第二章船舶同步發(fā)電機的并聯(lián)運行

主要內(nèi)容1同步發(fā)電機并聯(lián)運行的條件2同步發(fā)電機并車的操作方法

船舶發(fā)電機至少設(shè)置2臺，最多不超過4臺。至少設(shè)置2臺是為了備用，保證供電的安全；同時也是考慮發(fā)電機的運行效率。發(fā)電機運行時最高效率發(fā)生在2/3額定負(fù)載，而船舶在不同工況下用電負(fù)荷變化很大，因此應(yīng)及時增減機組以滿足負(fù)載需要和提高運行效率。為了滿足船舶供電的可靠性和經(jīng)濟性，船舶電站均配置了兩臺以上的同步發(fā)電機組做為主電源，且可以通過公用母線向全船負(fù)荷供電，這就是通常所說的發(fā)電機并聯(lián)運行。索引第一節(jié)概述

（1）兩臺發(fā)電機的有功功率和無功功率總是等于負(fù)載的有功功率

和無功功率Q（2）當(dāng)電網(wǎng)的用電負(fù)荷保持不變時，若單獨增加一臺發(fā)電機輸入的機械功率時，可使該發(fā)電機輸出的有功功率增加。（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。索引一、同步發(fā)電機并聯(lián)運行時的特點準(zhǔn)確同步并車方式是目前船舶上普遍采用的一種并車方式，要求待并機組和運行機組兩者的電壓、頻率和相位都調(diào)整到十分接近的時候，才允許合上待并發(fā)電機主開關(guān)。采用這一方式進行并車引起的沖擊電流，沖擊轉(zhuǎn)矩和母線電壓的下降都很小，對電力系統(tǒng)不會產(chǎn)生什么不利的影響，但是如果由于某種原因造成非同步并列時，則沖擊電流很大。最嚴(yán)重時可與機端三相短路電流相同，所以它要求嚴(yán)格而細(xì)心地操作，這是準(zhǔn)確同步并車方式的缺點。索引1、準(zhǔn)確同步并車?yán)貌④囯娍蛊鳎词共④嚄l件相差很大，也不會形成較大的沖擊電流，使得并車操作簡單，但相應(yīng)地增加了設(shè)備。2、粗同步并車

自同步并車較準(zhǔn)同步并車簡單，它的操作過程是這樣的：原動機將未經(jīng)勵磁的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速帶到接近同步轉(zhuǎn)速，即將發(fā)電機主開關(guān)合閘，并立即給發(fā)電機加上勵磁，依靠機組間自整步作用而拉入同步，使發(fā)電機與電力系統(tǒng)并聯(lián)運行。由于船舶電站容量的限制，船舶電力系統(tǒng)不采用自同步并車方式，這種方式僅在陸電中使用。索引3、自同步并車

第二節(jié)同步發(fā)電機并車的條件交流三相同步發(fā)電機的并聯(lián)運行，是指三相輸出連接線對應(yīng)連接，同時向負(fù)載供電。交流三相同步發(fā)電機并聯(lián)運行的理想條件為：①.并聯(lián)發(fā)電機的相序一致；②.三相對稱交流電壓的幅值分別相等；③.三相對稱交流電壓的頻率相等；④.三相對稱交流電壓的相位相等(相位差為零)。

同步發(fā)電機并車的條件1、電壓幅值條件當(dāng)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臺發(fā)電機并車瞬間將在兩機組間產(chǎn)生一個無功性質(zhì)的環(huán)流、對兩臺發(fā)電機起到均壓作用。電壓幅值不等時產(chǎn)生環(huán)流為無功環(huán)流。無功環(huán)流的作用結(jié)果是使電壓偏高的發(fā)電機去磁，同時使電壓偏低的發(fā)電機增磁，最終兩臺發(fā)電機的端電壓相等，共同向負(fù)載供電。一般并車操作時，電壓差不得超過額定電壓的10%。

