第5讲船舶同步发电机并联运行课件.ppt

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1、第5讲 船舶同步发电机并联运行 为了满足船舶供电的可靠性和经济性，一般的船舶电站均装设有两台以上的同步发电机组作为主电源。两台以上的发电机同时向电网供电，叫做发电机组的并联运行，把发电机组投入并联运行的过程称为并车。为什么发电机要采用并联运行？为什么发电机要采用并联运行？11、为满足船舶高负荷运行工况用电量的需求。、为满足船舶高负荷运行工况用电量的需求。因工况不同全船的用电量也不一样，在停泊和装卸因工况不同全船的用电量也不一样，在停泊和装卸货两工况下，用电量相差货两工况下，用电量相差33倍以上。为使发电机的经倍以上。为使发电机的经济运行，船舶电站常用多台发电机并联满足负荷大济运行，船舶电站常用

2、多台发电机并联满足负荷大幅度变化的供电。幅度变化的供电。22、为保证供电的连续性。、为保证供电的连续性。运行的机组的检修和维护需要由备用机组替换，也运行的机组的检修和维护需要由备用机组替换，也要通过并联操作来完成。要通过并联操作来完成。通常有三种情况下要并车操作 一是满足电网负荷的需求，当单机负荷达到一是满足电网负荷的需求，当单机负荷达到8080额定容量时，且负荷仍有可能增加，这时就要考虑额定容量时，且负荷仍有可能增加，这时就要考虑并联另一台发电机；并联另一台发电机；二是当进出港靠离码头、或进出狭水道等的机动航二是当进出港靠离码头、或进出狭水道等的机动航行状态时，为了船舶航行的安全，需要两台发

3、电机行状态时，为了船舶航行的安全，需要两台发电机并联运行；并联运行；三是当需要用备用机组替换下运行供电的机组时，三是当需要用备用机组替换下运行供电的机组时，为了保证不中断供电，需要通过并车进行替换。为了保证不中断供电，需要通过并车进行替换。船舶同步发电机组采用多机并联运行优点：1、提高了发电机组的工作效率。2、维护、检修发电机组方便。3、保证供电的高可靠性同步发电机组的并车方式分为二类：自同步并车方式和准确同步并车方式。自同步并车是一种简单的并车方式，它的操自同步并车是一种简单的并车方式，它的操作过程是：原动机将未经励磁的待并发电机的转作过程是：原动机将未经励磁的待并发电机的转速带到接近同步转

4、速时，将发电机主开关合闸，速带到接近同步转速时，将发电机主开关合闸，并立即给发电机加上励磁，依靠机组间自整步作并立即给发电机加上励磁，依靠机组间自整步作用而拉入同步，使待并发电机与电力系统并联运用而拉入同步，使待并发电机与电力系统并联运行。自同步并车操作主要优点是过程简单，发生行。自同步并车操作主要优点是过程简单，发生事故时合闸迅速，但由于待并发电机的定子是在事故时合闸迅速，但由于待并发电机的定子是在无电压下与电网并联，实际上式一个感性负载，无电压下与电网并联，实际上式一个感性负载，因此合闸时冲击电流、冲击转矩和母线电压的下因此合闸时冲击电流、冲击转矩和母线电压的下降都很大。由于船舶电力系统容

5、量小，采用自同降都很大。由于船舶电力系统容量小，采用自同步并车不能保证电能质量，因此船舶电力系统一步并车不能保证电能质量，因此船舶电力系统一般不用自同步并车方式，这种方式仅在陆地电力般不用自同步并车方式，这种方式仅在陆地电力系统使用。系统使用。准同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一准同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方式，要求待并机组和运行机组两者的电种并车方式，要求待并机组和运行机组两者的电压、频率和相位都调整到十分接近的时候，才允压、频率和相位都调整到十分接近的时候，才允许合上待并发电机主开关。采用这一方式进行并许合上待并发电机主开关。采用这一方式进行并车引起的冲击电流、冲击转矩和

6、母线电压的下降车引起的冲击电流、冲击转矩和母线电压的下降都很小，对船舶电力系统不会产生不利影响。但都很小，对船舶电力系统不会产生不利影响。但是，采用此方法并车时，对操作者的素质要求较是，采用此方法并车时，对操作者的素质要求较高，因为某种原因造成非同步并车时，则冲击电高，因为某种原因造成非同步并车时，则冲击电力大，最严重时其冲击电流与机端三相短路电流力大，最严重时其冲击电流与机端三相短路电流相同，所以并车操作应严格而细心，这也是准同相同，所以并车操作应严格而细心，这也是准同步并车方式的不足。步并车方式的不足。一、发电机的并联运行理想条件 1、理想的并车条件：待并发电机的电压与电网电压的有效值相同

