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柴油發(fā)電機(jī)自勵恒壓無功功率分配
發(fā)布時(shí)間:2019-04-17 10:02:28  ▏閱讀:

 

一、自動勵磁調(diào)整裝要求和指標(biāo)

 

維持發(fā)電機(jī)電壓的穩(wěn)定是保證供電質(zhì)量的主要措施之一。電網(wǎng)電壓是會經(jīng)常變化的,備用電源電網(wǎng)電壓波動比陸上大電網(wǎng)電壓波動更為嚴(yán)重,引起電網(wǎng)電壓波動的主要原因是負(fù)載變動。負(fù)載電流幅值變化或負(fù)載性質(zhì)變化都將引起發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)發(fā)生變化,從而引起發(fā)電機(jī)端電壓變化。

當(dāng)電壓波動時(shí),通常是靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁電流的大小來進(jìn)行恒壓控制的。一個電壓自動調(diào)整裝置實(shí)質(zhì)上是勵磁電流自動調(diào)整裝置。調(diào)整勵磁電流既可以對電壓進(jìn)行調(diào)整,當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),它還在發(fā)電機(jī)組之間無功功率分配方面起作用。

1、對自動勵磁調(diào)整裝置的基本要求

簡單可靠,靈敏度高、穩(wěn)定性好,保證電壓為一定水平,具有一定的強(qiáng)行勵磁能力,能合理地分配無功功率。

2、具體指標(biāo)

我國《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》規(guī)定,發(fā)電機(jī)從空載至滿載,功率因數(shù)保持為額定值,主發(fā)電機(jī)的靜態(tài)電壓變化率應(yīng)在±2.5%以內(nèi),應(yīng)急發(fā)電機(jī)的靜態(tài)電壓變化率應(yīng)在±3.5%以內(nèi);發(fā)電機(jī)突加或突減60% 額定電流及功率因數(shù)不超過0.4(滯后)的對稱負(fù)荷時(shí),發(fā)電機(jī)的動態(tài)電壓變化率應(yīng)在±15%以內(nèi),電壓恢復(fù)時(shí)間不超過1.5 s;當(dāng)負(fù)載突然有很大增加或發(fā)生突然短路時(shí),電壓便會突然下降很大,勵磁系統(tǒng)應(yīng)能保證最短的時(shí)間內(nèi),把勵磁電流升高到超過額定狀態(tài)時(shí)的最大值的強(qiáng)行勵磁能力,以使發(fā)電機(jī)的電壓迅速得到恢復(fù);保證發(fā)電機(jī)依靠剩磁從靜止起動后能迅速順利地發(fā)出規(guī)定的電壓。

 

二、自勵恒壓裝置分類

 

同步發(fā)電機(jī)勵磁恒壓裝置的種類較多,一般自勵恒壓裝置分為三大類:

(1) 按發(fā)電機(jī)電壓偏差調(diào)節(jié)

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中, 由于某種原因使得發(fā)電機(jī)輸出電壓與給定的電壓出現(xiàn)偏差時(shí),調(diào)節(jié)器將根據(jù)偏差電壓的大小和極性輸出校正信號,對發(fā)電機(jī)勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于被檢測量和被調(diào)量都是發(fā)電機(jī)端電壓,恒壓裝置與發(fā)電機(jī)構(gòu)成一個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)特性比較好,靜態(tài)電壓調(diào)整率一般均在土1%以內(nèi)。晶閘管自勵恒壓裝置屬于這種類型。

(2) 按負(fù)載電流和功率因數(shù)調(diào)節(jié)

發(fā)電機(jī)電壓的波動,是由于負(fù)荷的變化和故障所引起。如果被測量是發(fā)電機(jī)的負(fù)荷電流及功率因數(shù)。再經(jīng)調(diào)壓器去調(diào)節(jié)勵磁電流來穩(wěn)定發(fā)電機(jī)電壓。這時(shí)被測量和被調(diào)量不同,故構(gòu)成一個開環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),靜態(tài)特性比較差,但動態(tài)特性較好。不可控相復(fù)勵自勵恒壓裝置屬于這種類型。

(3) 復(fù)合調(diào)節(jié)

這類復(fù)合調(diào)節(jié)是將上述兩種調(diào)壓方式結(jié)合在一起,它是在按負(fù)載調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上采用自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)。靜態(tài)和動態(tài)特性都比較好,是一種較理想的勵磁調(diào)節(jié)裝置。可控相復(fù)勵自勵恒壓裝置屬于這種類型。