同步發(fā)電機并車的條件2、相位條件

與同方向，輸出有功電流，使G2轉(zhuǎn)速下降，使δ減小。無功分量滯后于90°，增加G2的感性負(fù)載，產(chǎn)生去磁效應(yīng)的電樞反應(yīng)，使端電壓有所下降。而環(huán)流對于運行機組G1而言，是，為一個超前的輸出電流。當(dāng)

＝180°，

，環(huán)流達(dá)到最大，而整步功率為零。為了減少沖擊電流，一般并車操作時要求相位差

小于15°。

同步發(fā)電機并車的條件3、頻率條件：

若兩機相序一致、電壓幅值相等，且在相位差為零時合閘，但頻率不等。合閘瞬間雖不會造成環(huán)流，但合閘后頻率快的發(fā)電機相量前移，頻率慢的發(fā)電機相量將后移，兩臺發(fā)電機電樞繞組之間也將出現(xiàn)有功環(huán)流。通過分析可以得到：有功環(huán)流將使頻率快的發(fā)電機受到阻力矩，使其頻率降低，使頻率慢的發(fā)電機受到驅(qū)動力矩，使其頻率增加。最終使兩機的頻率也將達(dá)到一致(即“拉入同步”)。通常在并車操作時要求頻差小于0.5Hz，通常以0.25Hz最好。

同步發(fā)電機并車的條件

相序條件同步發(fā)電機并聯(lián)運行的相序條件是一定要滿足的條件。如果相序不一致，則任何時刻至少有兩相的相位不等，兩相之間將存在很大的電位差。不過，由于船舶發(fā)電機轉(zhuǎn)向不變，在接線未改變時（比如航行時），相序?qū)⒉粫淖?。因此相序條件變不是每次合閘必須檢查的條件——屬于理想并聯(lián)運行條件之一，但不屬于合閘條件。相序不一致船舶同步發(fā)電機組在以下三種情況需要進行并聯(lián)運行：

（1）交換機組時的短期并聯(lián)運行；

（2）滿足電網(wǎng)負(fù)載需求時的長期并聯(lián)運行；

（3）滿足航行安全（例如進出港）需求時的長期并聯(lián)運行。

發(fā)電機并聯(lián)運行有兩個主要內(nèi)容：投入并聯(lián)時的同步操作和投入并聯(lián)后的功率分配操作。索引2.3實際并車在船舶電站中通常采用準(zhǔn)同步方式。所謂準(zhǔn)同步是指滿足待并機組與運行機組之間的電壓差等于零、頻率差等于零和相角差等于零三個同步條件時把待并發(fā)電機投入并聯(lián)（即合上主開關(guān)）運行。理想的準(zhǔn)同步合閘瞬間，發(fā)電機定子電流等于零。

準(zhǔn)同步的優(yōu)點是沖擊電流小，缺點是操作過程較長，特別是在電網(wǎng)頻率波動較大的情況下并車操作困難。目前，中、大型船舶的電站特別是在采用自動控制的電站中，幾乎都采用準(zhǔn)同步方式。索引早期的船舶電站中也有采用粗同步方式粗進行并車的。粗同步的定義是：“在使同步發(fā)電機與另一同步發(fā)電機或電源進入同步時，僅調(diào)節(jié)電壓使之與對方相接近而沒有精確地調(diào)節(jié)頻率與相位的同步過程?！奔窗汛l(fā)電機的電壓和頻率調(diào)到大致與電網(wǎng)接近時，將待并機通過電抗器并入電網(wǎng)，待發(fā)電機拉入同步后合上發(fā)電機主開關(guān)，切除電抗器。進行粗同步合閘時，要求電抗器限制沖擊電流在2.5倍額定電流之內(nèi)。粗同步的優(yōu)點是操作過程短，不會產(chǎn)生危及機組安全的沖擊電流，缺點是有較大的沖擊電流，頻率差較大時有可能拉不進同步。手動同步并車操作步驟是；起動待并發(fā)電機組，在待并發(fā)電建立了電壓之后，通過發(fā)電機控制屏上的電壓表檢測電壓是否與運行機的電壓相等，應(yīng)使電壓差在±10%以內(nèi)。只要發(fā)電機調(diào)壓器工作正常，一般都能滿足這個要求，無需特別調(diào)整。之后檢測和調(diào)整待并機的頻率和初相位，使之滿足準(zhǔn)同步并車要求。通過“調(diào)速開關(guān)”來調(diào)節(jié)原動機轉(zhuǎn)速，使待并機的頻率接近運行機的頻率。然后再進一步通過“同步檢測和指示裝置”檢測待并機組與原運行機組的頻率差是否小于0.5Hz，初相位是否一致。