7、；待并发电机的电压频率与电网电压的频率相同；待并发电机的电压相位(或初相位)与电网电压的相位一致;待并发电机的电压与电网(或运行机)电压的相序一致。2、说明 在上述的四个条件中，相序必须满足，其他条件可以允许稍有差别。一般如果不是新安装的发电机或检修后安装的发电机，则第一条都是满足的，无需检查。因此同步发电机在进行并车操作时，就是要监测和调整待并发电机的电压、频率和相位，在满足电压、频率和并车后待并发电机浮接在电网上，既不向电网提供功率，也不从电网吸收功率，其电压与电网(或运行机组)的电压完全重合，机组同步运行。二、发电机并联运行条件的分析 1、电压不等、频率和相位相同的情形 当S2合上时，在

8、两发电机间构成的回路中将产生一(称为平衡电流)的环流Ii；由于回路阻抗近似为纯感性，所以环流Ii滞后U约90；(若)环流Ii对待并机的电磁反应是“去磁”作用，使其端电压有所降低：对运行机是“增磁”作用，使其端电压有所增加；最终使两发电机的电压趋于相等。.仅当电压不等时并车G1G2并车瞬间所产生的冲击电流具有均压作用。要求：U10%UN 2、相位不等、电压和频率相同的情形 尽管电压的幅值相等，但因相位不等、其电压的向量差不为零，在两发电机间仍将产生环流Ii；电压差为：环流Ii与电压差U间的向量关系见图，环流可分解成有功分量和无功分量；环流有功分量的作用使相位超前的机组输出有功、自身受到制动，同时

9、使相位滞后的机组吸收有功、自身受到加速，最终使两机组的相位差趋于一致。仅当相位不一致时并车瞬间所产生的冲击电流具有自整步作用。要求：15 3、频率不等、电压和相位相同的情形 在这种情形下，由于发电机的转速不同、即频率不同，过t后将出现、出现环流，环流的影响同上分析。动态过程有所不同，它是一震荡调整的过程。实际并车操作遇到的条件：是上述三种情况的综合，即电压幅值、频率和相位均存在偏差，必须限制偏差才能保证投入并联的成功，否则会破坏电网的正常运行，并对电网设备和投入发电机组(包括发电机的原动机)造成机械损坏。仅当频率不一致时并车瞬间所产生的冲击电流同样具有自整步作用。要求：f0.5Hz 三、实用的

10、并车条件 理论上或简单地说，并车三条件，是电压幅值相等、频率相等、相位差为零。实际上在待并发电机与电网之间总存在误差。因此，实用的并车条件是：电压幅值偏差在10 以内；（通常船舶发电机的调压器是能满足这一要求（通常船舶发电机的调压器是能满足这一要求的，因为一般船舶发电机的调压器静态电压调整率的，因为一般船舶发电机的调压器静态电压调整率为为2.5%2.5%）频率偏差在士l 以内；相位差在土15 电角度以内。四、并车方法 1、准(确)同步法 直接按上述三条件实现并车的方法叫做准(确)同步法。它又可以分为手动准同步法和自动准同步法两种。2、粗同步法 通过增加并车电抗器及相应附属电器。使并车条件适当放

11、宽，操作较为简捷的一种并车方法，叫电抗同步法或粗同步法，这是目前我国船舶广泛采用的一种并车方法。3、自同期法 这种方法是原动机将未经励磁的发电机的转速带到接近同步转速，即将发电机主开关合闸，并立即给发电机加上励磁，依靠机组间自整步作用而拉入同步，使发电机与电力系统并联运行。船上采用的并车方法主要有：手动准同步并车；粗同步电抗器并车；半自动准同步并车；自动准同步并车。目前实船上常用的检测频差、相位差获得同步合闸时刻的方法一般采用同步表法和同步指示灯法。1、同步表法 实船上主要采用同步表来指示待并机与电网的电压相位差、频率差及频差方向。同步表又叫整步表或同步指示器，目前实船采用指针式和发光二极管式

12、同步表。指针式同步表 指针式同步表又叫电磁式同步表，是通过指指针式同步表又叫电磁式同步表，是通过指针的转动情况，检测待并机与电网间的相位差和针的转动情况，检测待并机与电网间的相位差和频率差。频率差。（11）频差观测）频差观测 同步表指针的旋转速度，反映了频差的大小，旋同步表指针的旋转速度，反映了频差的大小，旋转速度越快，频差越大；反之亦然。指针旋转方转速度越快，频差越大；反之亦然。指针旋转方向，则反映了频差的方向，指针向向，则反映了频差的方向，指针向“快快”的方向的方向旋转（顺时针旋转），表明待并发电机的频率大旋转（顺时针旋转），表明待并发电机的频率大于运行发电机的频率，若指针向于运行发电机的

