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(yùn)行條件與操作

 

摘要：發(fā)電機(jī)組投入并列運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程叫做并列。將一臺(tái)發(fā)電機(jī)組先運(yùn)行起來(lái)，把電壓送至母線上，而另一臺(tái)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)后，與前一臺(tái)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(dòng)，電力系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)經(jīng)常要變動(dòng)。因此，同步發(fā)電機(jī)的并列操作是電廠的一項(xiàng)重要操作。另外，在系統(tǒng)發(fā)生某些事故時(shí)，也經(jīng)常要求將備用發(fā)電機(jī)組迅速投入電網(wǎng)運(yùn)行。可見(jiàn)，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(lái)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(duì)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(duì)于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

 

一、發(fā)電機(jī)并列運(yùn)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(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(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?xún)?nèi)。

      若兩者周波不等，則會(huì)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(dòng)。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(duì)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(jī)并列時(shí)，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(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(dá)到額定電流的20～30倍，所以是非常危險(xiǎn)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(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(yùn)行的發(fā)電機(jī)失去同步。

      在采用準(zhǔn)同期并列時(shí)，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?xún)?nèi)，此時(shí)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(xiàng)關(guān)于相序的問(wèn)題，要求在安裝發(fā)電機(jī)的時(shí)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(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(xiàng)關(guān)于電壓波形的問(wèn)題，應(yīng)在發(fā)電機(jī)生產(chǎn)制造過(guò)程中得以保證。

      綜上所述，在發(fā)電機(jī)并列時(shí)，主要滿(mǎn)足1～3項(xiàng)的條件，否則將會(huì)造成嚴(yán)重事故。在并列合閘過(guò)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(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?qū)l(fā)電機(jī)拉入同步。其并機(jī)裝置運(yùn)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(yùn)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(chǎng)式，其勵(lì)磁繞組裝在轉(zhuǎn)子上，而交流勵(lì)磁機(jī)采用旋轉(zhuǎn)電樞式，其勵(lì)磁繞組裝在定子上，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和勵(lì)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(gè)旋轉(zhuǎn)整流器，這樣轉(zhuǎn)子部分自成閉合電路。

② 勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流則通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)的電流來(lái)控制交流無(wú)刷發(fā)電機(jī)的輸出電壓。所以無(wú)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(lì)磁機(jī)定子繞組供應(yīng)的電流，主要由相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁裝置和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）兩部分組成。

③ 可控相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁裝置根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的實(shí)際電壓，調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，控制流過(guò)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的電流，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定同步發(fā)電機(jī)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(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(mǎn)意的靜態(tài)性能。

      由于2臺(tái)發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)都能正常起壓，在負(fù)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(wěn)定。即排除了發(fā)電機(jī)本身的問(wèn)題，問(wèn)題應(yīng)該出在了并車(chē)環(huán)節(jié)。

2、發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行操作方法

      目前發(fā)電機(jī)采用的并聯(lián)運(yùn)行操作方法主要可分為三類(lèi)：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(dòng)并車(chē)，半自動(dòng)并車(chē)及自動(dòng)并車(chē)均屬于準(zhǔn)同步并車(chē)法。準(zhǔn)同步法是將待并發(fā)電機(jī)組及運(yùn)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(kāi)關(guān)。此法在并車(chē)時(shí)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(duì)系統(tǒng)的影響較小。

3、并車(chē)條件檢測(cè)

      手動(dòng)準(zhǔn)同步并車(chē)通常采用燈光法和整步表法來(lái)檢測(cè)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(zhuǎn)法（如圖4所示）。同步表是一種用來(lái)檢測(cè)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(dòng)并車(chē)時(shí)我們借助同步燈或同步表旋轉(zhuǎn)方向來(lái)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(guò)調(diào)節(jié)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(zhuǎn)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(dāng)?shù)模驗(yàn)閺闹鏖_(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(yīng)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(dāng)大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成損傷，甚至?xí)鹬鏖_(kāi)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(dòng)準(zhǔn)同步并車(chē)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(hù)的不同需求，可分三種工作模式：

1、按需啟動(dòng)并機(jī)

      在自動(dòng)模式下，當(dāng)發(fā)電機(jī)組接收到啟動(dòng)信號(hào)后，優(yōu)先級(jí)最高的（可設(shè)定）發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)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(tái)額定功率的75%（可調(diào)）時(shí)，次優(yōu)先級(jí)控制器得到啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，同步并機(jī)，負(fù)載均分，負(fù)載增大時(shí)如上加列發(fā)電機(jī)組。當(dāng)負(fù)載減小至單臺(tái)發(fā)電機(jī)組額定功率的75%（可調(diào)）以下時(shí)，次優(yōu)先級(jí)控制器內(nèi)部發(fā)出解列信號(hào)，發(fā)電機(jī)組按設(shè)定時(shí)間延時(shí)冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)，延時(shí)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(shí)，其它次優(yōu)先級(jí)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行，并帶載。

2、全開(kāi)啟動(dòng)并機(jī)

      在自動(dòng)模式下，接收到帶載信號(hào)有效時(shí)，所有模塊全部發(fā)出開(kāi)機(jī)信號(hào)，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(shí)，一一同步并機(jī)。然后控制器模塊檢測(cè)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(shí)，優(yōu)先級(jí)低的發(fā)電機(jī)組進(jìn)入延時(shí)冷卻后，分閘散熱后停機(jī)。當(dāng)負(fù)載再次增大時(shí)，并超過(guò)設(shè)定的百分比時(shí)，剩余未開(kāi)機(jī)的發(fā)電機(jī)組全部啟動(dòng)開(kāi)機(jī)，并進(jìn)入上述檢測(cè)停機(jī)過(guò)程。當(dāng)帶載的發(fā)電機(jī)組報(bào)警停機(jī)時(shí)，剩余未開(kāi)機(jī)的發(fā)電機(jī)組全部自開(kāi)機(jī)，并進(jìn)入上述檢測(cè)停機(jī)過(guò)程。

3、均衡發(fā)電機(jī)組運(yùn)行模式

      在自模式下，當(dāng)發(fā)電機(jī)組接收到啟動(dòng)信號(hào)后，所有發(fā)電機(jī)組中運(yùn)行時(shí)間最少的發(fā)電機(jī)組首先自動(dòng)啟動(dòng) 。當(dāng)帶載運(yùn)行的 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間大于其它發(fā)電機(jī)組組設(shè)定的均衡運(yùn)行時(shí)間時(shí)，發(fā)出信號(hào)讓其它發(fā)電機(jī)組開(kāi)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(yùn)行時(shí)間表多少輪流循環(huán)自動(dòng)開(kāi)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(gè)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(chǎng)經(jīng)驗(yàn)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(jiān)視有關(guān)發(fā)電機(jī)組及聯(lián)絡(luò)線的表計(jì)變動(dòng)情況；抓住機(jī)會(huì)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(yùn)行。

 

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