第五节船舶同步发电机并联运行
第五节船舶同步发电机并联运行
同步表的指针位置反映相位差，指 针转动快慢和转向反映～1524、1547～1573
接线与操作：接线 如图，接通同步表，调节 待并机油门，使指针朝 “快”的方向以3～5s转 的速度旋转，在“11点” 处合闸。 注意：同步表是短时工作 制(15分钟),并车后应断 电。
②相位不等：会引起有功环流，此环流可使相位相 等。频率和相位不等都会造成有功环流（通过转矩 调节相等）
• 1．自整步作用 • 2．要求：δ＜ ± 15° • 相差太大（180°最大），两机间产生冲击电流和冲 击力矩，不能牵入同步，且产生振荡（转子相对摆动）， 导致逆功率跳闸，甚至损坏绕组。
频率不等：会引起有功环流，此环流可使频率相等。 但可能引起过载或逆功率。
2、并联运行的同步发电机的解列
当电网总负载小于单机容量70%时、航行结 束、替换机组时，发电机退出运行－解列。 操作： 转移负载（同时调）→断主开关→停柴油机 注意：①不能带载拉电。 ②避免逆功，在5%PN下拉闸 ③防止留用机过载。（可暂停解列或先 卸掉次要负载再解列。） 1579、1580
三、直流电站：
同步表外观
③电抗器粗同步并车原理
粗同步： 并车条件适 当放宽。 原理： 并车时先通 过三相空心电 抗器连接，经 过延时（拉入 同步），然后 再合闸。 注意：电抗器X 是短时制。
• • • • • •
并车失败的原因： 1）电网电压、频率波动太大； 2）网上原有发电机处空载状态； 3）并车操作不当； 4）未能及时转移负载。 1575～1578
1522、1523、1533～1546
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二、船舶同步发电机手动并车和解列
准同步并车法：观察和调整发电机的电压、频 率和初相位，使之完全满足并车条件后并车。 手动准同步并车法：依靠操作人员观察、 判断进行并车操作； 自动准同步并车：依靠自动装置完成并车。 注意：调压器可保证电压条件，并车时只要调 整待并机的频率和相位。方法是通过主配电 板的控制屏上“调速开关”调节原动机的转 速使待并机的频率接近运行机的频率（ Δf＜ ±0.5Hz ） 粗同步法：频率条件相同，相位条件较宽。
同步发电机并联运行的条件
同步发电机并联运行的条件
船舶同步发电机并联运行时，待并发电机组与运行发电机组之间必须满足如下条件:
(1)待并发电机的电压有效值U，与运行发电机的电压有效值U相等，即U，=Us
(2)待并发电机的频率f与运行发电机的频率f相等，即f=f。
(3)待并发电机电压的相位8，与运行发电机电压的相位δ一致，即δ1=δ2。
(4)待并发电机电压的相序与运行发电机的相序相同。
由于船舶发电机在安装时已经对发电机的相序及电网的相序进行了测定，保证了相序一-致的条件，通常船舶发电机的并联运行时，并不检测相序条件。
准同步并车操作就是通过检测和调整待并发电机组的电压、频率和相位，使之在基本满足上述三个条件的瞬间通过发电机主开关的合闸投入电网。
这样就可以保证在并车合闸时没有冲击电流，并且并车后能保持稳定的同步运行。
实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，而且必须有一定的频差才能快速投人并联运行。
下面来分析这三个并车条件。
同步发电机并联运行连接示意图和单相等效电路图，G为已在电网运行发电机，G为待并发电机。
同步电机的并列运行
同步电机的并列运行同步发电机并联运行时的频率调整和发电机间有功功率的分配密切相关。
当各机组转速波动时，将会引起电力系统有功功率分配的不均匀。
频率调整实际上是对原动机转速的调整，所以发电机频率的调整和有功功率分配可以由原动机调速器和自动调频调载装置来实现。
船舶交流电站中由于负载的变化(特别是当大功率负载的启动和停止时)，将引起电站运行发电机组转速的变化，从而使电网频率发生变化。
当电网频率降低(低于额定值)时，如泵和风机电动机的转速将下降，大大减少它们在单位时间内的送油、送水和送风量。
当频率高于额定值时，电动机的转速升高，从而使电动机输出功率提高。
由于各种原动机(蒸汽、燃气轮机和柴油机)，都是按额定转速发出最大功率和最高效率设计的,当转速发生变化时，就会使原动机的效率降低，更为严重的是几台发电机并联运行时，将引起各机组有功负载分配不均匀。
