操作使用與維護(hù)保養(yǎng)

柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)柜的并列運行條件與操作

 

摘要：發(fā)電機(jī)組投入并列運行的整個過程叫做并列。將一臺發(fā)電機(jī)組先運行起來，把電壓送至母線上，而另一臺發(fā)電機(jī)組啟動后，與前一臺發(fā)電機(jī)組并列，應(yīng)在合閘瞬間，發(fā)電機(jī)組不應(yīng)出現(xiàn)有害的沖擊電流，轉(zhuǎn)軸不受到突然的沖擊。合閘后，轉(zhuǎn)子應(yīng)能很快的被拉入同步。隨著負(fù)荷的波動，電力系統(tǒng)中運行的發(fā)電機(jī)組臺數(shù)經(jīng)常要變動。因此，同步發(fā)電機(jī)的并列操作是電廠的一項重要操作。另外，在系統(tǒng)發(fā)生某些事故時，也經(jīng)常要求將備用發(fā)電機(jī)組迅速投入電網(wǎng)運行。可見，并列操作在電力系統(tǒng)中是很頻繁的。電力系統(tǒng)的容量在不斷增大，同步發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也越來越大，大型發(fā)電機(jī)組不恰當(dāng)?shù)牟⒘胁僮鲗?dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，對同步發(fā)電機(jī)的并列操作進(jìn)行研究，提高并列操作的準(zhǔn)確度和可靠性，對于系統(tǒng)的可靠運行具有很大的現(xiàn)實意義。

 

一、發(fā)電機(jī)并列運行的條件

1、電壓相等

      待并發(fā)電機(jī)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(jī)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(nèi)，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(dāng)于發(fā)電機(jī)的突然短路。因此，必須調(diào)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(jī)的周波ff應(yīng)與電網(wǎng)的周波f相等，但允許相差±0.05～0.1周/秒以內(nèi)。

      若兩者周波不等，則會產(chǎn)生有功沖擊電流，其結(jié)果使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加或減小，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸產(chǎn)生振動。如果周波相差超出允許值而且較大，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)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(fā)電機(jī)并列時，必須調(diào)整周波至允許范圍內(nèi)。通常是將待并發(fā)電機(jī)的周波略調(diào)高于電網(wǎng)的周波，這樣發(fā)電機(jī)容易拉入同步，并列后可立即帶上部分負(fù)荷。

3、相位相等

      待并發(fā)電機(jī)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(jī)并列時，如果兩個電壓的相位不一致，由此而產(chǎn)生的沖擊電流可能達(dá)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(jī)的負(fù)擔(dān)，還有可能使汽輪機(jī)受到很大的機(jī)械應(yīng)力，這樣非但不能把待并發(fā)電機(jī)拉入同步，而且可能使其它并列運行的發(fā)電機(jī)失去同步。

      在采用準(zhǔn)同期并列時，發(fā)電機(jī)的沖擊電流很小。所以，一般應(yīng)將相角差控制在10º以內(nèi)，此時的沖擊電流約為發(fā)電機(jī)額定電流的0.5倍。

4、相序相等

      待并發(fā)電機(jī)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(jī)電壓的波形應(yīng)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)于相序的問題，要求在安裝發(fā)電機(jī)的時候，根據(jù)發(fā)電機(jī)規(guī)定的轉(zhuǎn)向，確定好發(fā)電機(jī)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(guān)于電壓波形的問題，應(yīng)在發(fā)電機(jī)生產(chǎn)制造過程中得以保證。

      綜上所述，在發(fā)電機(jī)并列時，主要滿足1～3項的條件，否則將會造成嚴(yán)重事故。在并列合閘過程中，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的電壓、周波、相位角接近但并不相等時，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?qū)l(fā)電機(jī)拉入同步。其并機(jī)裝置運行電路圖分別如圖2所示。

圖1  發(fā)電機(jī)三相電壓波形圖

圖2   發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行電路示意圖

 

二、發(fā)電機(jī)工作原理及并聯(lián)操作

 

1、發(fā)電機(jī)的工作原理

① 發(fā)電機(jī)采用旋轉(zhuǎn)磁場式，其勵磁繞組裝在轉(zhuǎn)子上，而交流勵磁機(jī)采用旋轉(zhuǎn)電樞式，其勵磁繞組裝在定子上，發(fā)電機(jī)的勵磁繞組和勵磁機(jī)的電樞繞組固定在同一轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上還有一個旋轉(zhuǎn)整流器，這樣轉(zhuǎn)子部分自成閉合電路。

② 勵磁機(jī)的勵磁電流則通過調(diào)節(jié)進(jìn)入勵磁機(jī)磁場的電流來控制交流無刷發(fā)電機(jī)的輸出電壓。所以無刷發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)就是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組向勵磁機(jī)定子繞組供應(yīng)的電流，主要由相復(fù)勵勵磁裝置和自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）兩部分組成。