電流疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置原理圖如圖7-9所示。其主要元件及其作用是:CT為電流互感器,它反映發(fā)電機(jī)負(fù)載電流的大小和相位,以進(jìn)行相復(fù)勵調(diào)壓。其原、副邊皆有抽頭可調(diào),調(diào)整匝數(shù)可改變復(fù)勵電流分量的大小,調(diào)整定發(fā)電機(jī)的帶載后端電壓;X為移相電抗器,是一個具有氣隙的三相鐵芯電抗器, 它將發(fā)電機(jī)電壓產(chǎn)生的電流移相90°,作為電壓分量,進(jìn)行自勵起壓,線圈具有抽頭,調(diào)整氣隙大小或線圈匝數(shù)可改變電抗值大小,以改變電壓分量的大小,整定空載電壓;C1~C3為起壓諧振電容。

康明斯發(fā)電機(jī)電流疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置.png

 

圖7-9 電流疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置

電流疊加的相復(fù)勵自勵恒壓裝置所提供的勵磁電流為兩部分:一部分是由發(fā)電機(jī)本身的電壓通過自勵回路提供的自勵電流(是勵磁電流的電壓分量),另一部分是由發(fā)電機(jī)本身的負(fù)載電流通過復(fù)勵回路提供的復(fù)勵電流(是勵磁電流的電流分量),勵磁電流的電壓分量和勵磁電流的電流分量以電流的形式在交流側(cè)進(jìn)行相量疊加成為交流側(cè)的合成勵磁電流,并經(jīng)整流后形成總的直流勵磁電流去對勵磁繞組進(jìn)行勵磁。勵磁電流隨負(fù)載電流的變化而變化,補(bǔ)償了由于負(fù)載電流的變化而引起的發(fā)電機(jī)端電壓的變化,使發(fā)電機(jī)的電壓得到補(bǔ)償。只要在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)剡x擇自勵恒壓裝置各元件的參數(shù),就可以滿足由空載到額定負(fù)載及功率因數(shù)經(jīng)常變動的情況下維持電壓在備用電源電氣設(shè)備《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》所允許的范圍內(nèi)。

 

三、不可控相復(fù)勵裝置的特點(diǎn)

 

不可控相復(fù)勵裝置,雖然具有動態(tài)性能好, 強(qiáng)勵能力強(qiáng)等特點(diǎn),但其調(diào)壓精度不高。調(diào)壓特性的線性度差。為此在進(jìn)行不可控相復(fù)勵調(diào)壓的基礎(chǔ)上,又加上了一個按電壓偏差進(jìn)行微調(diào)的電壓校正器AVR。這就是所謂可控相復(fù)勵自勵恒壓勵磁系統(tǒng)。該調(diào)壓系統(tǒng)包括兩大部分:相復(fù)勵自勵恒壓裝置和晶閘管分流的電壓校正器。相復(fù)勵裝置的作用是實(shí)現(xiàn)自勵起壓,因其動態(tài)特性很好,負(fù)責(zé)動態(tài)電壓調(diào)整;電壓校正器AVR的作用是負(fù)責(zé)靜態(tài)電壓調(diào)整,進(jìn)一步提高電壓的調(diào)節(jié)精度。

由于可控相復(fù)勵自動調(diào)壓裝置是帶有電壓校正器的相復(fù)勵裝置,它具有調(diào)壓精度高,無功功率分配均勻,起勵可靠,強(qiáng)勵倍數(shù)高,動態(tài)性能好等特點(diǎn),因而獲得了廣泛的應(yīng)用。

 

四、晶閘管自勵恒壓裝置的特點(diǎn)

 

晶閘管自勵恒壓裝置是按發(fā)電機(jī)電壓偏差進(jìn)行自動調(diào)壓,它是一個閉環(huán)的調(diào)節(jié)系統(tǒng),具有很高的調(diào)壓精度,具有較好的動態(tài)性能。

晶閘管自勵恒壓裝置主要由測量移相比較環(huán)節(jié), 觸發(fā)控制環(huán)節(jié)及勵磁主回路三大環(huán)節(jié)組成。

晶閘管自勵恒壓裝置的工作原理是,當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓低于(或高于)額定值時(shí),測量環(huán)節(jié)采樣發(fā)電機(jī)電壓并經(jīng)整流器變換為直流電壓,在比較環(huán)節(jié)與給定的基準(zhǔn)電壓值相比較,得出偏差信號,該偏差信號經(jīng)放大后,由觸發(fā)控制回路,根據(jù)比較電路輸出的偏差電壓UK的大小和極性,移相觸發(fā)電路對晶閘管發(fā)出相應(yīng)控制觸發(fā)角的脈沖,調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角,隨電壓偏差而輸出相應(yīng)的勵磁電流,使電壓保持恒定, 所以具有良好的靜態(tài)電壓調(diào)整特性。