船舶电站在正常工作时需要经常调整电站中发电机原动机的转速，以保持电网频率的稳定和各发电机按比例(当容量不相等时)或均匀(当同容量时)分配有功负载。
现代船舶电站为了提高供电的质量,在电站中大多安装有自动调频调载装置(简称频载调节器)。
自动调频调载装置把采集的频率差与功率差信号合成，经放大、判别(增减速判别、是否固定偏差判别)后控制伺服电机，以调节原动机的油门的开度来调节发电机原动机的转速。
因为原动机本身都具有调速器，频载调节器只起辅助调节作用，所以它不需要迅速反应和频繁的动作(伺服电机是短时工作制的，不允许长期工作)，只是在调速器动作之后如果仍存在固定偏差时，由它再进行调节。
对于如起货电动机等的固定频繁启动、正反转、停止所引起的电网频率波动不需要进行调节。
我国《钢质海船人级规范》对原动机的调速特性有明确的要求:“当突加或突卸额定负载时,转速的瞬时变化不大于额定转速的土10%，稳定后变化不大于额定转速的士5%，达到新的稳定值的时间不超过5s"我国《钢质海船人级规范》对并联运行的各交流发电机组的有功功率的分配要求为:“并联运行的各交流发电机组均应能稳定运行，且当负载在总额定负载的20%~100%范围内变化时，各机组所承担的有功负载与总负载按机组定额比例分配值之差，应不超过下列数值中的较小者:①最大机组额定有功功率的±15%;②最小机组额定有功功率的士25%。
同步电动机的并列运行
同步发电机并列运行将同步发电机与电网(或正在运行的发电机)并联在一起运行的工作方式，称为并列运行。
发电机并列运行后有以下优点:(1)提高供电的可靠性。
当一台发电机故障或检修时，其他电源仍可在出力允许的情况下多带负荷，不致造成用户停电，提高了供电的可靠性。
(2)可提高电能质量。
并列运行后，电网容量大，因负荷波动或机组的投、切引起的频率和电压的波动小，电能质量得到了提高。
(3)可减小备用机组的总容量节省投资。
单个电厂需装设备用发电机组，并人电网后，只要电网有足够的备用容量，就不需每个电厂装设备用机组投资。
(4)可以合理利用动力资源，提高运行的经济性。
并网后，电网可合理利用自然资源。
进行经济调度。
如在丰水期可多发水电，少发火电节约燃料;枯水期多发火电，让水电厂带尖峰负荷。
同时，可以让高效率、低损耗的机组多带负荷，低效率、高损耗的机组少带负荷，从而降低电能生产的成本。
二、并列运行的条件同步发电机的并列，必须满足下列条件:(1)待并发电机电压与电网电压大小相等，即U=U。
(2)待并发电机电压的相位与电网电的相位相同两电压的相位差为0即=0.(3)待并发电机的频率与电网频率相等，即fc=f。
(4)待并发电机电压的相序与电网电压的相序一致。
同步发电机并列运行为什么要满足这些条件，现分析如下:如果待并发电机与电网的频率相等，电压的相位相同，相序也一致，但是，电压的大小不等(U≠U),则在开关两触头之间将存在电压差，Ú=Uc-。
如果这种情况下合闸，在电压U的作用下，在发电机与电网所组成的回路中，将产生一个冲击电流。
在合闸瞬间，由于发电机定子绕组的阻抗很小，所以这种冲击电流是相当大的。
这个冲击电流格产生很大的电动力，使发电机绕组受到很大的提动，甚至造成损坏。
如果待并发电机与电网的频率、电压均相等，相序也一致，但相位不同。
这时由于待并发电机的电压和电网电压在每一瞬间都不相等，因此出现电压差ΔÚ，最严重(即U与相差180)时，电压差可达发电机电压最大值的2倍，在这种情况下合闸，由ΔU所产生的冲击电流，可能达到额定电流的20-30倍。
船舶同步发电机的并联运行
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理 频率预调
自动并车装置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， 称为频率预调
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理
自动并车 装置分为
✓ 频率预调 ✓ 合闸控制
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理 频差脉动电压与相位检测原理
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
U = U2 – U1
并车的条件及分析 Conditions and analysis of parallel operation