③ 可控相復(fù)勵勵磁裝置根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的實際電壓，調(diào)節(jié)勵磁機(jī)的勵磁電流，控制流過同步發(fā)電機(jī)勵磁繞組的電流，實現(xiàn)穩(wěn)定同步發(fā)電機(jī)輸出電壓和自動分配無功功率的目的。

④ 自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）采用分流校正同步發(fā)電機(jī)的電壓，使系統(tǒng)具有滿意的靜態(tài)性能。

      由于2臺發(fā)電機(jī)單獨運行時都能正常起壓，在負(fù)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(wěn)定。即排除了發(fā)電機(jī)本身的問題，問題應(yīng)該出在了并車環(huán)節(jié)。

2、發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行操作方法

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

      現(xiàn)在柴發(fā)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(zhǔn)同步并車法。準(zhǔn)同步法是將待并發(fā)電機(jī)組及運行發(fā)電機(jī)的電壓、頻率和相位都調(diào)整到十分接近，再合上待并發(fā)電機(jī)組的主開關(guān)。此法在并車時產(chǎn)生的沖擊電流、沖擊轉(zhuǎn)矩和母線電壓的下降都很小，對系統(tǒng)的影響較小。

3、并車條件檢測

      手動準(zhǔn)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(zhuǎn)法（如圖4所示）。同步表是一種用來檢測待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)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(zhuǎn)方向來判斷待并機(jī)的頻率是高于還是低于電網(wǎng)頻率，從而決定待并機(jī)是加速或減速，通過調(diào)節(jié)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(zhuǎn)至55分時進(jìn)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(dāng)?shù)?，因為從主開關(guān)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(yīng)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(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，會對發(fā)電機(jī)造成損傷，甚至?xí)鹬鏖_關(guān)跳閘，造成全廠失電，影響柴發(fā)電站安全。所以柴油發(fā)電機(jī)上一般都安裝有自動準(zhǔn)同步并車裝置。

 

圖3  發(fā)電機(jī)并列——燈光明暗法

圖4  發(fā)電機(jī)并列——燈光旋轉(zhuǎn)法

 

三、并機(jī)工作模式

 

      并機(jī)裝置系統(tǒng)圖和剖面圖如圖5、圖6所示。柴油發(fā)電機(jī)組在并機(jī)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(jī)

      在自動模式下，當(dāng)發(fā)電機(jī)組接收到啟動信號后，優(yōu)先級最高的（可設(shè)定）發(fā)電機(jī)組自動啟動，同時發(fā)電機(jī)組的控制器內(nèi)部程序判斷負(fù)載與設(shè)定的值進(jìn)行比較，如大于單臺額定功率的75%（可調(diào)）時，次優(yōu)先級控制器得到啟動信號，啟動發(fā)電機(jī)組，同步并機(jī)，負(fù)載均分，負(fù)載增大時如上加列發(fā)電機(jī)組。當(dāng)負(fù)載減小至單臺發(fā)電機(jī)組額定功率的75%（可調(diào)）以下時，次優(yōu)先級控制器內(nèi)部發(fā)出解列信號，發(fā)電機(jī)組按設(shè)定時間延時冷卻運轉(zhuǎn)，延時結(jié)束分閘停機(jī)。

      當(dāng)帶載的發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障停機(jī)時，其它次優(yōu)先級發(fā)電機(jī)組自動運行，并帶載。

2、全開啟動并機(jī)

      在自動模式下，接收到帶載信號有效時，所有模塊全部發(fā)出開機(jī)信號，首先達(dá)到帶載條件的發(fā)電機(jī)組先行合閘，其它發(fā)電機(jī)組達(dá)到帶載條件時，一一同步并機(jī)。然后控制器模塊檢測負(fù)載，當(dāng)負(fù)載小于內(nèi)部設(shè)定的停機(jī)最小百分比時，優(yōu)先級低的發(fā)電機(jī)組進(jìn)入延時冷卻后，分閘散熱后停機(jī)。當(dāng)負(fù)載再次增大時，并超過設(shè)定的百分比時，剩余未開機(jī)的發(fā)電機(jī)組全部啟動開機(jī)，并進(jìn)入上述檢測停機(jī)過程。當(dāng)帶載的發(fā)電機(jī)組報警停機(jī)時，剩余未開機(jī)的發(fā)電機(jī)組全部自開機(jī)，并進(jìn)入上述檢測停機(jī)過程。

3、均衡發(fā)電機(jī)組運行模式

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

 

圖5  發(fā)電機(jī)并機(jī)柜一次系統(tǒng)圖

圖6  發(fā)電機(jī)并機(jī)柜剖面圖

 

總結(jié)：

      發(fā)電機(jī)的并列操作非常重要，在一定程度上關(guān)系到整個發(fā)電廠與電網(wǎng)的安危。因此，要求操作人員必須具有豐富的現(xiàn)場經(jīng)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(jiān)視有關(guān)發(fā)電機(jī)組及聯(lián)絡(luò)線的表計變動情況；抓住機(jī)會穩(wěn)、準(zhǔn)地進(jìn)行發(fā)電機(jī)的并列操作，確保待并發(fā)電機(jī)安全可靠地并入電網(wǎng)運行。

 

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