船舶同步发电机并联运行.ppt
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1、第二章 船舶同步发电机并联运行,为了满足船舶供电的可靠性和经济性,船舶电站一般均装设有两台或两台以上的同步发电机组作为主电源。,规范亦要求至少设置两台船舶主发电机。,两台或两台以上的发电机通过公用母线向全船负荷供电,这就是通常所说的船舶发电机组的并联运行。或者说并联运行是指同时向同一负荷供电。,把船舶发电机组投入并联运行的操作过程称为并车。,通常有三种情况需要并车操作。,1)满足电网负荷的需求。当单机负荷达到80左右额定容量时,且负荷仍有可能增加,这时就要考虑并联另一台发电机;,2)当船舶处于进出港、靠离码头或进出狭窄水道等的机动航行状态时,为了航行的安全,需要两台或更多发电机并联运行;,3)
2、当准备用备用机组替换下运行供电的机组时,为了保证不中断供电,需要通过并车进行替换。,船舶同步发电机采用多机组并联运行的优点是:,1)提高了发电机组的工作效率,2)维护、检修发电机组方便,3)保证供电的高可靠性和连续性,同步发电机组的并车方式分为两大类:,自同步并车方式,准同步并车方式,自同步并车是一种简单的并车方式,由于船舶电力系统容量小,采用自同步并车不能保证电能质量,因此船舶电力系统一般不采用自同步并车方式,这种方式仅在陆地电力系统中使用。,自同步并车方式,它的操作过程是:原动机将未经励磁的待并发电机的转速带到接近同步转速时,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
3、而拉人同步,使待并发电机与电力系统并联运行。,准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。,准同步并车方式,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,对船舶电力系统不会产生不利的影响。,采用此方法并车时,对操作者的素质要求较高,由于某种原因造成非同步并车时,则冲击电流很大,最严重时其冲击电流与机端三相短路电流相同,所以并车操作应严格而细心,这也是准同步并车方式的不足。,目前,船上采用的准同步并车方法主要有:,手动准同步并车,粗同步电抗器并车,半自动准同步并车,自动准同
4、步并车,第一节 船舶同步发电机准同步并车,1 理想的准同步并车条件,(1)待并发电机的电压与运行发电机(或电网)的电压大小相等;,(2)待并发电机的频率与运行发电机(或电网)的频率数值相等;,(3)待并发电机电压的初相位(初相角)与运行发电机(或电网)电压的初相位(初相角)一致。,(4)待并发电机的电压与电网(或运行机)电压的相序一致;,2 规范对准同步并车条件的规定,1)并车操作中电压差不得大于额定电压的10,即:U10Ue。在电网负载比较平稳的情况下,通常船舶发电机的调压器是能够满足这一条件的,因为一般船舶发电机的调压器静态电压调整率为2.5%,如果发电机调压器正常,完全可以满足并车操作电
5、压差不大于10Ue的要求。,2)并车操作时一般相位差在15以内。,3)并车操作时一般频差在1%额定频率值以内被认为是允许的,即要求:f1%fe。对于50HZ的船舶电站,则并车操作时一般频差在0.5HZ以内被认为是允许的。,如果不满足理想的准同步并车的三个条件而强行并车,会产生什么后果。,并车瞬间发动机等值电抗,假设电网电压低于待并发电机电压,即U1U2。在这种情况下投入G2时,主开关DW2两端存在电压差U。,1)频率和初相位相同,电压有效值不相同,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,环流IPH超前U1对G1增磁效应,最终使两机并联运行于同一电压。,频率和初相位
6、相同,电压有效值不相同,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。,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。,频率和初相位相同,电压有效值不相同,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。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。,2号机,输出有功功率,对原动机为阻力矩,减速。1号机,吸收有功功率,对原动机驱动力矩,加速。自整步力矩拉
7、入同步。去磁效应一致,电压仍相等,并车时要求相位差一般应在15之内。,合闸瞬间两台发电机电压和相位相同,只是频率不同,如果f2f1,则将超前角。,3)并车时电压和相位相同,但频率不相同,电压和相位相同,频率不相同,电压和相位相同,频率不相同,电压和相位相同,频率不相同,若在t=0时合闸,将不会产生环流;在t0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。,并车时一般要求将两台发电机的频差控制在0.5Hz之内。,电压和相位相同,频率不相同,通过人工操作来调整待并发电
8、机的电压和频率,使之满足准同步并联运行的三个条件而进行合闸操作的过程称之为手动准同步并车。,3 手动准同步并车,当待并发电机起动并建压后,其电压是否与电网电压相等,可以通过配电板上的电压表来检测。通常无需特别调整,目前船用自励恒压发电机的调压器完全能够满足电压在允许偏差之内的要求。,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。,3.1 同步表法,同步表又叫整步表或同步指示器,目前实船采用指针式和发光二极管式同步表。,实船上主要采用同步表来指示待并机与电网的电压相位差、频率差及其方向。,3.1.1 指针式同步表,指针式同步表又叫电磁式同步表,是通过指针的转动情况,检测待并机与电网间的相
