第13章---船舶同步发电机的并联运行课件

船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第第1313章章 同步发电机的并车运行同步发电机的并车运行第四节第四节 船舶同步发电机手动并联运行分析船舶同步发电机手动并联运行分析第三节第三节 船舶同步发电机的并联运行条件分析船舶同步发电机的并联运行条件分析第五节第五节 同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理第一节第一节 概述概述第二节第二节 发电机并联运行的特点发电机并联运行的特点第13章 同步发电机的并车运行第四节 船舶同步发电机手动船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室讨论了同步发电机机准同步并车的讨论了同步发电机机准同步并车的四大条件：四大条件：相序相同、电压相等、频率相等、相序相同、电压相等、频率相等、相位相同。相位相同。本章重点本章重点讨论了同步发电机机准同步并车的四大条件：本章重点船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、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，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。所说的发电机并联运行。第一节第一节 概述概述现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、电气化、自动化程度的船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第二节第二节 发电机并联运行的特点发电机并联运行的特点船舶同步发电机的并联运行，多为两台或多台同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：例来分析同容量发电机并联运行的一些特点：（1 1）两台发电机的有功功率和无功功率总是等于）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负载的有功功率P P和无功功率和无功功率Q Q，即：，即：第二节 发电机并联运行的特点船舶同步发电机的并联运行，多为船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（2 2）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加）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。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，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。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。组输入的机械功率时，才能保持电网的频率不变。（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船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（3）单独增加一台发电机的励磁电流时，该发电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。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，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。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，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。才能保持电网的电压不变。（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船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并联运行的条件为：并联运行的条件为：1.待并发电机的电压与电网待并发电机的电压与电网(或运行机或运行机)电压的电压的相序一致；相序一致；2.待并发电机的电压与电网电压的有效值相同待并发电机的电压与电网电压的有效值相同;(U2=U1)3.待并发电机的电压频率与电网电压的频率相待并发电机的电压频率与电网电压的频率相同同;(f2=f1)4.待待并并发发电电机机的的电电压压相相位位(或或初初相相位位)与与电电网网电电压的相位一致。压的相位一致。(2=1)第三节第三节 船舶同步发电机的并联运行条件分析船舶同步发电机的并联运行条件分析并联运行的条件为：1.待并发电机的电压与电网(或运行机)电压船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室实际接线图实际接线图实际接线图实际接线图单相等效电路图单相等效电路图单相等效电路图单相等效电路图并车瞬间发动机等值电抗并车瞬间发动机等值电抗并车瞬间发动机等值电抗并车瞬间发动机等值电抗下面将对三种条件逐一分析下面将对三种条件逐一分析下面将对三种条件逐一分析下面将对三种条件逐一分析实际接线图单相等效电路图并车瞬间发动机等值电抗下面将对三种条船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室假假设设电电网网电电压压低低于于待待并并发发电电机机电电压压，即即U1U2。在在这这种种情情况下投入况下投入G2时，主开关时，主开关DW2两端存在电压差两端存在电压差 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环流IPH滞后滞后U2对对G2去磁去磁效应，环流效应，环流IPH超前超前U1对对G1增磁效应，最终使两增磁效应，最终使两机并联运行于同一电压。机并联运行于同一电压。频率和初相位相同频率和初相位相同,电压有效值不相电压有效值不相同同假设电网电压低于待并发电机电压，即U1U2。