船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的并車(chē)運(yùn)行課件

船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件本章重點(diǎn)討論了同步發(fā)電機(jī)機(jī)準(zhǔn)同步并車(chē)的四大條件：相序相同、電壓相等、頻率相等、相位相同。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件§13.1

并車(chē)的條件及分析并聯(lián)運(yùn)行的條件為：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)的電壓相位(或初相位)與電網(wǎng)電壓 的相位一致。(δ2=δ1)輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件實(shí)際接線圖單相等效電路圖并車(chē)瞬間發(fā)動(dòng)機(jī)等值電抗兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行下面將對(duì)三種條件逐一分析輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件1)

頻率和初相位相同，電壓有效值不相同假設(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(kāi)關(guān)DW2兩端存在電壓差ΔU。環(huán)流IPH滯后U2對(duì)G2去磁效應(yīng)，環(huán)流IPH超前U1對(duì)G1增磁效應(yīng)，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,電壓有效值不相同輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件兩臺(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(chē)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(chē)，合閘瞬間會(huì)差生很大的沖擊電流。并車(chē)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％。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件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ΔU。合閘后在兩機(jī)組之間產(chǎn)

生環(huán)流。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件2號(hào)機(jī)，輸出有功功率，對(duì)原動(dòng)機(jī)為阻力矩，減速。1號(hào)機(jī)，吸收有功功率，對(duì)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩，加速。自整步力矩拉入同步。去磁效應(yīng)一致，電壓仍相等并車(chē)時(shí)要求相位差一般應(yīng)在±15°之內(nèi)。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件電壓和相位相同,頻率不相同輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室3)

并車(chē)時(shí)電壓和相位相同，但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。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件并車(chē)時(shí)一般要求將兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的頻差控制在±0.5Hz之內(nèi)。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。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件§12.2

同步發(fā)電機(jī)的手動(dòng)并車(chē)并車(chē)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(chē)的條件時(shí)合閘，這種方法稱為準(zhǔn)同步并車(chē)。如果由手工完成這個(gè)過(guò)程，稱為手動(dòng)準(zhǔn)同步并車(chē)操作；若由自動(dòng)裝置來(lái)完成，則稱為自動(dòng)并車(chē)操作。手動(dòng)準(zhǔn)同步并車(chē)通常采用燈光法和整步表法來(lái)檢測(cè)并車(chē)條件。13.2.1

同步指示燈法同步指示燈的連接方法分為明暗法和旋轉(zhuǎn)法輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件1)

燈光旋轉(zhuǎn)法f2＞f1時(shí)，燈泡輪流熄滅的順序?yàn)?

L1→L2→L3

→L1f2＜f1時(shí)，燈泡輪流熄滅的順序?yàn)?

L1→L3→L2

→L1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。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室L1L2L3uL1uL2uL3uL船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件合閘時(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)。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室2) 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/Δf稱為頻差周期。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件13.2.2

同步表法同步表是一種用來(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。指針旋轉(zhuǎn)一圈所需要的時(shí)間為T(mén)S＝1/Δf。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件合閘的時(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(pán)的中點(diǎn)（同相位點(diǎn)）時(shí)合閘。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(chē)操作過(guò)程不宜太長(zhǎng)，并車(chē)成功后應(yīng)及時(shí)切除。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件圖13-7輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電站3臺(tái)發(fā)電機(jī)同步表接線圖船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件電抗器粗同步并車(chē)原理輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室電流通常被限制在額定電流的1.2～1.4倍。并車(chē)的條件為：電壓差ΔU<10％Un,頻差Δf<（1～1.5）Hz,相位差δ<180°（一般應(yīng)小于90°）時(shí)合閘。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件§12.3

同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車(chē)裝置的基本原理13.3.1自動(dòng)準(zhǔn)同步并車(chē)原理大部分船舶電站都裝有PMS船舶電站功率管理系統(tǒng)（PMS）（Power

Management

System）自動(dòng)并車(chē)不作為一個(gè)獨(dú)立裝置，而是PMS的一個(gè)單元或一部分。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件自動(dòng)并車(chē)裝置應(yīng)具有以下功能：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)；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。自動(dòng)并車(chē)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。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室1)頻差脈動(dòng)電壓與相位檢測(cè)原理船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件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)輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件由波形圖可見(jiàn)，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。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件為了克服正弦脈動(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。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件(2)頻率預(yù)調(diào)手動(dòng)并車(chē)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(chē)要求并抓取相位差為零的時(shí)刻，而自動(dòng)并車(chē)

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)。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室檢測(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Δf

>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Δf<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船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件(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(kāi)關(guān)合閘時(shí)間)捕獲脈沖通過(guò)一個(gè)合閘與門(mén),送出合閘控制信號(hào)，使主開(kāi)關(guān)合閘操作。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件13.3.2

船舶電站自動(dòng)整步器采用模塊式的船舶電站自動(dòng)整步器的實(shí)例輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件船舶應(yīng)急發(fā)電機(jī)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)急電源可采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和應(yīng)急蓄電池組。

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。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件(2)

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組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。輪機(jī)學(xué)院電氣及自動(dòng)化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)2023/10/1課件(3)應(yīng)急發(fā)電機(jī)的自動(dòng)起動(dòng)控制裝置應(yīng)急發(fā)電機(jī)必須設(shè)有自動(dòng)起動(dòng)裝置，以保證在主電源不能供電的情況下能自動(dòng)起動(dòng)，并自動(dòng)

合閘向應(yīng)急電網(wǎng)供電