ch13 同步发电机的并车运行

第13章

同步发电机的并车运行§13.1并车的条件及分析

§13.2同步发电机的手动并车§13.3同步发电机自动并车装置的基本原理教学目的：使学生了解各种并车装置性能和特点；掌握手动并车的原理和操作。教学重点：掌握同步并车的条件，手动并车的原理和操作。教学难点：自动并车装置的基本原理。主要内容同步发电机准同步并车的四大条件：相序相同电压相等频率相等相位相同。本章重点并联运行条件：待并发电机的电压与电网(或运行机)电压的相序一致；待并发电机的电压与电网电压的有效值相同；(U2=U1)待并发电机的电压频率与电网电压的频率相同；(f2=f1)待并发电机电压相位(或初相位)与电网电压的相位一致。(δ2=δ1)§13.1并车的条件及分析两台发电机并联运行实际接线图单相等效电路图—并车瞬间发电机等值电抗下面将对三种条件逐一分析。假设电网电压低于待并发电机电压，即U1＜U2。在这种情况下投入G2时，主开关ＱＦ2两端存在电压差U。1)频率和初相位相同，电压有效值不相同环流IPH滞后U2对G2去磁效应，Ｇ２电压下降；环流IPH超前U1对G1增磁效应，电压上升。最终使两机并联运行于同一电压。频率和初相位相同,电压有效值不相同

并车操作时两台发电机组之间的电压差不能超过额定电压的10％。

两台发电机的电压不等所产生的无功性质环流，对两台发动机起均压作用，因此，IPH称为平衡电流，由于发电机并车瞬间呈现出的等值电抗很小，因此在电压差较大情况下进行并车，合闸瞬间会差生很大的冲击电流。2)频率和电压相同，相位不相同

假设待并发电机电压U1的相位超前于电网电压U2的角度为δ。两发电机间仍存在电压差U。合闸后在两机组之间产生环流。１号机，输出有功功率，对原动机为阻力矩，发电机减速。２号机，吸收有功功率，对原动机为驱动力矩，发电机加速。自整步力矩拉入同步。去磁效应一致，电压仍相等。

此时并车要求：Δδ≤

±15°

相差太大，两机间产生冲击电流（180°最大，0°最小）和冲击力矩，不能牵入同步，且产生振荡（转子相对摆动），导致逆功率跳闸，甚至损坏绕组。电压和相位相同,频率不相同合闸瞬间两台发电机电压和相位相同，只是频率不同，如果f2>f1，则将超前δ角。3)并车时电压和相位相同，但频率不相同若在t=0时合闸，将不会产生环流；在t>0时合闸，将出现相位差，产生环流，若频差不大，最终通过自整步力矩拉入同步。若频差较大，难以拉入同步，且随着相位差的变化，产生较大环流和较大的冲击力矩，对发电机和船舶电力系统均不利。要求：控制两台发电机的频差Δf≤±

0.5Hz（T=1/Δf）。频差小（不是越小越好、难调）则自整步作用使两机牵入同步；频差大则无法牵入同步。通常以0.25Hz最好。补充说明：相序不一致会引起很大的环流烧坏发电机，该条件一般(除检修）可满足，航行并车不必检测。合闸：最理想合闸时机是待并发电机的电流为零时。并车时任何一个条件不满足都会产生冲击电流，相位和频率条件不满足还会产生冲击转矩。

并车时检查和调整待并发电机的电压、频率、初相位，在满足并车的条件时合闸，这种方法称为准同步并车。手动准同步并车操作；自动并车操作。§12.2同步发电机的手动并车检测这两个并车条件（频率和相位）的方法有同步指示灯法和整步表法。调压器可保证电压条件，并车时只要调整待并机的频率和相位。但是，不应在电网负载波动较大时进行并车。同步指示灯的连接方法分为明暗法和旋转法手动准同步并车通常采用灯光法和整步表法来检测并车条件。一、同步指示灯法

§12.2同步发电机的手动并车合闸时刻:使灯光向“快”（顺时针）的方向旋转，当调节到3～5秒旋转一周后，当指示灯L1最暗而L2、L3同样亮时。1)灯光旋转法f2＞f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L1L2L3