在这种情况下投船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并并车车操操作作时时两两台台发发电电机机组组之之间间的的电电压压差差不能超过额定电压的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，流，对两台发动机起均压作用，因此，因此，IPH称为称为平衡电流，由于发电机并车瞬间呈现出的等值平衡电流，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，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。合闸瞬间会差生很大的冲击电流。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船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2)频率和电压相同，相位不相同频率和电压相同，相位不相同假设待并发电机电压假设待并发电机电压U1的相位超前于电网电压的相位超前于电网电压U2的角度为的角度为。两发电机。两发电机间仍存在电压差间仍存在电压差 U。合。合闸后在两机组之间产生闸后在两机组之间产生环流。环流。2)频率和电压相同，相位不相同假设待并发电机电压U1的相船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并车时要求相位差一般应在并车时要求相位差一般应在 15 之内。之内。2号机，输出有功功率，号机，输出有功功率，对原动机为阻力矩，减对原动机为阻力矩，减速。速。1号机，吸收有功功率，号机，吸收有功功率，对原动机驱动力矩，加对原动机驱动力矩，加速。速。自整步力矩自整步力矩拉入同步。拉入同步。去磁效应一致，电压去磁效应一致，电压仍相等仍相等并车时要求相位差一般应在15之内。2号机，输出有功功率，船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电压和相位相同电压和相位相同,频率不相同频率不相同合合闸闸瞬瞬间间两两台台发发电电机机电电压压和和相相位位相相同同，只只是是频频率率不同，如果不同，如果f f2 2ff1 1，则将超前，则将超前角。角。3)并车时电压和相位相同，但频率不相同并车时电压和相位相同，但频率不相同电压和相位相同,频率不相同合闸瞬间两台发电机电压和相位相同，船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并车时一般要求将两台发电机的频差控制在并车时一般要求将两台发电机的频差控制在 0.5Hz之内。之内。若在若在t=0时合闸，将不会产时合闸，将不会产生环流；在生环流；在t0时合闸，将时合闸，将出现相位差，产生环流，出现相位差，产生环流，若频差不大，最终通过自若频差不大，最终通过自整步力矩拉入同步。若频整步力矩拉入同步。若频差较大，难以拉入同步，差较大，难以拉入同步，且随着相位差的变化，产且随着相位差的变化，产生较大环流和较大的冲击生较大环流和较大的冲击力矩，对发电机和船舶电力矩，对发电机和船舶电力系统均不利。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。若在船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并车时检查和调整待并发电机的电压、频率、初相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，这种方法称为准同位，在满足并车的条件时合闸，这种方法称为准同步并车。如果由手工完成这个过程，称为手动准同步并车。如果由手工完成这个过程，称为手动准同步并车操作；若由自动装置来完成，则称为自动并步并车操作；若由自动装置来完成，则称为自动并车操作。车操作。手动准同步并车通常采用灯光法和整步表法来检测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。并车条件。第四节第四节 船舶同步发电机手动并联运行分析船舶同步发电机手动并联运行分析并车时检查和调整待并发电机的电压、频率、初相位，在满足并车的船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室灯光灯光明暗法明暗法同步指示灯法同步指示灯法 灯光旋转法灯光旋转法 灯光明暗法同步指示灯法 灯光旋转法 船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室合闸时刻合闸时刻:使灯光向使灯光向“快快”（顺时针）的方向旋转，当调（顺时针）的方向旋转，当调节到节到3 35 5秒旋转一周后，当指示灯秒旋转一周后，当指示灯L L1 1最暗而最暗而L L2 2、L L3 3同样亮时。同样亮时。1)1)灯光旋转法灯光旋转法f f2 2f f1 1时，灯泡轮流熄灭的顺序为时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L:L1 1L L2 2L L3 3 L L1 1f f2 2f f1 1时，灯泡轮流熄灭的顺序为时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L:L1 1L L3 3L L2 2 L L1 1合闸时刻:使灯光向“快”（顺时针）的方向旋转，当调节到3船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室合闸时刻：合闸时刻：当灯泡当灯泡3 35 5秒明暗一次时秒明暗一次时,约在接近灯暗区间约在接近灯暗区间的中心时。的中心时。2)2)灯光明暗法灯光明暗法(灯光熄灭法灯光熄灭法)灯泡明暗的快慢取决于频差的大小灯泡明暗的快慢取决于频差的大小,指示灯明暗一次所需指示灯明暗一次所需的时间的时间T TS S1/1/f f称为频差周期。称为频差周期。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船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同步表是一种用来检测待同步表是一种用来检测待并发电机与电网（汇流排）并发电机与电网（汇流排）电压的频率和相位差大小电压的频率和相位差大小及其方向的仪表，又称整及其方向的仪表，又称整步表。步表。同步表法同步表法 指针旋转一圈所需要的时指针旋转一圈所需要的时间为间为T TS S1/1/f f。同步表是一种用来检测待并发电机与电网（汇流排）电压的频率和相船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于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，间隔时间为30min，所以，并车操作过程不宜，所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切除。