操作使用與維護保養

柴油發(fā)電機并聯(lián)柜的并列運行條件與操作

 

摘要：發(fā)電機組投入并列運行的整個(gè)過(guò)程叫做并列。將一臺發(fā)電機組先運行起來(lái)，把電壓送至母線(xiàn)上，而另一臺發(fā)電機組啟動(dòng)后，與前一臺發(fā)電機組并列，應在合閘瞬間，發(fā)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(zhù)負荷的波動(dòng)，電力系統中運行的發(fā)電機組臺數經(jīng)常要變動(dòng)。因此，同步發(fā)電機的并列操作是電廠(chǎng)的一項重要操作。另外，在系統發(fā)生某些事故時(shí)，也經(jīng)常要求將備用發(fā)電機組迅速投入電網(wǎng)運行?？梢?jiàn)，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(fā)電機的單機容量也越來(lái)越大，大型發(fā)電機組不恰當的并列操作將導致嚴重后果。因此，對同步發(fā)電機的并列操作進(jìn)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(shí)意義。

 

一、發(fā)電機并列運行的條件

1、電壓相等

      待并發(fā)電機的電壓有效值Uf與電網(wǎng)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(fā)電機的電壓有效值Uf，與電網(wǎng)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(wú)功沖擊電流是允許的。否則ΔU越大，沖擊電流越大，這個(gè)過(guò)程相當于發(fā)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(fā)電機的周波ff應與電網(wǎng)的周波f相等，但允許相差±0.05～0.1周/秒以?xún)取?br />

      若兩者周波不等，則會(huì )產(chǎn)生有功沖擊電流，其結果使發(fā)電機轉速增加或減小，導致發(fā)電機軸產(chǎn)生振動(dòng)。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(guò)大，相互之間不易拉住，容易失步。因此，在待并發(fā)電機并列時(shí)，必須調整周波至允許范圍內。通常是將待并發(fā)電機的周波略調高于電網(wǎng)的周波，這樣發(fā)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(fā)電機電壓的相位與電網(wǎng)電壓的相位相同，即相角相同。

      在發(fā)電機并列時(shí)，如果兩個(gè)電壓的相位不一致，由此而產(chǎn)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(wú)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(fā)電機拉入同步，而且可能使其它并列運行的發(fā)電機失去同步。

      在采用準同期并列時(shí)，發(fā)電機的沖擊電流很小。所以，一般應將相角差控制在10º以?xún)?，此時(shí)的沖擊電流約為發(fā)電機額定電流的0.5倍。

4、相序相等

      待并發(fā)電機電壓的相序必須與電網(wǎng)電壓的相序一致。

5、波形相等

      待并發(fā)電機電壓的波形應與電網(wǎng)電壓的波形一致，如圖1所示。

      以上條件中第4項關(guān)于相序的問(wèn)題，要求在安裝發(fā)電機的時(shí)候，根據發(fā)電機規定的轉向，確定好發(fā)電機的相序而得到滿(mǎn)足。所以在以后的并列過(guò)程中，相序問(wèn)題就不必考慮了。第5項關(guān)于電壓波形的問(wèn)題，應在發(fā)電機生產(chǎn)制造過(guò)程中得以保證。

      綜上所述，在發(fā)電機并列時(shí)，主要滿(mǎn)足1～3項的條件，否則將會(huì )造成嚴重事故。在并列合閘過(guò)程中，發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓、周波、相位角接近但并不相等時(shí)，由此而產(chǎn)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(fā)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(fā)電機三相電壓波形圖

圖2   發(fā)電機并聯(lián)運行電路示意圖

 

二、發(fā)電機工作原理及并聯(lián)操作

 

1、發(fā)電機的工作原理

① 發(fā)電機采用旋轉磁場(chǎng)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(fā)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(gè)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(guò)調節進(jìn)入勵磁機磁場(chǎng)的電流來(lái)控制交流無(wú)刷發(fā)電機的輸出電壓。所以無(wú)刷發(fā)電機的電壓調節就是調節發(fā)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(dòng)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(fā)電機的實(shí)際電壓，調節勵磁機的勵磁電流，控制流過(guò)同步發(fā)電機勵磁繞組的電流，實(shí)現穩定同步發(fā)電機輸出電壓和自動(dòng)分配無(wú)功功率的目的。

④ 自動(dòng)電壓調節器（AVR）采用分流校正同步發(fā)電機的電壓，使系統具有滿(mǎn)意的靜態(tài)性能。

      由于2臺發(fā)電機單獨運行時(shí)都能正常起壓，在負載變化時(shí)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(fā)電機本身的問(wèn)題，問(wèn)題應該出在了并車(chē)環(huán)節。