1．手動準(zhǔn)同步并車裝置起動后，一般可自行建立電壓并自動調(diào)節(jié)端電壓到接近UN，滿足電壓差在±10％UN以內(nèi)。

因此，實際手動并車操作時，只要通過注配電板上的“調(diào)速開關(guān)”調(diào)整待并機組的油門，使待并機的頻率接近電網(wǎng)的頻率，然后觀察待并機與電網(wǎng)之間的相位差，在相位差滿足并車條件時進行合閘操作。根據(jù)觀察所依據(jù)指示裝置的不同，手動并車方法有：燈光明暗法、燈光旋轉(zhuǎn)法和同步表法。

第三節(jié)同步發(fā)電機的并車和解列查看主配電板查看并車屏

燈光明暗法

3個指示燈H1、H2、H3分別接在電網(wǎng)側(cè)和待并側(cè)的對應(yīng)相上。并車操作時，通過選擇開關(guān)選擇所要并聯(lián)的發(fā)電機，待并機起動后，若與電網(wǎng)頻率不相等時，三個指示燈將明暗變化。燈光變暗(熄滅)瞬間，待并機與電網(wǎng)的相位差為零。明暗法的亮、暗閃爍速度只能表示頻率差的大、小，而無法指示頻率差的正、負(fù)。（1）同步指示燈燈泡最亮——1800中間的1個指示燈H1接在電網(wǎng)測和待并側(cè)的對應(yīng)相A1、A2上，下面2個指示燈H2、H3接在不同相C1

、B2、和B1和C2上,即采用交叉連接。3個燈的輪流熄滅方向，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向的視覺。操作員由此判斷出待并側(cè)相對電網(wǎng)側(cè)頻率的高或低，據(jù)此作出發(fā)電機是降速或是升速操作。中間的指示燈熄滅，表示相位一致（相角重合），可以合閘投入發(fā)電機。燈光旋轉(zhuǎn)法：

①電磁式同步指示器

當(dāng)待并發(fā)電機的頻率

超過電網(wǎng)頻率

時，則指針沿著“快”的方向旋轉(zhuǎn)，指針的旋轉(zhuǎn)速度為差頻

。同理，當(dāng)

時，指針沿著“慢”的方向旋轉(zhuǎn)，這就表示發(fā)電機的頻率比電網(wǎng)頻率“慢”了。（2）同步指示器圖：并車時刻沖擊最大時刻當(dāng)運行發(fā)電機組與待并發(fā)電機組頻差小于0.2Hz，且相位差在350°～360°之間時，上方“SYNC”綠色指示燈亮，此時待并發(fā)電機組即可并車投入運行。（2）帶指示燈的同步指示器

（1）起動待并機的原動機，使其加速到大致接近額定轉(zhuǎn)速。（2）通過主配電板上的電壓表觀察待并機的電壓，看是否接近額定電壓（一般可不必進行調(diào)整，因有自動調(diào)壓器的作用）。（3）接通同步表（同步表選擇開關(guān)置待并機位置），檢測電網(wǎng)和待并發(fā)電機的差頻大小和方向。并據(jù)此對待并發(fā)電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，使差頻小于允許值。精確調(diào)節(jié)待并機的原動機轉(zhuǎn)速，使待并發(fā)電機的頻率比電網(wǎng)頻率稍高（約0.3Hz），此時可看到同步表的指針沿順時針“快”方向緩慢轉(zhuǎn)動，約3～5S轉(zhuǎn)動一圈。2．手動并車操作過程查看粗同步并車