13、频率，若指针向“慢慢”的方向旋的方向旋转（逆时针旋转），表明待并发电机的频率小于转（逆时针旋转），表明待并发电机的频率小于运行发电机的频率。指针旋转一圈的时间就是频运行发电机的频率。指针旋转一圈的时间就是频差的一个周期。差的一个周期。（2）相位差观测。指针偏离“同相点”的角度，即为相位差角。同步表属于短时工作制，工作时间不大于15min。同步表是一种用来检测待并发电机与电网（汇流排）电压的频率和相位差大小及其方向的仪表，又称整步表。指针旋转一圈所需要的时间为TS1/f。同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于15min，间隔时间为30min，所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切

14、除。合闸的时刻:同步表向“快”的方向35秒旋转一周，在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸。船舶电站3台发电机同步表接线图指示灯式同步表 指示灯式同步表是没有指针的同步指示器，指示灯式同步表是没有指针的同步指示器，系统采用发光二极管指示方式，同样用于指示待系统采用发光二极管指示方式，同样用于指示待并发电机与运行发电机的频率差和相位差。并发电机与运行发电机的频率差和相位差。F96-S F96-S型同步指示器型同步指示器 它的表盘圆圈均匀分布有它的表盘圆圈均匀分布有3636个指示灯，每灯个指示灯，每灯代表代表1010度电角度，上方度电角度，上方1212点钟处指示灯是点钟处指示灯是360360度，度

15、，其中其中“SYNCSYNC”绿色指示灯与绿色指示灯与1212点钟处指示灯同步。点钟处指示灯同步。并车时，合上运行发电机测量开关，此时表并车时，合上运行发电机测量开关，此时表面面3636个指示灯为随机状态，然后合上待并发电机个指示灯为随机状态，然后合上待并发电机测量开关，同步表的指示灯开始旋转，其旋转速测量开关，同步表的指示灯开始旋转，其旋转速度和为止即表示两台发电机的频率差、相位差和度和为止即表示两台发电机的频率差、相位差和方向，判断方法与上述指针式同步表判断两台发方向，判断方法与上述指针式同步表判断两台发电机的频率差、相位差及方向的方法完全一致。电机的频率差、相位差及方向的方法完全一致。当

16、运行发电机组与待并发电机组频差小于当运行发电机组与待并发电机组频差小于0.2Hz0.2Hz，且相位差在且相位差在350360350360度之间时，上方度之间时，上方“SYNCSYNC”绿绿色指示灯亮，此时待并发电机组即可并车投入运色指示灯亮，此时待并发电机组即可并车投入运行。行。同步指示灯法 用指示灯检测并车时是否符合理想准同步并车条件有两种接线方式，一种叫做灯光明暗法，一种叫做灯光旋转法。合闸时刻：当灯泡35秒明暗一次时,约在接近灯暗区间的中心时。2)灯光明暗法(灯光熄灭法)2)灯光明暗法(灯光熄灭法)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TS1/f称为频差周期,频差越大，

17、灯泡亮、暗变化越快，频差较小时，灯泡亮、暗变化变慢。灯光明暗法检测同步标志：当灯光亮、暗变化较慢，并且灯泡完全熄灭时，恰好是相位一致的时候，也就是并车操作中需要捕捉的合闸时刻。灯光明暗法只能辨别频差的大小，但无法辨别频差的方向，这是灯光明暗法的不足。合闸时刻:使灯光向“快”（顺时针）的方向旋转，当调节到35秒旋转一周后，当指示灯L1最暗而L2、L3同样亮时。1)灯光旋转法f2f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L1L2L3 L1f2f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L1L3L2 L1L1L2L3uL1uL2uL3uL 采用指示灯法进行并车操作，因为当电压降到灯泡额定电压的30%-50%,灯泡就已接近熄灭

18、，故灯泡在熄灭状态下要停留一段时间，操作者要仔细观察指示灯，掌握明暗变化规律，准确地捕捉住灯光熄灭过程中正中间稍前些的瞬间（考虑到主开关固有动作时间要有一个提前时间），果断合闸。采用指示灯检测并车条件尽管简便易行，几乎所有的船舶电站全都设置，但因观察灯泡亮暗变化及旋转易使人眼花缭乱，而不易准确掌握，所以船舶电站都采用整步表来检测并车条件，同步指示灯只是作为一种辅助并车的指示装置。粗同步并车法是利用电抗器进行并车的一种方法。它是指待并机基本满足电网所需的并联条件后，即可先行串联一个电抗器与电网并联，然后再合主开关的方法。因此，粗同步并车又叫电抗器并车，它放宽了对准同步并车的条件，提高了并车的成功

