)燈光旋轉(zhuǎn)的方向和快慢，辨別頻差的方向和大小，進(jìn)行頻率預(yù)調(diào)。同步標(biāo)志：燈光停止旋轉(zhuǎn)，L1燈完全熄滅，L2、L3亮度相同。（燈光明暗法只能辨別大?。?）同步表進(jìn)行準(zhǔn)同步并車：同步指示燈只是做為一種輔助并車指示，實(shí)船上主要采用整步表來指示待并機(jī)與電網(wǎng)的電壓相位差、頻率差及其方向。

粗同步并車法：采用電抗器限制沖擊電流，保證拉入同步的一種并車法。（條件放寬）并車電抗器：功能：限流，按

=180時(shí)并車，將IPH限制在Ie(1.2----1.8Ie)（因?yàn)榇滞诫娍蛊饕彩前炊虝r(shí)工作制設(shè)計(jì)的，所以并車完成后，一定要切除，否則電抗器就可能被燒毀。）

粗同步并車實(shí)際接線分析

第三節(jié)船舶同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步自動(dòng)并車原理

一、對自動(dòng)并車裝置的功能及組成功能：（1）頻差方向鑒別，檢測待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓的頻率差，并根據(jù)頻差方向自動(dòng)地對待并機(jī)組發(fā)出增速或減速信號。使待并機(jī)組的頻率接近電網(wǎng)頻率，創(chuàng)造會(huì)閘條件。（頻率予調(diào)）（2）鑒別合閘條件，設(shè)置一個(gè)合閘與門，檢測三個(gè)條件（3）捕捉合閘時(shí)刻，要考慮主開關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間，相應(yīng)地提前發(fā)指令。

組成：見框圖

二脈動(dòng)電壓及其與自動(dòng)并車條件的關(guān)系1脈動(dòng)電壓的形成所謂脈動(dòng)電壓指待并發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率不一致但相差不大，并發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓幅值相等，這樣的兩個(gè)交流電壓之差。設(shè)待并發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓分別是

u1=Umsinw1tu2=Umsinw2t則脈動(dòng)電壓的瞬時(shí)值為

Us＝u1-u2=Um(sinw1t-sinw2t)=2Umsin(w1-w2)t/2cos(w1+w2)t/2它是脈動(dòng)電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式。脈動(dòng)電壓的瞬時(shí)值波形為實(shí)線部分，虛線表示脈動(dòng)電壓振幅變化的曲線。

在自動(dòng)并車裝置中，最有實(shí)際意義的是脈動(dòng)電壓振幅變化的規(guī)律。通過對Us整流（取正半波）、濾波（濾掉(w1+w2)的諧波部分）后，由1、2兩端獲得的電壓波形就是脈動(dòng)電壓振幅變化曲線的正半波部分。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Us＝2Umsin(w1-w2)t/2=2Umsinwst/2=2Umsin/2=wst+0(為相位角，0為初相位角）2．脈動(dòng)電壓的性質(zhì)若脈動(dòng)電壓的周期為TS則：TSws=2TS=2/ws=2/2(f1-f2)=1/f可見，脈動(dòng)周期與頻差成反比，頻差越小，則脈動(dòng)周期越長。

脈動(dòng)電壓與并車三個(gè)條件的關(guān)系：1）脈動(dòng)電壓過零，說明待并發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓同相且幅值相等。因此，脈動(dòng)電壓過零時(shí)，主開關(guān)應(yīng)閉合。2）脈動(dòng)周期TS要足夠長，說明頻差在允許范圍內(nèi)。（準(zhǔn)同步并車三個(gè)條件可由以上兩個(gè)條件代替）三準(zhǔn)同步自動(dòng)并車裝置分類

自動(dòng)準(zhǔn)同步并車裝置可分為兩類1恒定越前時(shí)間的自動(dòng)并車裝置這一類裝置保證在給定的越前時(shí)間下發(fā)出合閘脈沖。2恒定越前相角的自動(dòng)并車裝置這類裝置在給定的越前相角下發(fā)出合閘脈沖。這時(shí)越前時(shí)間并不是一個(gè)確定的數(shù)值，而決定于并車時(shí)的角頻差。這種裝置在原理上就不能保證完全準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同步并車的條件。在發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘時(shí)間不大的情況下，較為簡單的恒定越前相角的并豐裝置，得到很成功的運(yùn)用。但是，當(dāng)合閘時(shí)間很長時(shí)，不再允許采用恒定越前相角的并車裝置。