太长，并车成功后应及时切除。合闸的时刻合闸的时刻:同步表向同步表向“快快”的方向的方向3 35 5秒旋转一周，秒旋转一周，在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸。在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸。同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于15min，间船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电抗器粗同步并车原理电抗器粗同步并车原理电流通常被限制在额定电流的电流通常被限制在额定电流的1.21.4倍。并车的条件为：倍。并车的条件为：电压差电压差 U10Un,频差频差 f（11.5）Hz,相位差相位差180（一般应小于（一般应小于90）时合闸。）时合闸。电抗器粗同步并车原理电流通常被限制在额定电流的1.21.4船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室自动准同步并车原理自动准同步并车原理自动并车不作为一个独立装置，而是自动并车不作为一个独立装置，而是PMSPMS的一个单元或一的一个单元或一部分。部分。大部分船舶电站都装有大部分船舶电站都装有PMSPMS船舶电站功率管理系统（船舶电站功率管理系统（PMS）（Power Management SystemPower Management System）第五节第五节 同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理自动准同步并车原理自动并车不作为一个独立装置，而是PMS的一船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室自自动动并并车车装装置置通通常常可可分分为为两两大大部部分分：一一部部分分为为频频率率预预调调，一部分为合闸控制。一部分为合闸控制。自动并车装置应具有以下功能：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，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；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。时地发出合闸指令。自动并车装置通常可分为两大部分：一部分为频率预调，一部分为合船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第13章-船舶同步发电机的并联运行课件1)频差脉动电压与相位检测原理频差脉动电压与相位检测原理1)频差脉动电压与相位检测原理船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室频差大频差大频差小频差小频差更小频差更小滤波后为正选脉动电压：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波形反映出：频差大小，相位关系，电压为零的点即为同相点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：频差大船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室由波形图可见，当由波形图可见，当0为为0时，输出电压为时，输出电压为0，但这种，但这种波形的脉动电压存在如下问题：波形的脉动电压存在如下问题：(1)电压电压U1U2时，时，US 0时，采用时，采用US=0来判断来判断0=0就会出现错误，船舶电网电压波动较大，这是客就会出现错误，船舶电网电压波动较大，这是客观存在现象。观存在现象。(2)无法从中获得频差方向，从而无法判断待并机频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。率高于还是低于电网频率。(3)脉动电压与相位差脉动电压与相位差的关系是正弦关系，而不是的关系是正弦关系，而不是线性关系。线性关系。由波形图可见，当0为0时，输出电压为0，但这种波形的脉动电船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室为了克服正弦脉动电压的缺陷，提出采用三角波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，频差脉动电压，US 与与的关系成线性关系，并且的关系成线性关系，并且不受电压差和波形失真的影响。不受电压差和波形失真的影响。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，U船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2)频率预调频率预调 手动并车时，人们借助同步灯或同步表旋转方手动并车时，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，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，称为制电路来取代上述手动操作，称为频率预调频率预调。(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船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(3)合闸控制电路合闸控制电路 合闸控制电路把电压差允许鉴别的条件，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频差允许鉴别条件与恒定提前时间(主开关主开关合闸时间合闸时间)捕获脉冲通过一个合闸与门捕获脉冲通过一个合闸与门,送送出合闸控制信号，使主开关合闸操作。出合闸控制信号，使主开关合闸操作。(3)合闸控制电路 合闸控制电路把电压差允许鉴别的条件，频船舶电气设备及系统 2024/6/30课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室采用模块式的船舶电站自动整步器的实例采用模块式的船舶电站自动整步器的实例 船舶电站自动整步器船舶电站自动整步器 采用模块式的船舶电站自动整步器的实例 船舶电站自动整步器