发电机并机运行要素、操作方式及并机工作模式

摘要：发电机组投入并列运转的整个步骤叫做并列。将一台发电机组先运行起来，把电压送至母线上，而另一台发电机组启动后，与前一台发电机组并列，应在合闸瞬态，发电机组不应出现有害的冲击电流，转轴不受到突然的冲击。合闸后，转子应能很快的被拉入同步。随着负载的波动，电力系统中运转的发电机组台数经常要变动。因此，同步发电机的并车操作是电厂的一项重要使用。另外，在系统发生某些事故时，也经常要求将后备发电机组迅速投入市电运转。可见，并列操作在电力装置中是很频繁的。电力系统的功率在不断增大，同步发电机的单机容量也越来越大，大型发电机组不恰当的并机操作将致使严重后果。因此，对同步发电机的并车使用进行研究，提升并车操作的正确度和可靠性，对于装置的可靠运转具有很大的现实意义。

      待并发电机的电压有效值Uf与市电的电压高效值U相等或接近相等，允许相差±5％的额定电压值。

      待并发电机的电压有效值Uf，与市电的电压高效值U之间的压差ΔU，若在允许范围内，所致使的无功冲击电流是允许的。否则ΔU越大，冲击电流越大，这个流程相当于发电机的突然短路。因此，必须调节两者间的电压，使其接近相等后才可并车。

      待并发电机的赫兹ff应与市电的赫兹f相等，但允许相差±0.05～0.1周/秒以内。

      若两者周波不等，则会产生有功冲击电流，其结果使发电机速度增加或减少，致使发电机轴发生震动。如果周波相差超出允许值而且较大，将导致转子磁极和定子磁极间的相对转速过大，相互之间不易拉住，容易失步。因此，在待并发电机并车时，必须调整赫兹至允许范围内。一般是将待并发电机的赫兹略调高于市电的赫兹，这样发电机容易拉入同步，并机后可立即带上部分负荷。

      待并发电机电压的相位与市电电压的相位相同，即相角相同。

      在发电机并机时，如果两个电压的相位不一致，由此而发生的冲击电流可能达到额定电流的20～30倍，所以是非常危险的。冲击电流可分解为有功分量和无功分量，有功电流的冲击不仅要加重汽轮机的负担，还有可能使汽轮机受到很大的机械应力，这样非但不能把待并发电机拉入同步，而且可能使其它并车运行的发电机失去同步。

      在采用准同期并车时，发电机的冲击电流很小。所以，通常应将相角差控制在10o以内，此时的冲击电流约为发电机额定电流的0.5倍。

      待并发电机电压的相序必须与大电电压的相序一致。

      待并发电机电压的波形应与大电电压的波形一致，如图1所示。

      以上要素中第4项针对相序的问题，要求在安装发电机的时候，根据发电机规定的转向，确定好发电机的相序而得到满足。所以在以后的并车步骤中，相序问题就不必考虑了。第5项针对电压波形的问题，应在发电机生产制造程序中得以保证。

      综上所述，在发电机并车时，主要满足1～3项的要素，否则将会造成严重事故。在并机合闸步骤中，发电机与市电的电压、周波、相位角接近但并不相等时，由此而发生的较小冲击电流还是允许的。合闸后，在“自整步作用”下，能够将发电机拉入同步。其并联装置运转电路图分别如图2所示。

① 发电机采用旋转磁场式，其励磁绕组装在转子上，而交流励磁机采用旋转电枢式，其励磁绕组装在定子上，发电机的励磁绕组和励磁机的电枢绕组固定在同一转轴上，转轴上还有一个旋转整流器，这样转子部分自成闭合电路。

② 励磁机的励磁电流则通过调整进入励磁机磁场的电流来控制交流无刷发电机的输出电压。故而无刷发电机的电压调节就是调节发电机定子绕组向励磁机定子绕组提供的电流，详细由相复励励磁系统和自动电压调节器（AVR）两部分构成。

