操作使用與維護保養

柴油發電機并聯柜的并列運行條件與操作

 

摘要：發電機組投入并列運行的整個過程叫做并列。將一臺發電機組先運行起來，把電壓送至母線上，而另一臺發電機組啟動后，與前一臺發電機組并列，應在合閘瞬間，發電機組不應出現有害的沖擊電流，轉軸不受到突然的沖擊。合閘后，轉子應能很快的被拉入同步。隨著負荷的波動，電力系統中運行的發電機組臺數經常要變動。因此，同步發電機的并列操作是電廠的一項重要操作。另外，在系統發生某些事故時，也經常要求將備用發電機組迅速投入電網運行。可見，并列操作在電力系統中是很頻繁的。電力系統的容量在不斷增大，同步發電機的單機容量也越來越大，大型發電機組不恰當的并列操作將導致嚴重后果。因此，對同步發電機的并列操作進行研究，提高并列操作的準確度和可靠性，對于系統的可靠運行具有很大的現實意義。

 

一、發電機并列運行的條件

1、電壓相等

      待并發電機的電壓有效值Uf與電網的電壓有效值U相等或接近相等，允許相差±5％的額定電壓值。

      待并發電機的電壓有效值Uf，與電網的電壓有效值U之間的壓差ΔU，若在允許范圍內，所引起的無功沖擊電流是允許的。否則ΔU越大，沖擊電流越大，這個過程相當于發電機的突然短路。因此，必須調整兩者間的電壓，使其接近相等后才可并列。

2、頻率相等

      待并發電機的周波ff應與電網的周波f相等，但允許相差±0.05～0.1周/秒以內。

      若兩者周波不等，則會產生有功沖擊電流，其結果使發電機轉速增加或減小，導致發電機軸產生振動。如果周波相差超出允許值而且較大，將導致轉子磁極和定子磁極間的相對速度過大，相互之間不易拉住，容易失步。因此，在待并發電機并列時，必須調整周波至允許范圍內。通常是將待并發電機的周波略調高于電網的周波，這樣發電機容易拉入同步，并列后可立即帶上部分負荷。

3、相位相等

      待并發電機電壓的相位與電網電壓的相位相同，即相角相同。

      在發電機并列時，如果兩個電壓的相位不一致，由此而產生的沖擊電流可能達到額定電流的20～30倍，所以是非常危險的。沖擊電流可分解為有功分量和無功分量，有功電流的沖擊不僅要加重汽輪機的負擔，還有可能使汽輪機受到很大的機械應力，這樣非但不能把待并發電機拉入同步，而且可能使其它并列運行的發電機失去同步。

      在采用準同期并列時，發電機的沖擊電流很小。所以，一般應將相角差控制在10º以內，此時的沖擊電流約為發電機額定電流的0.5倍。

4、相序相等

      待并發電機電壓的相序必須與電網電壓的相序一致。

5、波形相等

      待并發電機電壓的波形應與電網電壓的波形一致，如圖1所示。

      以上條件中第4項關于相序的問題，要求在安裝發電機的時候，根據發電機規定的轉向，確定好發電機的相序而得到滿足。所以在以后的并列過程中，相序問題就不必考慮了。第5項關于電壓波形的問題，應在發電機生產制造過程中得以保證。

      綜上所述，在發電機并列時，主要滿足1～3項的條件，否則將會造成嚴重事故。在并列合閘過程中，發電機與電網的電壓、周波、相位角接近但并不相等時，由此而產生的較小沖擊電流還是允許的。合閘后，在“自整步作用”下，能夠將發電機拉入同步。其并機裝置運行電路圖分別如圖2所示。

圖1  發電機三相電壓波形圖

圖2   發電機并聯運行電路示意圖

 

二、發電機工作原理及并聯操作

 

1、發電機的工作原理

① 發電機采用旋轉磁場式，其勵磁繞組裝在轉子上，而交流勵磁機采用旋轉電樞式，其勵磁繞組裝在定子上，發電機的勵磁繞組和勵磁機的電樞繞組固定在同一轉軸上，轉軸上還有一個旋轉整流器，這樣轉子部分自成閉合電路。

② 勵磁機的勵磁電流則通過調節進入勵磁機磁場的電流來控制交流無刷發電機的輸出電壓。所以無刷發電機的電壓調節就是調節發電機定子繞組向勵磁機定子繞組供應的電流，主要由相復勵勵磁裝置和自動電壓調節器（AVR）兩部分組成。

