船舶电站及其自动化装置 课件 2 船舶同步发电机的并联运行

第二章船舶同步发电机的并联运行

主要内容1同步发电机并联运行的条件2同步发电机并车的操作方法

船舶发电机至少设置2台，最多不超过4台。至少设置2台是为了备用，保证供电的安全；同时也是考虑发电机的运行效率。发电机运行时最高效率发生在2/3额定负载，而船舶在不同工况下用电负荷变化很大，因此应及时增减机组以满足负载需要和提高运行效率。为了满足船舶供电的可靠性和经济性，船舶电站均配置了两台以上的同步发电机组做为主电源，且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。索引第一节概述

（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

和无功功率Q（2）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机输入的机械功率时，可使该发电机输出的有功功率增加。（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。索引一、同步发电机并联运行时的特点准确同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方式，要求待并机组和运行机组两者的电压、频率和相位都调整到十分接近的时候，才允许合上待并发电机主开关。采用这一方式进行并车引起的冲击电流，冲击转矩和母线电压的下降都很小，对电力系统不会产生什么不利的影响，但是如果由于某种原因造成非同步并列时，则冲击电流很大。最严重时可与机端三相短路电流相同，所以它要求严格而细心地操作，这是准确同步并车方式的缺点。索引1、准确同步并车利用并车电抗器，即使并车条件相差很大，也不会形成较大的冲击电流，使得并车操作简单，但相应地增加了设备。2、粗同步并车

自同步并车较准同步并车简单，它的操作过程是这样的：原动机将未经励磁的发电机的转速带到接近同步转速，即将发电机主开关合闸，并立即给发电机加上励磁，依靠机组间自整步作用而拉入同步，使发电机与电力系统并联运行。由于船舶电站容量的限制，船舶电力系统不采用自同步并车方式，这种方式仅在陆电中使用。索引3、自同步并车

第二节同步发电机并车的条件交流三相同步发电机的并联运行，是指三相输出连接线对应连接，同时向负载供电。交流三相同步发电机并联运行的理想条件为：①.并联发电机的相序一致；②.三相对称交流电压的幅值分别相等；③.三相对称交流电压的频率相等；④.三相对称交流电压的相位相等(相位差为零)。

同步发电机并车的条件1、电压幅值条件当频率相等、初相位一致、电压不相等时，两台发电机并车瞬间将在两台发电机并车瞬间将在两机组间产生一个无功性质的环流、对两台发电机起到均压作用。电压幅值不等时产生环流为无功环流。无功环流的作用结果是使电压偏高的发电机去磁，同时使电压偏低的发电机增磁，最终两台发电机的端电压相等，共同向负载供电。一般并车操作时，电压差不得超过额定电压的10%。

同步发电机并车的条件2、相位条件

与同方向，输出有功电流，使G2转速下降，使δ减小。无功分量滞后于90°，增加G2的感性负载，产生去磁效应的电枢反应，使端电压有所下降。而环流对于运行机组G1而言，是，为一个超前的输出电流。当

＝180°，

，环流达到最大，而整步功率为零。为了减少冲击电流，一般并车操作时要求相位差

小于15°。

同步发电机并车的条件3、频率条件：

若两机相序一致、电压幅值相等，且在相位差为零时合闸，但频率不等。合闸瞬间虽不会造成环流，但合闸后频率快的发电机相量前移，频率慢的发电机相量将后移，两台发电机电枢绕组之间也将出现有功环流。通过分析可以得到：有功环流将使频率快的发电机受到阻力矩，使其频率降低，使频率慢的发电机受到驱动力矩，使其频率增加。最终使两机的频率也将达到一致(即“拉入同步”)。通常在并车操作时要求频差小于0.5Hz，通常以0.25Hz最好。

同步发电机并车的条件

相序条件同步发电机并联运行的相序条件是一定要满足的条件。如果相序不一致，则任何时刻至少有两相的相位不等，两相之间将存在很大的电位差。不过，由于船舶发电机转向不变，在接线未改变时（比如航行时），相序将不会改变。因此相序条件变不是每次合闸必须检查的条件——属于理想并联运行条件之一，但不属于合闸条件。相序不一致船舶同步发电机组在以下三种情况需要进行并联运行：

（1）交换机组时的短期并联运行；

（2）满足电网负载需求时的长期并联运行；

（3）满足航行安全（例如进出港）需求时的长期并联运行。

发电机并联运行有两个主要内容：投入并联时的同步操作和投入并联后的功率分配操作。索引2.3实际并车在船舶电站中通常采用准同步方式。所谓准同步是指满足待并机组与运行机组之间的电压差等于零、频率差等于零和相角差等于零三个同步条件时把待并发电机投入并联（即合上主开关）运行。理想的准同步合闸瞬间，发电机定子电流等于零。

准同步的优点是冲击电流小，缺点是操作过程较长，特别是在电网频率波动较大的情况下并车操作困难。目前，中、大型船舶的电站特别是在采用自动控制的电站中，几乎都采用准同步方式。索引早期的船舶电站中也有采用粗同步方式粗进行并车的。粗同步的定义是：“在使同步发电机与另一同步发电机或电源进入同步时，仅调节电压使之与对方相接近而没有精确地调节频率与相位的同步过程。”即把待并发电机的电压和频率调到大致与电网接近时，将待并机通过电抗器并入电网，待发电机拉入同步后合上发电机主开关，切除电抗器。进行粗同步合闸时，要求电抗器限制冲击电流在2.5倍额定电流之内。粗同步的优点是操作过程短，不会产生危及机组安全的冲击电流，缺点是有较大的冲击电流，频率差较大时有可能拉不进同步。手动同步并车操作步骤是；起动待并发电机组，在待并发电建立了电压之后，通过发电机控制屏上的电压表检测电压是否与运行机的电压相等，应使电压差在±10%以内。只要发电机调压器工作正常，一般都能满足这个要求，无需特别调整。之后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。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。然后再进一步通过“同步检测和指示装置”检测待并机组与原运行机组的频率差是否小于0.5Hz，初相位是否一致。