③ 可控相复励励磁系统根据同步发电机的实际电压，调节励磁机的励磁电流，控制流过同步发电机励磁绕组的电流，实现稳定同步发电机输出电压和自动分配无功容量的目的。

      由于2台发电机单独运行时都能正常起压，在负载变化时也能完成容量的正常分配，并且能保持输出电压的稳定。即排除了发电机本身的问题，问题应该出在了并联环节。

      目前发电机采用的并列运行操作程序详细可分为三类：准同步法、自同步法、粗同步法（电抗同步法）。

      现在柴发电站上一般采用的手动并列，半自动并列及自动并机均属于准同步并机法。准同步法是将待并发电机组及运行发电机的电压、频率和相位都调节到十分接近，再合上待并发电机组的主开关。此法在并列时产生的冲击电流、冲击转矩和母线电压的下降都很小，对系统的影响较小。

      手动准同步并车一般采用灯光法和整步表法来检测并机因素。

      灯光法分为灯光明暗法（如图3所示）和灯光旋转法（如图4所示）。同步表是一种用来检验待并发电机与大电电压、频率及相位差大小和方向的仪表。手动并联时深圳发电机出租公司借助同步灯或同步表旋转方向来预判待并联的频率是高于还是低于大电频率，从而决定待并联是加载或减速，通过调节频差到满足并车要求时，抓取相位差为零的时刻按下合闸按钮。深圳发电机出租公司船上的管理人员一般都是在整步表指针转至55分时进行并车合闸操作，这种不管合闸时差频大小而盲目采取固定提前量的做法是不恰当的，因为从主开关接到合闸指令到其主触点闭合需要的时间和不一样使用人员使用需要的时间（使用人员反应时间、手按按钮到按钮触点闭合时间）是不一样的。如果相位差较大，容易在并机瞬态产生相当大的冲击电流和冲击转矩，会对发电机造成损伤，甚至会引起主开关跳闸，造成全厂失电，影响柴发电站安全。所以柴油发电机上通常都安装有自动准同步并联系统。

      并列装置装置图和剖面图如图5、图6所示。柴油发电机组在并机使用的状况下，按照客户的不同需求，可分三种作业模式：

      在自动模式下，当发电机组接收到起动信号后，优先级较高的（可设定）发电机组自动启动，同时发电机组的操作系统内部程序判断负荷与设定的值进行比较，如大于单台额定功率的75%（可调）时，次优先级控制面板得到起动信号，启动发电机组，同步并车，负荷均分，负载增大时如上加列发电机组。当负载降低至单台发电机组额定功率的75%（可调）以下时，次优先级操作界面内部发出解列信号，发电机组按设定期间延时冷却运转，延时结束分闸停机。

      当带载的发电机组发生故障停机时，其它次优先级发电机组自动运行，并实载。

      在自动模式下，接收到实载信号高效时，所有模块全部发出开机信号，首先达到实载要素的发电机组先行合闸，其它发电机组达到带载因素时，一一同步并联。然后控制屏模块检修负载，当负载小于内部设定的停机较小百分比时，优先级低的发电机组进入延时冷却后，分闸散热后停机。当负荷再次增大时，并超过设定的百分比时，剩余未开机的发电机组全部启动开机，并进入上述检查停机流程。当带载的发电机组报警停机时，剩余未开机的发电机组全部自开机，并进入上述检验停机流程。

      在自模式下，当发电机组接收到起动信号后，所有发电机组中运行时间较少的发电机组首先自动启动 。当实载运行的 发电机组运行时间大于其它发电机组组设定的均衡运行时间时，发出信号让其它发电机组开机，并同步并联后，自行分闸卸载停机。所有发电机组按设定的均衡运行时间表多少轮流循环自动开停机。

      发电机的并机使用非常重要，在一定程度上关系到整个发电厂与电网的安危。因此，要求使用人员必须具有丰富的现场经验和实际作业的锻炼；要求在使用时注意力必须高度集中，密切监视有关发电机组及联络线的表计变动情况；抓住机会稳、准地进行发电机的并车操作，确保待并发电机安全可靠地并入大电运转。