四自動(dòng)準(zhǔn)同步并車裝置典型環(huán)節(jié)技術(shù)方案及原理分析

1差頻三角波電壓的形成自動(dòng)并車裝置主要是通過對脈動(dòng)電壓進(jìn)行各種檢測和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對并車三個(gè)條件的要求，因此如何獲得理想的脈動(dòng)電壓是搞好自動(dòng)并車裝置的重要環(huán)節(jié)。正弦形脈動(dòng)電壓的形成，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓和電網(wǎng)電壓數(shù)值相等，頻率相近時(shí)，正弦形脈動(dòng)電壓才有過零點(diǎn)。否則，當(dāng)兩個(gè)電壓數(shù)值不等時(shí)，脈動(dòng)電壓將不過零，原來過零的電壓被抬高了一個(gè)電平，這將影響自動(dòng)井車裝置的可靠工作。實(shí)際上大都采用脈動(dòng)三角波電壓提供給檢測環(huán)節(jié)脈動(dòng)三角波電壓與正弦形脈動(dòng)電壓同頻，脈壓US與相位角成線性關(guān)系，不受電壓差和波形失真的限制。電路及分析：特點(diǎn)：1）三角波的周期與正弦形脈動(dòng)電壓相同

2）待并機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓同相時(shí)，對應(yīng)于三角波的零點(diǎn)，待并機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓反相時(shí)，對應(yīng)于三角波的頂點(diǎn)

相敏電路原理差頻三角波電壓一般由相敏電路獲得，相敏電路的基本功能是將兩個(gè)頻率不同的電壓信號，變換成一個(gè)僅與它們之間的相位差有關(guān)的直流電壓。相敏電路的輸出電壓就是差頻三角波電壓。a)原理圖b)輸出波形圖c)各點(diǎn)波形圖

2頻差符號鑒別及頻率予調(diào)頻差方向鑒別環(huán)節(jié)功能：辨別頻差的正負(fù)，控制頻率予調(diào)（脈沖/連續(xù)）（頻率予調(diào)）A兩脈壓信號比較法B三脈壓鑒別法（三脈壓過零次序不同，判斷頻差方向）C模擬量比較法

uA

=R2

/R1

(u2-u1)=R2

/R1

K(fF-fw)=R2/R1

Kf允許合閘頻差的檢測（依據(jù)f

=1/TS

）A微分法原理：對us微分，檢測瞬時(shí)頻差頻差三角波在（0~）區(qū)間的直線方程為：us=2umt/Tsud=dus/dt=2um/Ts=umws/ws=kud

只要

ud

<某一標(biāo)準(zhǔn)電平（反映最大允許合閘頻差）則頻差就被限制在允許范圍內(nèi)B全脈沖周期檢測法C取樣檢測法Dtq和q信號重合法3

恒定越前相角的獲得與整定

方法：對脈動(dòng)電壓進(jìn)行鑒幅，從而獲得恒定越前相角的信號。脈動(dòng)電壓Us＝2Umsinwst/2=2Umsin/2

由上式可知，任一Us值總是對應(yīng)于一定大小的角，因此要想獲得恒定越前相角

q，只要檢測出對應(yīng)于

q的脈動(dòng)電壓值就可以了。由鑒幅器實(shí)現(xiàn)檢測在同一個(gè)脈動(dòng)電壓瞬時(shí)值Us時(shí)，有兩個(gè)與之對應(yīng)的角（

q和

q

’），其中只有

q才是越前于重合時(shí)刻的相角，符合要求。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)考慮在鑒幅器的輸出電路后一級加一個(gè)單向微分電路，使之只能檢出單向的脈沖，也就是越前相角信號，只有負(fù)脈沖（即恒定越前相角信號）得以輸出去觸發(fā)合閘控制回路。2）恒定越前相角的整定：要使主開關(guān)的動(dòng)、靜觸頭恰好在待并機(jī)與電網(wǎng)電壓相位重合時(shí)閉合，恒定越前相角