两台发电机并联运行
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
两机并联运行于同一电压
并车的条件及分析 Conditions and analysis of parallel operation
自动准同步并车原理 频率预调
检测频差方向 移相法
当待并机频率低于电网频率（即f <0）
U S 到达最大值时间较 U S 提前
利用两个鉴幅器即可检测出频差方向
U S UW U S
UW
Uf
频率高
UW U S
UW US
频率低
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
第十三章-船舶同步发电机的并联运行
2020/5/11
课件
第一节 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，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 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。
。
轮机工程学院船电系
船舶电气设备与系统
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2) 灯光明暗法(灯光熄灭法 )
2020/5/11
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TS＝1/f称为频差周期。
合闸时刻：当灯泡3～5秒明暗一次时,约在接近灯暗区间 的中心时。
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船舶电气设备与系统
2020/5/11
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一、同步指示灯法
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1) 灯光旋转法
2020/5/11
f2＞f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为: L1L2L3 L1 f2＜f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为: L1L3L2 L1
合闸时刻: 使灯光向“快”（顺时针）的方向旋转，当调
节到3～5秒旋转一周后，当指示灯L1最暗而L2、L3同样亮时
.
.
.
UU2U1
U
2Usin
2
U产生IPH。对G1减少有功 电流、加速，对于G2增加有 功电流、减速，牵入同步；
同时去磁、减压。
频率和电压相同，相位不相同
并车时要求相位差一 般应在15之内。
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船舶电气设备与系统
2020/5/11
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3) 并车时电压和相位相同，但频率不相同
船舶同步发电机并联运行
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实时监测与调整
对各发电机的负载情况进行实时监测，根据监测 结果及时调整负载分配，确保系统高效运行。
减小并联运行对船舶电网的影响
抑制谐波
采用滤波器、有源滤波器等设备抑制谐波，减小并联运行对船舶 电网的干扰和影响。
优化无功补偿
采用无功补偿装置对系统进行无功补偿，减小无功损耗和电压波动， 提高电网的供电质量和稳定性。
当转子在原动机的驱动下旋转时，磁 场和电场相互作用，产生三相交流电。
并联运行的电气原理
并联运行的电气连接
船舶同步发电机通过断路器和并联开关连接在一起，形成一个并联 运行的电网。
并联运行的电气特性
并联运行的电气特性包括电压、频率和相位角的一致性，这些特性 对并联运行的稳定性至关重要。
并联运行的自动控制
为了实现自动并联运行，需要采用自动准同期装置，该装置能够自动 调节发电机的电压、频率和相位角，使其与电网保持一致。
并联运行的稳定性分析
01
02
03
稳定性概念
稳定性是指在受到扰动后， 系统能够恢复到原来的运 行状态的能力。