1．手动准同步并车装置起动后，一般可自行建立电压并自动调节端电压到接近UN，满足电压差在±10％UN以内。

因此，实际手动并车操作时，只要通过注配电板上的“调速开关”调整待并机组的油门，使待并机的频率接近电网的频率，然后观察待并机与电网之间的相位差，在相位差满足并车条件时进行合闸操作。根据观察所依据指示装置的不同，手动并车方法有：灯光明暗法、灯光旋转法和同步表法。

第三节同步发电机的并车和解列查看主配电板查看并车屏

灯光明暗法

3个指示灯H1、H2、H3分别接在电网侧和待并侧的对应相上。并车操作时，通过选择开关选择所要并联的发电机，待并机起动后，若与电网频率不相等时，三个指示灯将明暗变化。灯光变暗(熄灭)瞬间，待并机与电网的相位差为零。明暗法的亮、暗闪烁速度只能表示频率差的大、小，而无法指示频率差的正、负。（1）同步指示灯灯泡最亮——1800中间的1个指示灯H1接在电网测和待并侧的对应相A1、A2上，下面2个指示灯H2、H3接在不同相C1

、B2、和B1和C2上,即采用交叉连接。3个灯的轮流熄灭方向，产生旋转方向的视觉。操作员由此判断出待并侧相对电网侧频率的高或低，据此作出发电机是降速或是升速操作。中间的指示灯熄灭，表示相位一致（相角重合），可以合闸投入发电机。灯光旋转法：

①电磁式同步指示器

当待并发电机的频率

超过电网频率

时，则指针沿着“快”的方向旋转，指针的旋转速度为差频

。同理，当

时，指针沿着“慢”的方向旋转，这就表示发电机的频率比电网频率“慢”了。（2）同步指示器图：并车时刻冲击最大时刻当运行发电机组与待并发电机组频差小于0.2Hz，且相位差在350°～360°之间时，上方“SYNC”绿色指示灯亮，此时待并发电机组即可并车投入运行。（2）带指示灯的同步指示器

（1）起动待并机的原动机，使其加速到大致接近额定转速。（2）通过主配电板上的电压表观察待并机的电压，看是否接近额定电压（一般可不必进行调整，因有自动调压器的作用）。（3）接通同步表（同步表选择开关置待并机位置），检测电网和待并发电机的差频大小和方向。并据此对待并发电机转速进行调整，使差频小于允许值。精确调节待并机的原动机转速，使待并发电机的频率比电网频率稍高（约0.3Hz），此时可看到同步表的指针沿顺时针“快”方向缓慢转动，约3～5S转动一圈。2．手动并车操作过程查看粗同步并车

（4）观察同步表指示的相位差，在将要到达“相位一致”时，即同步表指针转到上方11点位置时，立即按下待并机的合闸按钮，此时ACB立即自动合闸，待并发电机投入电网运行。合闸后，断开同步表的开关。（5）此时待并机虽已并入电网，但从主配电板上的功率表可以看出，它尚未带负载，为此，还要同时调节两台发电机的调速控制旋钮，使刚并入的发电机加速，原在网的发电机减速，在保持汇流排频率为额定值的条件下，使两台机组均衡负荷。并车操作过程查看组成框图粗同步并车的工作原理是在待并发电机的频率、电压调整到大致接近于网上的运行发电机的频率和电压时，在不考虑相位差大小的情况下，将待并发电机经一串联电抗器接入电网，经一段延时后待冲击电流减小时，将ACB合闸，然后再将电抗器切除。这样可避免由于电压差、相位差而造成的巨大冲击电流。这种装置对电压和频率的调整要求没有准确同步那样高，因此又称为粗同步并车装置。由于粗同步并车参数预调是手动的，合闸是自动的，所以又称为半自动粗同步并车装置。其特点是操作简便、可靠。3．粗同步并车粗同步并车的工作过程相角差

时均可合闸，这种装置放宽了对准同步并车的条件，提高了并车的成功率。粗同步并车采用的电抗器，是按时工作设计、制造的，连续通电十几秒就会烧毁。3.4半自动并车半自动并车是介于手动并车与自动并车之间的一种并车方式，如采用F96-SM型带并车指令的同步指示器进行并车，一般当并车条件满足时，需手动按下并车按钮，F96-SM型带并车指令的同步指示器会自动发出同步合闸脉冲，实现并车。

发电机组退出并联运行的过程称为解列，当电网总负荷小于一台机组的70％额定容量时，或机动航行状态结束时，或替换机组时，都要将并联发电机组之一退出并联运行。解列操作程序一般为：①首先将全部负荷(大约保留5%Pe)转移到留用的运行机组。即同时向相反方向操作两发电机组的调速开关，解列机“减速”，留用机“加速”，保持电网频率基本不变；②当待解列机承担的有功功率接近于5%Pe之前按下其脱扣按钮，使发电机跳闸；③然后停掉解列的机组。3.5并联运行同步发电机的解列

早期采用分立元件或部分集成电路构成的自动并车装置，形式上是一个独立单元，只有调节频差、监视电压差和相位差功能，实质上仍属于半自动化范畴，称为模拟式自动并车装置。随着微电子技术和微机控制技术不断成熟，大部分船舶电站都装有功率管理系统（PMS，PowerManagementSystem）。在PMS中自动并车不作为一个独立装置，而是PMS中的一个单元或一部分。第四节同步发电机自动并车

典型的自动同步装置的原理框图如图8-5所示，自动并车