采用可控硅整流的自勵式同步發(fā)電機(jī)的調(diào)壓裝置,起勵電路通常采用蓄電池向晶閘管提供觸發(fā)電壓的方法解決起壓問題;保護(hù)電路通常采用阻容吸收、硒堆吸收或快速熔斷器等。

 

五、勵磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)的區(qū)別

 

具有同軸交流勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)硅整流器的無刷同步發(fā)電機(jī)的主發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)都是三相同步發(fā)電機(jī)。它們在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于:

主發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)磁極式的,其定子是三相交流電樞,轉(zhuǎn)子是直流勵磁繞組;而勵磁機(jī)則是旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī),其定子是直流勵磁繞組,轉(zhuǎn)子是三相交流電樞,與主發(fā)電機(jī)同軸,勵磁機(jī)的勵磁繞組由主發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整器的輸出供電。勵磁機(jī)發(fā)出的三相交流電經(jīng)三相橋式旋轉(zhuǎn)硅整流器整流后供給發(fā)電機(jī)勵磁繞組。旋轉(zhuǎn)硅整流器安裝在同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上。由于整流器需承受離心力,因此對其制造和安裝工藝有一定的要求。無刷同步發(fā)電機(jī)原理上屬于他勵。


六、無功功率分配

 

當(dāng)兩臺并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的電壓不相等,而頻率、相位相等時(shí),則在兩機(jī)組之間將產(chǎn)生一個無功性質(zhì)的環(huán)流,其結(jié)果將使電壓較高的發(fā)電機(jī)輸出無功功率增大,而電壓較低的發(fā)電機(jī)輸出的無功功率減少(發(fā)電機(jī)負(fù)載電流功率因數(shù)低的, 無功功率大;功率因數(shù)高的,則無功功率小)。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),通過改變發(fā)電機(jī)的勵磁電流來調(diào)節(jié)其電勢,即能調(diào)整無功輸出、實(shí)現(xiàn)無功功率轉(zhuǎn)移。具體調(diào)節(jié)方法是,必須同時(shí)調(diào)節(jié)兩臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流,將功率因數(shù)低的發(fā)電機(jī)勵磁電流減小,與此同時(shí)將功率因數(shù)高的發(fā)電機(jī)勵磁電流增大,這樣就可以使兩臺發(fā)電機(jī)功率因數(shù)趨于一致,即無功功率相等。

通常同步發(fā)電機(jī)都配有自勵恒壓裝置來自動調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓,因此同步發(fā)電機(jī)有一定的電壓調(diào)整規(guī)律,也稱電壓調(diào)整特性。同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性是指發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律,并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無功功率分配的關(guān)系主要由電壓調(diào)整特性曲線決定,實(shí)際上是通過自勵恒壓裝置自動調(diào)整勵磁電流,從而調(diào)整發(fā)電機(jī)電勢的辦法來實(shí)現(xiàn)的。發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),調(diào)壓特性曲線應(yīng)呈下傾特性,欲使發(fā)電機(jī)組之間無功功率分配均勻,要求兩臺發(fā)電機(jī)的外特性斜率相同。在備用電源上的發(fā)電機(jī)一般采用均壓線或電流穩(wěn)定裝置兩種方法來實(shí)現(xiàn)無功功率的均勻分配。均壓連接方法有直流均壓連接和交流均壓連接兩種,直流均壓連接法只適用于同容量同型號發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行;對容量不同的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,可采用交流均壓線。不可控相復(fù)勵自勵恒壓同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),一般采用均壓線連接方式;可控相復(fù)勵自勵恒壓同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),一般采用電流穩(wěn)定裝置(調(diào)差裝置)實(shí)現(xiàn)無功功率的均勻分配; 無刷同步發(fā)電機(jī)一般采用設(shè)有差動電流互感器的無功補(bǔ)償裝置來實(shí)現(xiàn)無功功率的均勻分配。

判斷兩機(jī)之間的無功功率分配是否均勻,可以采用以下兩種方法:

(1) 機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,兩臺發(fā)電機(jī)功率表(有功)指示基本相同而電流表指示相差太大時(shí),說明無功分配裝置存在故障;

(2) 機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,兩臺發(fā)電機(jī)功率表(有功)指示基本相同而功率因數(shù)表( cosφ表)指示相差較大時(shí),說明無功分配裝置存在故障。

 


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