（4）觀察同步表指示的相位差，在將要到達(dá)“相位一致”時，即同步表指針轉(zhuǎn)到上方11點位置時，立即按下待并機的合閘按鈕，此時ACB立即自動合閘，待并發(fā)電機投入電網(wǎng)運行。合閘后，斷開同步表的開關(guān)。（5）此時待并機雖已并入電網(wǎng)，但從主配電板上的功率表可以看出，它尚未帶負(fù)載，為此，還要同時調(diào)節(jié)兩臺發(fā)電機的調(diào)速控制旋鈕，使剛并入的發(fā)電機加速，原在網(wǎng)的發(fā)電機減速，在保持匯流排頻率為額定值的條件下，使兩臺機組均衡負(fù)荷。并車操作過程查看組成框圖粗同步并車的工作原理是在待并發(fā)電機的頻率、電壓調(diào)整到大致接近于網(wǎng)上的運行發(fā)電機的頻率和電壓時，在不考慮相位差大小的情況下，將待并發(fā)電機經(jīng)一串聯(lián)電抗器接入電網(wǎng)，經(jīng)一段延時后待沖擊電流減小時，將ACB合閘，然后再將電抗器切除。這樣可避免由于電壓差、相位差而造成的巨大沖擊電流。這種裝置對電壓和頻率的調(diào)整要求沒有準(zhǔn)確同步那樣高，因此又稱為粗同步并車裝置。由于粗同步并車參數(shù)預(yù)調(diào)是手動的，合閘是自動的，所以又稱為半自動粗同步并車裝置。其特點是操作簡便、可靠。3．粗同步并車粗同步并車的工作過程相角差

時均可合閘，這種裝置放寬了對準(zhǔn)同步并車的條件，提高了并車的成功率。粗同步并車采用的電抗器，是按時工作設(shè)計、制造的，連續(xù)通電十幾秒就會燒毀。3.4半自動并車半自動并車是介于手動并車與自動并車之間的一種并車方式，如采用F96-SM型帶并車指令的同步指示器進行并車，一般當(dāng)并車條件滿足時，需手動按下并車按鈕，F(xiàn)96-SM型帶并車指令的同步指示器會自動發(fā)出同步合閘脈沖，實現(xiàn)并車。

發(fā)電機組退出并聯(lián)運行的過程稱為解列，當(dāng)電網(wǎng)總負(fù)荷小于一臺機組的70％額定容量時，或機動航行狀態(tài)結(jié)束時，或替換機組時，都要將并聯(lián)發(fā)電機組之一退出并聯(lián)運行。解列操作程序一般為：①首先將全部負(fù)荷(大約保留5%Pe)轉(zhuǎn)移到留用的運行機組。即同時向相反方向操作兩發(fā)電機組的調(diào)速開關(guān)，解列機“減速”，留用機“加速”，保持電網(wǎng)頻率基本不變；②當(dāng)待解列機承擔(dān)的有功功率接近于5%Pe之前按下其脫扣按鈕，使發(fā)電機跳閘；③然后停掉解列的機組。3.5并聯(lián)運行同步發(fā)電機的解列

早期采用分立元件或部分集成電路構(gòu)成的自動并車裝置，形式上是一個獨立單元，只有調(diào)節(jié)頻差、監(jiān)視電壓差和相位差功能，實質(zhì)上仍屬于半自動化范疇，稱為模擬式自動并車裝置。隨著微電子技術(shù)和微機控制技術(shù)不斷成熟，大部分船舶電站都裝有功率管理系統(tǒng)（PMS，PowerManagementSystem）。在PMS中自動并車不作為一個獨立裝置，而是PMS中的一個單元或一部分。第四節(jié)同步發(fā)電機自動并車

典型的自動同步裝置的原理框圖如圖8-5所示，自動并車