稳定性判据
对于船舶同步发电机并联 运行系统，稳定性可以通 过分析系统的动态特性和 静态特性来判别。
02
船舶同步发电机并联运行原理
同步发电机的工作原理
同步发电机的基本结构
同步发电机由转子、定子和励磁系统 组成，通过磁场和电场的相互作用产 生电能。
同步发电机的发电原理
同步发电机的运行特性
同步发电机的运行特性包括电压、频 率、功率因数等，这些特性可以通过 调节励磁电流和原动机的输入功率进 行控制。
案例三：某船的并联运行效果评估
船电设备——第十三章同步发电机的并列运行
并列运行条件： 各机组间相序、电压、频率、初相位相同
船舶发电机并列运行特点： 通常为同型号同容量机组并联，故要求各 机组间负荷均匀分配
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13.1 船舶同步发电机的（投入）并联运行条件分析
当待并机组G1与电网运行机组G2之间同步条件： （1）相序一致
（2）电压幅值相等（U1=U2） （3）电压的初相位相同（δ1= δ2） （4）电压的频率大小相等（f1=f2）
一般调整到同步表指针向快的方向旋转且转一圈的时间为46s即可准备合闸4当同步表指针到达11点位置时果断合闸11点并车法5并车完毕后应关闭同步表开关以免烧坏6并车成功后应立即进入负载分配与频率调整的操作步序19第五节模拟式船舶同步发电机自动并车装置的基本原理返回自动并车装置自动完成手动并车操作的全过程它由频率预调并车条件监视和提前时间或提前相角捕获电路等组成图138是其原理框图
准同步并车条件
（1）电压幅值差：U1－U2=ΔU< 10% UN （2）电压的初相位差：δ10 － δ20= δ < 15° （3）电压的频率差：f1－ f2 =Δf< 0.5Hz
3
实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，其 结果将使待并发电机与电网（运行机）之间形成电压差，从而 会在合闸瞬间产生冲击环流IPH
7
对待并机G1： IPH 中与U1同相位的有功分量IPHp→有功输出↑→G1转速↓
对待并机G2： IPH 中与U2反方向的有功分量－IPHp→有功输出↓→G2转速↑ 结论： 当Δf＝0、ΔU＝0，Δδ>0时，并车合闸瞬间所产生的环流 具有整步作用。最终使得并联运行的两台发电机达到相位一 致而进入同步运行。
U1 U2 \ f1 f 2 \ 10 20
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2、并联运行的同步发电机的解列
当电网总负载小于单机容量70%时、航行结 束、替换机组时，发电机退出运行－解列。 操作： 转移负载（同时调）→断主开关→停柴油机 注意：①不能带载拉电。 ②避免逆功，在5%PN下拉闸 ③防止留用机过载。（可暂停解列或先 卸掉次要负载再解列。） 1579、1580
三、直流电站：
②相位不等：会引起有功环流，此环流可使相位相 等。频率和相位不等都会造成有功环流（通过转矩 调节相等）
• 1．自整步作用 • 2．要求：δ＜ ± 15° • 相差太大（180°最大），两机间产生冲击电流和冲 击力矩，不能牵入同步，且产生振荡（转子相对摆动）， 导致逆功率跳闸，甚至损坏绕组。
频率不等：会引起有功环流，此环流可使频率相等。 但可能引起过载或逆功率。
• 直流发电机并车： • 1．条件：电压相等（检测仪表仅电压 表）、极性相同。 • 2．并车：起动待并机→调励磁使电压稍 高于电网电压（防逆电流、反磁跳闸）→ 按下合闸按钮→增加并入机励磁减少运行 机励磁转移负荷。
• 3．解列：转移负载－增加留用机励磁，同时减 少解列机励磁（两机的电动势一增一减）（只 增或只减一机励磁、负荷分配改变、电网电压 增加或减少）到负荷电流为零、再按下脱扣按 钮或拉闸－停机。 • 4．为保证负荷动态分配的均匀及并联运行的 稳定性，直流复励发电机必须设均压线（励磁 部位）。
频率不同两机具有相位差和电压差，具有自 整步作用。 要求：Δf＜±0.5Hz（T=1/Δf） 频差小自整步作用使两机牵入同步，频差大 无法牵入同步。
• 相序不一致 • 引起很大的环流烧坏发电机，该条件 一般可满足，航行并车不必检测。
