第十三章 船舶同步发电机的并联运行

第十三章船舶同步发电机的并联运行第1页，共22页，2023年，2月20日，星期三第一节概述

现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、电气化、自动化程度的提高，电站容量也日益增加。为了满足船舶供电的可靠性和经济性，一般的船舶电站均配置了两台以上的同步发电机组做为主电源，并且这两台以上的发电机可以通过公用母线向全船负荷供电，这就是通常所说的发电机并联运行。

返回第2页，共22页，2023年，2月20日，星期三第二节发电机并联运行的特点（1）两台发电机的有功功率和无功功率总是等于负载的有功功率P和无功功率Q，即：（2）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机的输入的机械功率，可使该发电机输出的有功功率增加；与此同时，将引起另一台并联机组输出的有功功率自动减少。此外，由于输入的机械功率的增加使转速升高，而另一台机组因输出的有功功率的减少也使转速上升，结果将使电网的频率有所升高。如果单独减少一台机组输入的机械功率，则变化与上述相反。只有同时向相反方向调节两并联机组输入的机械功率时，才能保持电网的频率不变。船舶同步发电机的并联运行，多为两台或多台同容量发电机并联。这里以两台发电机并联运行为例来分析同容量发电机并联运行的一些特点：返回第3页，共22页，2023年，2月20日，星期三3．单独增加一台发电机的励磁电流时，该发电机输出的无功功率增加，而另一台发电机输出的无功功率将自动减少。此外，增加励磁电流使空载电动势增大，而另一台发电机输出的无功功率的减少使其去磁效应减少，两者都使电网的电压有所上升。单独减少一台发电机的励磁电流，则其变化与上述相反。只有同时反方向调节两发电机的励磁电流，才能保持电网的电压不变。第4页，共22页，2023年，2月20日，星期三第三节船舶同步发电机的并联运行条件分析

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准确同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法。为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行的发电机必须满足如下4个条件：（1）待并机组的相序与运行机组（或电网）的相序一致；（2）待并机组的电压与运行机组（或电网）的电压大小相等；（3）待并机组电压的初相位与运行机组（或电网）电压的相位相同；（4）待并机组电压的频率与运行机组（或电网）电压的频率大小相等。第5页，共22页，2023年，2月20日，星期三实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致,而且必须有一定的频差才能快速投入并联运行。下面来分析这3个并车条件。图中G1为已在电网运行发电机，G2为待并发电机。

(a)实际接线示意图(b)单相等效电路图图13-1并联运行连接示意图图

第6页，共22页，2023年，2月20日，星期三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DW2两端存在电压差U。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％。1)频率和初相位相同，电压有效值不相同IPH称为平衡电流:对G2为感性无功，去磁、减电动势；对G1为容性无功，增磁、增电动势。从而使U1=U2。第7页，共22页，2023年，2月20日，星期三两发电机间仍存在电压差U。合闸后在两机组之间产生环流。频率和电压相同，相位不相同并车时要求相位差一般应在15之内。2)频率和电压相同，相位不相同假设待并发电机电压U2的相位超前于电网电压U1的角度为δ。U产生IPH。对G1减少有功电流、加速，对于G2增加有功电流、减速，牵入同步；同时去磁、减压。第8页，共22页，2023年，2月20日，星期三电压和相位相同,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。并车时一般要求将两台发电机的频差控制在0.5Hz之内。3)并车时电压和相位相同，但频率不相同U产生IPH。产生整步转矩自动牵入同步。第9页，共22页，2023年，2月20日，星期三第四节船舶同步发电机手动并联运行分析返回手动并车操作关键要检测和调整待并机的频率和初相位，使之满足准同步并车要求。一般通过“调速开关”来调节原动机转速，使待并机的频率接近运行机的频率。然后进一步检测待并机与原工作机组的频率差是否小于0.5Hz，初相位是否一致。检测这两个并车条件的方法有同步指示灯和整步表法。一、同步指示灯法第10页，共22页，2023年，2月20日，星期三合闸时刻: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第11页，共22页，2023年，2月20日，星期三合闸时刻：当灯泡3～5秒明暗一次时,约在接近灯暗区间的中心时。2)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。第12页，共22页，2023年，2月20日，星期三同步表法是用来指示待并机与电网的电压相位差，频率差及其方向的仪表。目前同步表有电磁式和数字式种。电磁式同步表根据产生旋转磁场的方式，有两线圈交叉成90º，两线圈交叉60º和三线圈式等，图13-6所示为三线圈式同步表原理图。图13-7是船舶电站3台发电机同步表接线图。第13页，共22页，2023年，2月20日，星期三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。指针旋转一圈所需要的时间为TS＝1/f。二、同步表法第14页，共22页，2023年，2月20日，星期三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。第15页，共22页，2023年，2月20日，星期三第五节模拟式船舶同步发电机自动并车装置的基本原理

返回自动并车装置自动完成手动并车操作的全过程，它由频率预调，并车条件监视和提前时间或提前相角捕获电路等组成，图13-8是其原理框图。它可分为两大部分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。第16页，共22页，2023年，2月20日，星期三图13-8模拟式自动并车装置原理模框图返回第17页，共22页，2023年，2月20日，星期三1．频差脉动电压如图13-9如图13-102．频率预调如图13-113．合闸控制电路如图13-12第18页，共22页，2023年，2月20日，星期三Ts=1fTs=1ftttTs=1fTs=1fU1,U2US

图13-9正弦波频差脉动电压电路及波形(a)返回第19页，共22页，2023年，2月20日，星期三图13-10三角波频率脉冲电压返回第20页，共22页，2023年，2月20日，星期三图13-11移相法检测频率方向返回第21页，共22页，2023年，2月20日，星期三同步