第二章船舶同步發電機的并聯運行

主要內容1同步發電機并聯運行的條件2同步發電機并車的操作方法

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

（1）兩臺發電機的有功功率和無功功率總是等于負載的有功功率

和無功功率Q（2）當電網的用電負荷保持不變時，若單獨增加一臺發電機輸入的機械功率時，可使該發電機輸出的有功功率增加。（3）單獨增加一臺發電機的勵磁電流時，該發電機輸出的無功功率增加，而另一臺發電機輸出的無功功率將自動減少。索引一、同步發電機并聯運行時的特點準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、頻率和相位都調整到十分接近的時候，才允許合上待并發電機主開關。采用這一方式進行并車引起的沖擊電流，沖擊轉矩和母線電壓的下降都很小，對電力系統不會產生什么不利的影響，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。最嚴重時可與機端三相短路電流相同，所以它要求嚴格而細心地操作，這是準確同步并車方式的缺點。索引1、準確同步并車利用并車電抗器，即使并車條件相差很大，也不會形成較大的沖擊電流，使得并車操作簡單，但相應地增加了設備。2、粗同步并車

自同步并車較準同步并車簡單，它的操作過程是這樣的：原動機將未經勵磁的發電機的轉速帶到接近同步轉速，即將發電機主開關合閘，并立即給發電機加上勵磁，依靠機組間自整步作用而拉入同步，使發電機與電力系統并聯運行。由于船舶電站容量的限制，船舶電力系統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

第二節同步發電機并車的條件交流三相同步發電機的并聯運行，是指三相輸出連接線對應連接，同時向負載供電。交流三相同步發電機并聯運行的理想條件為：①.并聯發電機的相序一致；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)。

同步發電機并車的條件1、電壓幅值條件當頻率相等、初相位一致、電壓不相等時，兩臺發電機并車瞬間將在兩臺發電機并車瞬間將在兩機組間產生一個無功性質的環流、對兩臺發電機起到均壓作用。電壓幅值不等時產生環流為無功環流。無功環流的作用結果是使電壓偏高的發電機去磁，同時使電壓偏低的發電機增磁，最終兩臺發電機的端電壓相等，共同向負載供電。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轉速下降，使δ減小。無功分量滯后于90°，增加G2的感性負載，產生去磁效應的電樞反應，使端電壓有所下降。而環流對于運行機組G1而言，是，為一個超前的輸出電流。當

＝180°，

，環流達到最大，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流，但合閘后頻率快的發電機相量前移，頻率慢的發電機相量將后移，兩臺發電機電樞繞組之間也將出現有功環流。通過分析可以得到：有功環流將使頻率快的發電機受到阻力矩，使其頻率降低，使頻率慢的發電機受到驅動力矩，使其頻率增加。最終使兩機的頻率也將達到一致(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。

同步發電機并車的條件

相序條件同步發電機并聯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，由于船舶發電機轉向不變，在接線未改變時（比如航行時），相序將不會改變。因此相序條件變不是每次合閘必須檢查的條件——屬于理想并聯運行條件之一，但不屬于合閘條件。相序不一致船舶同步發電機組在以下三種情況需要進行并聯運行：

（1）交換機組時的短期并聯運行；

（2）滿足電網負載需求時的長期并聯運行；

（3）滿足航行安全（例如進出港）需求時的長期并聯運行。

發電機并聯運行有兩個主要內容：投入并聯時的同步操作和投入并聯后的功率分配操作。索引2.3實際并車在船舶電站中通常采用準同步方式。所謂準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電機投入并聯（即合上主開關）運行。理想的準同步合閘瞬間，發電機定子電流等于零。

準同步的優點是沖擊電流小，缺點是操作過程較長，特別是在電網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：“在使同步發電機與另一同步發電機或電源進入同步時，僅調節電壓使之與對方相接近而沒有精確地調節頻率與相位的同步過程。”即把待并發電機的電壓和頻率調到大致與電網接近時，將待并機通過電抗器并入電網，待發電機拉入同步后合上發電機主開關，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。粗同步的優點是操作過程短，不會產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；起動待并發電機組，在待并發電建立了電壓之后，通過發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，應使電壓差在±10%以內。只要發電機調壓器工作正常，一般都能滿足這個要求，無需特別調整。之后檢測和調整待并機的頻率和初相位，使之滿足準同步并車要求。通過“調速開關”來調節原動機轉速，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．手動準同步并車裝置起動后，一般可自行建立電壓并自動調節端電壓到接近UN，滿足電壓差在±10％UN以內。

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

第三節同步發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分別接在電網側和待并側的對應相上。并車操作時，通過選擇開關選擇所要并聯的發電機，待并機起動后，若與電網頻率不相等時，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。（1）同步指示燈燈泡最亮——1800中間的1個指示燈H1接在電網測和待并側的對應相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，產生旋轉方向的視覺。操作員由此判斷出待并側相對電網側頻率的高或低，據此作出發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），可以合閘投入發電機。燈光旋轉法：

①電磁式同步指示器

當待并發電機的頻率

超過電網頻率

時，則指針沿著“快”的方向旋轉，指針的旋轉速度為差頻

。同理，當

時，指針沿著“慢”的方向旋轉，這就表示發電機的頻率比電網頻率“慢”了。（2）同步指示器圖：并車時刻沖擊最大時刻當運行發電機組與待并發電機組頻差小于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（一般可不必進行調整，因有自動調壓器的作用）。（3）接通同步表（同步表選擇開關置待并機位置），檢測電網和待并發電機的差頻大小和方向。并據此對待并發電機轉速進行調整，使差頻小于允許值。精確調節待并機的原動機轉速，使待并發電機的頻率比電網頻率稍高（約0.3Hz），此時可看到同步表的指針沿順時針“快”方向緩慢轉動，約3～5S轉動一圈。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“相位一致”時，即同步表指針轉到上方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，待并發電機投入電網運行。合閘后，斷開同步表的開關。（5）此時待并機雖已并入電網，但從主配電板上的功率表可以看出，它尚未帶負載，為此，還要同時調節兩臺發電機的調速控制旋鈕，使剛并入的發電機加速，原在網的發電機減速，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電機的頻率、電壓調整到大致接近于網上的運行發電機的頻率和電壓時，在不考慮相位差大小的情況下，將待并發電機經一串聯電抗器接入電網，經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整要求沒有準確同步那樣高，因此又稱為粗同步并車裝置。由于粗同步并車參數預調是手動的，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，是按時工作設計、制造的，連續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，一般當并車條件滿足時，需手動按下并車按鈕，F96-SM型帶并車指令的同步指示器會自動發出同步合閘脈沖，實現并車。

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

早期采用分立元件或部分集成電路構成的自動并車裝置，形式上是一個獨立單元，只有調節頻差、監視電壓差和相位差功能，實質上仍屬于半自動化范疇，稱為模擬式自動并車裝置。隨著微電子技術和微機控制技術不斷成熟，大部分船舶電站都裝有功率管理系統（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。第四節同步發電機自動并車

典型的自動同步裝置的原理框圖如圖8-5所示，自動并車