L1f2＜f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L1L3L2

L1结论：频差大于０，灯光顺时针旋转；频差小于０，灯光逆时针旋转；灯光明暗旋转快说明频差大、慢说明频差小；L1灯光明暗度说明相位差的大小。L1L2L3uL1uL2uL3uL2)灯光明暗法(灯光熄灭法)灯泡明暗的快慢取决于频差的大小,指示灯明暗一次所需的时间TS＝1/f称为频差周期。

性能：

A．灯光很亮说明待并机与电网相位差很大、熄灭说明相位差很小或为零，灯光明暗度说明相位差的大小；

B．灯光明暗变化快说明频差大、慢说明频差小。合闸：调待并机的调速开关（即调油门），使灯光明暗变化慢（周期为3～5秒），灯光熄灭后（接近灯暗区中心）（ΔU为30%Ue灯灭，从熄灭到亮为暗区），合闸并车。缺点：灯光明暗不能说明f2是快还是慢。

2)灯光明暗法(灯光熄灭法)合闸时刻：当灯泡3～5秒明暗一次时,约在接近灯暗区间的中心时。同步表是一种用来检测待并发电机与电网（汇流排）电压的频率和相位差大小及其方向的仪表，又称整步表。13.2.2同步表法指针旋转一圈所需要的时间为TS＝1/f。同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于15min，间隔时间为30min，所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切除。

合闸的时刻:同步表向“快”的方向3～5秒旋转一周，在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸。图13-7船舶电站3台发电机同步表接线图电抗器粗同步并车原理电流通常被限制在额定电流的1.2～1.4倍。并车的条件为：电压差U<10％Un,频差f<（1～1.5）Hz,相位差δ<180（一般应小于90）时合闸。13.3.1自动准同步并车原理§12.3同步发电机自动并车装置的基本原理自动并车不作为一个独立装置，而是PMS的一个单元或一部分。

大部分船舶电站都装有PMS船舶电站功率管理系统（PMS）（PowerManagementSystem）

自动并车装置通常可分为两大部分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。自动并车装置应具有以下功能：1.检测待并发电机电压与电网电压之间的频差和频差符号，并根据频差的大小和符号，向待并发电机发出相应的自动整步的加速或减速信号；2.检测频差、相位差和电压差，当满足允许合闸条件时，适时地发出合闸指令。1)频差脉动电压与相位检测原理频差大频差小频差更小滤波后为正选脉动电压：

波形反映出：频差大小，相位关系，电压为零的点即为同相点。由波形图可见，当δ0为0时，输出电压为0，但这种波形的脉动电压存在如下问题：电压U1≠U2时，US

≠0时，采用US=0来判断δ0=0就会出现错误，船舶电网电压波动较大，这是客观存在现象。无法从中获得频差方向，从而无法判断待并机频率高于还是低于电网频率。脉动电压与相位差δ的关系是正弦关系，而不是线性关系。为了克服正弦脉动电压的缺陷，提出采用三角波频差脉动电压，US

与δ的关系成线性关系，并且不受电压差和波形失真的影响。(2)频率预调手动并车时，人们借助同步灯或同步表旋转方向来判断待并机的频率是高于或低于电网频率，从而决定待并机加速或减速、调节频差满足并车要求并抓取相位差为零的时刻，而自动并车装置则需要有一个频差符号自动检测和调速控制电路来取代上述手动操作，称为频率预调。检测频差方向通常采用移相法：取电网电压，其中事先移相成为待并机电压与和的脉动电压分别和。当待并机频率高于电网频率(即f>0),到达最大值时间较提前，而待并机频率低于电网频率(即f<0),到达最大值时间较提前,利用两个鉴幅器即可检测出频差方向。&鉴幅器&鉴幅器加速减速频率高频率低(3)合闸控制电路

合闸控制电路把电压差允许鉴别的条件，频差允许鉴别条件与恒定提前时间(主开关合闸时间)捕获脉冲通过一个合闸与门,送出合闸控制信号，使主开关合闸操作。

采用模块式的船舶电站自动整步器的实例

13.3.2船舶电站自动整步器船舶应急电源可采用应急发电机组和应急蓄电池组。《钢质海船建造及入级规范》规定：客船及1000总吨以上的货船在一般情况下均应设有应急电源。(1)应急电源船舶应急发电机组小应急电源(蓄电池）的容量应能保证连续供电30分钟。一般位于防撞舱壁以后、舱壁甲板以上和机舱以外的艇甲板上。要求带动应急发电机的原动机应具有较好的独立性和机动性。(2)应急发电机组

应急发电机必须设有自动起动装置，以保证在主电源不