结论：发电机并车时，合闸瞬间任何一个 条件不满足都会产生冲击电流，如果冲击 电流太大，会造成并车失败。相位和频率 条件不满足还会产生冲击转矩。 允许有误差：小的冲击电流对并车有利， 即无功电流有均压作用，有功电流形成整 步转矩，牵入同步。 最理想合闸：是待并发电机的电流为零时。
同步表的指针位置反映相位差，指 针转动快慢和转向反映待并机与电网的 频差大小和方向。
1505、1514、1520～1524、1547～1573
接线与操作：接线 如图，接通同步表，调节 待并机油门，使指针朝 “快”的方向以3～5s转 的速度旋转，在“11点” 处合闸。 注意：同步表是短时工作 制(15分钟),并车后应断 电。
同步表外观
③电抗器粗同步并车原理
粗同步： 并车条件适 当放宽。 原理： 并车时先通 过三相空心电 抗器连接，经 过延时（拉入 同步），然后 再合闸。 注意：电抗器X 是短时制。
• • • • • •
并车失败的原因： 1）电网电压、频率波动太大； 2）网上原有发电机处空载状态； 3）并车操作不当； 4）未能及时转移负载。 1575～1578
1．手动准同步并车同步指示灯法
①灯光法 灯光明暗法（暗灯法） • （1）电路（三个同名相灯）
（2）性能 A．灯光很亮说明待并机与电网相位差很大、熄灭说明 相位差很小或为零，灯光明暗度说明相位差的大小； B．灯光明暗变化快说明频差大、慢说明频差小。 （3）合闸 调待并机的调速开关（即调油门），使灯光明暗变化 慢（周期为3～5秒），灯光熄灭后（接近灯暗区中心） （ΔU为30%Ue灯灭），合闸并车。 （4）缺点 灯光明暗不能说明f2是快还是慢。
注意：
• 如果出现“灯光明暗法”变成“灯光旋转 法”。或“灯光旋转法”变成“灯光明暗 法”，原因有两种可能：一是待并机与电 网相序相反，另一种是同步指示灯接线错 误。
• 题：1513、1514、1562、1563、1559、 1568、
②同步表法
同步表是用来指示待并机 与电网的电压相位差、频 率及方向的仪表。
• 2．灯光旋转法（亮灯法） （1）电路 （一个同名相灯，两个异名相灯） （2）性能： A． f2 ＞f 1：三灯熄灭的顺序为：L1→L2→L3→L1， f2＜ f 1：三灯熄灭的顺序为：L1→L3→L2→L1； B．灯光明暗旋转快说明频差大、慢说明频差小，L1灯光 明暗度说明相位差的大小。 （3）合闸 • 调待并机的调速开关：f2快减速、f2慢加速，使灯光旋 转慢（周期为3～5秒），熄灭的顺序为L1→L2→L3→L1 （快向、顺时针，防逆功率），接近L1灯熄灭区中心，合 闸并车。
§7.5
船舶同步发电机的并联运行
• 教学要求： 理解发电机并车、解列的意义，掌握发 电机的并车条件，发电机的并车操作程序 及注意事项。
并联运行的意义：
合理利用发电机容量，便于对发电机的维护管理 船上通常有三种情况需要并车操作： 1．当单机负荷达到80%额定容量时，仍可能增 加，应考虑并联一台发电机。 2．进出港靠离码头或进出狭水道等机动航行状 态时，为了航行安全，需发电机并联运行。 3. 备用机组替换下运行供电的机组，为保证不 间断供电，需并车进行替换 船舶电站并车操作是指： 并车操作、负载调节、稳定运行。
• 1527～1530、1581～1586
• 阅读：P158~164 • 习题：1506～1586
1522、1523、1533～1546
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二、船舶同步发电机手动并车和解列
准同步并车法：观察和调整发电机的电压、频 率和初相位，使之完全满足并车条件后并车。 手动准同步并车法：依靠操作人员观察、 判断进行并车操作； 自动准同步并车：依靠自动装置完成并车。 注意：调压器可保证电压条件，并车时只要调 整待并机的频率和相位。方法是通过主配电 板的控制屏上“调速开关”调节原动机的转 速使待并机的频率接近运行机的频率（ Δf＜ ±0.5Hz ） 粗同步法：频率条件相同，相位条件较宽。
一、并联运行的条件分析：
1、并车条件：三个相同，一个一致 • 电压、相位、频率相同；相序一致。 要求：相序绝对必须满足，其它条件允许有 小差别。航行期间一般相序能够自动满足， 其它则须调控。
2、并联条件使电压相 等（通过电枢反应）。
⑴两机电压不等在两机间形成环流 ⑵环流使电压高的发电机产生去磁电枢反应、电压 降低，电压低的发电机产生增磁电枢反应、电压 升高，结果使两机电压相等。 ⑶要求：ΔU＜10%Ue（电抗小，一定的电压差产 生很大的冲击环流）。