2、發(fā)電機并聯(lián)運行操作方法

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

      現在柴發(fā)電站上通常采用的手動(dòng)并車(chē)，半自動(dòng)并車(chē)及自動(dòng)并車(chē)均屬于準同步并車(chē)法。準同步法是將待并發(fā)電機組及運行發(fā)電機的電壓、頻率和相位都調整到十分接近，再合上待并發(fā)電機組的主開(kāi)關(guān)。此法在并車(chē)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流、沖擊轉矩和母線(xiàn)電壓的下降都很小，對系統的影響較小。

3、并車(chē)條件檢測

      手動(dòng)準同步并車(chē)通常采用燈光法和整步表法來(lái)檢測并車(chē)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(lái)檢測待并發(fā)電機與電網(wǎng)電壓、頻率及相位差大小和方向的儀表。手動(dòng)并車(chē)時(shí)我們借助同步燈或同步表旋轉方向來(lái)判斷待并機的頻率是高于還是低于電網(wǎng)頻率，從而決定待并機是加速或減速，通過(guò)調節頻差到滿(mǎn)足并車(chē)要求時(shí)，抓取相位差為零的時(shí)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(shí)進(jìn)行并車(chē)合閘操作，這種不管合閘時(shí)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(kāi)關(guān)接到合閘指令到其主觸點(diǎn)閉合需要的時(shí)間和不同操作人員操作需要的時(shí)間（操作人員反應時(shí)間、手按按鈕到按鈕觸點(diǎn)閉合時(shí)間）是不同的。如果相位差較大，容易在并車(chē)瞬間產(chǎn)生相當大的沖擊電流和沖擊轉矩，會(huì )對發(fā)電機造成損傷，甚至會(huì )引起主開(kāi)關(guān)跳閘，造成全廠(chǎng)失電，影響柴發(fā)電站安全。所以柴油發(fā)電機上一般都安裝有自動(dòng)準同步并車(chē)裝置。

 

圖3  發(fā)電機并列——燈光明暗法

圖4  發(fā)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(fā)電機組在并機使用的情況下，按照客戶(hù)的不同需求，可分三種工作模式：

1、按需啟動(dòng)并機

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

      當帶載的發(fā)電機組出現故障停機時(shí)，其它次優(yōu)先級發(fā)電機組自動(dòng)運行，并帶載。

2、全開(kāi)啟動(dòng)并機

      在自動(dòng)模式下，接收到帶載信號有效時(shí)，所有模塊全部發(fā)出開(kāi)機信號，首先達到帶載條件的發(fā)電機組先行合閘，其它發(fā)電機組達到帶載條件時(shí)，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(shí)，優(yōu)先級低的發(fā)電機組進(jìn)入延時(shí)冷卻后，分閘散熱后停機。當負載再次增大時(shí)，并超過(guò)設定的百分比時(shí)，剩余未開(kāi)機的發(fā)電機組全部啟動(dòng)開(kāi)機，并進(jìn)入上述檢測停機過(guò)程。當帶載的發(fā)電機組報警停機時(shí)，剩余未開(kāi)機的發(fā)電機組全部自開(kāi)機，并進(jìn)入上述檢測停機過(guò)程。

3、均衡發(fā)電機組運行模式

      在自模式下，當發(fā)電機組接收到啟動(dòng)信號后，所有發(fā)電機組中運行時(shí)間最少的發(fā)電機組首先自動(dòng)啟動(dòng) 。當帶載運行的 發(fā)電機組運行時(shí)間大于其它發(fā)電機組組設定的均衡運行時(shí)間時(shí)，發(fā)出信號讓其它發(fā)電機組開(kāi)機，并同步并機后，自行分閘卸載停機。所有發(fā)電機組按設定的均衡運行時(shí)間表多少輪流循環(huán)自動(dòng)開(kāi)停機。

 

圖5  發(fā)電機并機柜一次系統圖

圖6  發(fā)電機并機柜剖面圖

 

總結：

      發(fā)電機的并列操作非常重要，在一定程度上關(guān)系到整個(gè)發(fā)電廠(chǎng)與電網(wǎng)的安危。因此，要求操作人員必須具有豐富的現場(chǎng)經(jīng)驗和實(shí)際工作的鍛煉；要求在操作時(shí)注意力必須高度集中，密切監視有關(guān)發(fā)電機組及聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的表計變動(dòng)情況；抓住機會(huì )穩、準地進(jìn)行發(fā)電機的并列操作，確保待并發(fā)電機安全可靠地并入電網(wǎng)運行。

 

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