③ 可控相復勵勵磁裝置根據同步發電機的實際電壓，調節勵磁機的勵磁電流，控制流過同步發電機勵磁繞組的電流，實現穩定同步發電機輸出電壓和自動分配無功功率的目的。

④ 自動電壓調節器（AVR）采用分流校正同步發電機的電壓，使系統具有滿意的靜態性能。

      由于2臺發電機單獨運行時都能正常起壓，在負載變化時也能完成功率的正常分配，并且能保持輸出電壓的穩定。即排除了發電機本身的問題，問題應該出在了并車環節。

2、發電機并聯運行操作方法

      目前發電機采用的并聯運行操作方法主要可分為三類：準同步法、自同步法、粗同步法（電抗同步法）。

      現在柴發電站上通常采用的手動并車，半自動并車及自動并車均屬于準同步并車法。準同步法是將待并發電機組及運行發電機的電壓、頻率和相位都調整到十分接近，再合上待并發電機組的主開關。此法在并車時產生的沖擊電流、沖擊轉矩和母線電壓的下降都很小，對系統的影響較小。

3、并車條件檢測

      手動準同步并車通常采用燈光法和整步表法來檢測并車條件。

      燈光法分為燈光明暗法（如圖3所示）和燈光旋轉法（如圖4所示）。同步表是一種用來檢測待并發電機與電網電壓、頻率及相位差大小和方向的儀表。手動并車時我們借助同步燈或同步表旋轉方向來判斷待并機的頻率是高于還是低于電網頻率，從而決定待并機是加速或減速，通過調節頻差到滿足并車要求時，抓取相位差為零的時刻按下合閘按鈕。我們船上的管理人員一般都是在整步表指針轉至55分時進行并車合閘操作，這種不管合閘時差頻大小而盲目采取固定提前量的做法是不恰當的，因為從主開關接到合閘指令到其主觸點閉合需要的時間和不同操作人員操作需要的時間（操作人員反應時間、手按按鈕到按鈕觸點閉合時間）是不同的。如果相位差較大，容易在并車瞬間產生相當大的沖擊電流和沖擊轉矩，會對發電機造成損傷，甚至會引起主開關跳閘，造成全廠失電，影響柴發電站安全。所以柴油發電機上一般都安裝有自動準同步并車裝置。

 

圖3  發電機并列——燈光明暗法

圖4  發電機并列——燈光旋轉法

 

三、并機工作模式

 

      并機裝置系統圖和剖面圖如圖5、圖6所示。柴油發電機組在并機使用的情況下，按照客戶的不同需求，可分三種工作模式：

1、按需啟動并機

      在自動模式下，當發電機組接收到啟動信號后，優先級最高的（可設定）發電機組自動啟動，同時發電機組的控制器內部程序判斷負載與設定的值進行比較，如大于單臺額定功率的75%（可調）時，次優先級控制器得到啟動信號，啟動發電機組，同步并機，負載均分，負載增大時如上加列發電機組。當負載減小至單臺發電機組額定功率的75%（可調）以下時，次優先級控制器內部發出解列信號，發電機組按設定時間延時冷卻運轉，延時結束分閘停機。

      當帶載的發電機組出現故障停機時，其它次優先級發電機組自動運行，并帶載。

2、全開啟動并機

      在自動模式下，接收到帶載信號有效時，所有模塊全部發出開機信號，首先達到帶載條件的發電機組先行合閘，其它發電機組達到帶載條件時，一一同步并機。然后控制器模塊檢測負載，當負載小于內部設定的停機最小百分比時，優先級低的發電機組進入延時冷卻后，分閘散熱后停機。當負載再次增大時，并超過設定的百分比時，剩余未開機的發電機組全部啟動開機，并進入上述檢測停機過程。當帶載的發電機組報警停機時，剩余未開機的發電機組全部自開機，并進入上述檢測停機過程。

3、均衡發電機組運行模式

      在自模式下，當發電機組接收到啟動信號后，所有發電機組中運行時間最少的發電機組首先自動啟動 。當帶載運行的 發電機組運行時間大于其它發電機組組設定的均衡運行時間時，發出信號讓其它發電機組開機，并同步并機后，自行分閘卸載停機。所有發電機組按設定的均衡運行時間表多少輪流循環自動開停機。

 

圖5  發電機并機柜一次系統圖

圖6  發電機并機柜剖面圖

 

總結：

      發電機的并列操作非常重要，在一定程度上關系到整個發電廠與電網的安危。因此，要求操作人員必須具有豐富的現場經驗和實際工作的鍛煉；要求在操作時注意力必須高度集中，密切監視有關發電機組及聯絡線的表計變動情況；抓住機會穩、準地進行發電機的并列操作，確保待并發電機安全可靠地并入電網運行。

 

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