9、位差和频率差。,它的定子上绕有三相绕组,中间是转子励磁线圈,固定在底盘上,最中央是转轴,转轴上下各有一块同样大小的扇形铁片组成的Z形铁芯,转轴的上端有指针,转轴上无线圈,它的两头是通过宝石轴承加以固定,可以自由转动。同步表无游丝和导电片,因此,无反作用弹簧,不产生反作用力矩,指针可以在360自由转动。,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35秒旋转一周,在指针接近表盘的中点(同相位点)时合闸。,3.1.2 指示灯式同步表,指示灯式同步表是没有指针的同步指示器,系采用发
10、光二极管指示方式,同样用于指示待并发电机与运行发电机的频率差和相位差。,表盘圆圈均匀分布有36个指示灯,每灯代表10电角度。上方12点钟处指示灯是360,其中“SYNC”绿色指示灯与12点钟处指示灯同步。,并车时,必须首先合上运行发电机测量开关S1,此时表面36个指示灯为随机状态,然后合上待并发电机测量开关S2,同步表的指示灯开始旋转,其旋转速度和位置即表示两台发电机的频率差、相位差及方向,判断方法与上述指针式同步表判断两台发电机的频率差、相位差及方向的方法完全一致。,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350360之间时,上方“SYNC”绿色指示灯亮,此时待并发电机组即
11、可并车投入运行。,3.2 同步指示灯法:,用指示灯检测并车时是否符合理想准同步并车条件有两种接线方式,一种叫做灯光明暗法,一种叫灯光旋转法。,合闸时刻:当灯泡35秒明暗一次时,约在接近灯暗区间的中心时。,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TS1/f称为频差周期。,1)灯光明暗法,合闸时刻:使灯光向“快”(顺时针)的方向旋转,当调节到35秒旋转一周后,当指示灯L1最暗而L2、L3同样亮时。,f2f1时,灯泡轮流熄灭的顺序为:L1L2L3 L1,f2f1时,灯泡轮流熄灭的顺序为:L1L3L2 L1,(2)灯光旋转法:,起动待并机组,先检查起动条件,包括冷却水、滑油、燃油、起动
12、气源或电源,这些均正常,然后起动。,起动后检查发电机的三相电压,检查是否建立额定电压,电压差是否在允许范围内,是否缺相。,3.2 手动准同步并车步骤,进行频率预调,通过调速开关调整待并发电机转速,使待并机与电网的频率接近。,观察同步表,接通同步表并将选择开关转向待并机,调整频差,使同步表指针旋转一周所需时间在3 s 5 s左右。,合闸操作,待指针向“快”的方向转到接近红色“同相点”(相当于手表“11点”与“12点”之间的位置)时,果断按下合闸按钮。,转移负载,同时向相反方向调整两机组的调速开关,使新投入机“加速”、原运行机“减速”,直到两机功率表读数相等(对同容量发电机而言)。,最后断开同步表
13、,并车完毕。,手动准同步并车操作几点注意事项,允许频差不能太大也不可太小,频差大,整步表指针旋转快,不易捕捉“同相点”,易造成较大电流冲击,使并车失败。但频差太小,指针转一周时间较长,拖延并车时间。频率完全相等,指针会静止不动,这种现象叫“呆滞”现象,也影响正常并车。所以频差周期调节到3s5s为合适。,避免逆功率,一般要求调整待并机转速,使整步表指针向“快的方向转”,合闸后待并机就能立即分担一点负荷,不易造成逆功率跳闸。,按合闸按钮应有适当的提前时间或相角,比红色“同相点”提前一个角度(类似于时钟的11点与“12点”之间的位置)按下合闸按钮,减小合闸冲击电流。,禁止180反相合闸,这时冲击电流
14、最大,不仅造成合闸失败甚至全船失电,发生突然扰动时不应合闸,电网电压幅度或频率突然发生波动可能导致并车失败,并车完毕及时断开同步表,因为同步表为短时工作制(通电不允许超过15分钟)。,粗同步并车法是利用电抗器进行并车的一种方法,它是指待并机基本满足电网所需的并联条件后,即可先行串联一个电抗器与电网并联,然后再合主开关的方法。,粗同步并车又叫电抗器并车,它放宽了对准同步并车的条件,提高了并车的成功率。,4 粗同步并车法,当待并发电机G启动后,大致调节一下频率,观察一下电压差别不大,至于相位甚至可以不考虑,就可以接通接触器K,使发电机通过粗同步电抗器DK与电网并联。,41 粗同步并车工作原理,这时
15、尽管电压差、频率差和相位差比起准同步的三个条件都要相差较多,但由于DK阻抗很大,它限制了并车时由于三个条件不满足所产生的冲击电流,使冲击电流数值不会超过发电机额定电流的1.21.8倍,所以发电机不会进行保护动作。,当发电机G通过电抗器DK与电网并联后,由于机组间的自整步作用,很快就会被拉入同步。,观察同步表,当指针固定在“同步”标记的位置时,就可以合上主开关ACB,将电抗器短路,使发电机不再通过电抗器,而是直接与电网并联运行,因为机组此时已经与电网同步,所以合主开关时,不会产生冲击电流,然后再断开接触器K将电抗器切除,粗同步并车就完成了。,因为粗同步并车用电抗器是按短时工作制设计的,只在并车时
16、使用,并车完毕后,一定要从电网上将其切除,否则电抗器就可能被烧毁。,下图是目前广泛采用的一种自动切除电抗器的粗同步并车控制线路。,假设G1为待并发电机,G2为运行发电机,待G1建压正常后,调整它的调速开关,使其频率接近运行发电机G2的频率,按下SB1按钮,并车接触器K1得电动作,其常开辅助触点闭合自保,主触点闭合使G1通过DK与电网并联,同时时间继电器KT1也得电开始计时,经一定延时(延时时间应能保证在此期间内,待并发电机G1可被拉入同步,一般整定在68 S),KT1常开辅助触点闭合,接通待并发电机主开关ACB1的合闸线圈,ACB1立即合闸,合闸后ACB1常闭辅助触点断开,K1失电,DK电抗器
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