q的大小必須滿足：

q=Wsy?tKd

式中：Wsy——允許頻差角頻率；

tKd——主開關(guān)合閘固有動(dòng)作時(shí)間。換算成頻率差表達(dá)式：

q=2?fy?tKd（用弧度表示）

=360·fy?tKd

（用角度表示）例如，允許頻差整定為0．25Hz，開關(guān)的固有動(dòng)作時(shí)間為0．1s，則恒定越前相角

q＝360?0．25?0．1＝9°。或

q＝2?0．25?0．1＝0．05（弧度）。由此可知，根據(jù)發(fā)電機(jī)主開關(guān)的合閘動(dòng)作時(shí)間和允許頻差的數(shù)值就可以整定

q。4恒定越前時(shí)間的獲得恒定越前時(shí)間的獲得大都采用比例一微分電路，它是由電阻、電容井聯(lián)組成的比例--微分環(huán)節(jié)和工作在檢零伏態(tài)的電平檢測器構(gòu)成的。條件：電平檢測器的等值阻抗RC并聯(lián)阻抗，所以為分析簡便起見，我們將其忽略當(dāng)輸入信號為正弦形脈動(dòng)電壓時(shí)，可得如下關(guān)系式

iR=Us/R=2Um/RSinWs/2tic=cdUs/dt=cUmWscosws/2t

輸入到檢零器中電流

i=iR+ic=2Um/RSinWs/2t+cUmWscosws/2t(1)可以看出，它由“正”變化到“零”的時(shí)刻比脈動(dòng)電壓到“零”提前一時(shí)間間隔tq

下面就分析證明這一段時(shí)間間隔tq并不隨頻差而變，而是由電路參數(shù)所確定的，從而該裝置可以獲得恒定越前時(shí)間。電流i過零的時(shí)刻為t0

代入式(1)則得：

tgws/2t0=-RC/2ws

而t0=Ts–tq=2/ws–tq代入得：tgws/2tq=RC/2ws因?yàn)閣s/2很小

tgws/2tq=ws/2tq

ws/2tq=RC/2wstq=RC（秒）因此我們就有可能根自動(dòng)空氣斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間tKd來選擇RC的大小，使得提前時(shí)間tq=RC=tKd

這樣就獲得了恒定越前時(shí)間。

第四節(jié)TZT一1型交流發(fā)電機(jī)通用自動(dòng)并車裝置

一概述

TZT一1型自動(dòng)并車裝置是按粗同步并車的程序設(shè)計(jì)的，但是為減少合閘時(shí)的沖擊申流，按滿足準(zhǔn)同步井車的條件考慮，所以也可用于準(zhǔn)同步自動(dòng)并車。它是粗同步與自動(dòng)準(zhǔn)同步的結(jié)合。

自動(dòng)并車裝置由以下幾個(gè)主要基本環(huán)節(jié)所組成：1）煩率預(yù)調(diào)：由繼電器J1、J1’和J2動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)；2）電抗器接通控制：當(dāng)滿足準(zhǔn)同步并車條件時(shí)，由繼電器J3動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)；3）主開關(guān)合閘控制；當(dāng)待并機(jī)組通過電抗器已整步后，即可接通繼電器J4，接通主開關(guān)合閘控制電路；4)并車電抗器切除控制：主開關(guān)合閘成功，通過J5切除電抗器直流工作電源分兩級：一個(gè)是繼電器電源，由變壓器B2的次級繞組2N4上的交流電壓經(jīng)ZL2整流，C8濾波后輸出；另一個(gè)是電子線路工作電源，由繼電器的直流工作電源經(jīng)穩(wěn)壓管WG5穩(wěn)壓而得，R44為調(diào)整電阻，如圖所示。二頻率預(yù)調(diào)工作原理：1．頻差方向的鑒別繼電器J1------加速繼電器繼電器J1’------減速繼電器加在繼電器J1的脈動(dòng)電壓us=uAB-uab加在繼