19、率，因而深受船舶电站管理人员的欢迎。粗同步并车法电抗器粗同步并车原理电抗器粗同步并车原理图 当待并发电机启动后，大致调节一下频率，观察一下电压差别不大，至于相位甚至可以不考虑，只要相位差不是180度就可以接通接触器，使发电机通过粗同步电抗器DK与电网并联。这时尽管电压差、频率差和相位差比起准同步的三个条件要相差较多，但因为DK阻抗很大，它限制了并车时由于三个条件不满足所产生的冲击电流，使冲击电流数值不会超过发电机额定电流的1.2-1.8倍，发电机不会进行保护动作。当发电机通过电抗器DK与电网并联后，由于机组间的自整步作用，很快就会被拉入同步。观察同步表，当指针固定在“同步”标记位置时，就可以合

20、上主开关，将电抗器短路，使发电机不再通过电抗器，而是直接与电网并联运行。因为机组此时已经与电网同步，所以合主开关时，不会产生冲击电流，然后再断开接触器将电抗器切除，粗同步并车就完成了。电抗器粗同步并车实际接线原理图并车的条件为：电压差U10Un,频差f（11.5）Hz,相位差180（一般应小于90）时合闸。电抗器是按短时工作制设计，只在并车时使用，并车完毕，一定要从电网上将其切除，否则电抗器就可能被烧毁。船舶仪表 舰船主配电板面板上装有电压表、频率表、同步指示器。电压问题 电压表的数值可指示待并发电机电压是否与电网电压一致。目前船用自激恒压发电机一般均能满足电压在允许偏差之内。如各台发电机电压

21、相差太大，则要根据具体情况或排除故障，或对自动电压调整器的参数进行适当调整，以使电压差满足要求。由于发电机都有自动恒压装置，只须初始检查电压是否正常而不需要手动调节。频率问题 频率是否一致，可以通过频率表进行检测，若相差太大，则可通过伺服马达调节发电机组中原动机的调速器，从而改变原动机的转速，即调整了频率。同步表则用来测量相位和频率差的大小，若频差太大，同样要调节原动机的转速，使频差减小到允许范围之内。相位问题手动并车时，主要应观察同步表。手动并车时，主要应观察同步表。若同步表的指针沿着若同步表的指针沿着“快快”的方向旋转，说明待的方向旋转，说明待并发电机的转速并发电机的转速(频率频率)快了，

22、则要通过伺服马达快了，则要通过伺服马达控制柴油机的调速器，使待并发电机的转速下降。控制柴油机的调速器，使待并发电机的转速下降。若同步表的指针沿着若同步表的指针沿着“慢慢”的方向旋转，说明待的方向旋转，说明待并发电机的转速并发电机的转速(频率频率)快慢了，则要通过伺服马快慢了，则要通过伺服马达控制柴油机的调速器，使待并发电机的转速上达控制柴油机的调速器，使待并发电机的转速上升，升，相位问题 当指针快到红线即相位差为零时立即合闸(考虑到主开关有一定的动作时间，故要适当提前一个角度)，待并发电机依靠自整步作用被拉入同步，观察同步表将稳定在“整步”位置不再转动，然后再进行负载转移。并车完毕后，应立即通

23、过转换开关把同步表从电路中切除，以免损坏。船舶电站仿真实验室手动并车操作的程序 1起动待并发电机组 先检查起动条件：冷却水、滑油、燃油、起动气源或电源，然后起动待并机的原动机，使其加速到大致接近额定转速。2起动后检查发电机的三相电压 用电压表测待并发电机和电网的电压，观察待并机的电压，看是否建立起额定电压(一般可不必进行调整，因有自动调压器的作用)，是否缺相。3进行频率预调、精调 接通同步表，检测电网和待并发电机的差频大小和方向，通过调速开关调整待并机组转速，使待并机与电网的频率接近。再将同步表选择开关转向待并机，先调整频差，精确调节待并机的原动机转速，使待并发电机的频率比电网频率稍高（约0.

24、3Hz），此时可看到同步表的指针沿顺时针“快”方向缓慢转动，约3s转动一圈。4捕捉同相点、进行合闸操作 根据同步表检测相位差，在将要到达“相位一致”时将主开关合闸，合闸指令应有提前量，提前时间为主开关的固有动作时间。当同步表指针转到上方11点位置时，立即按下待并机的合闸按钮，此时自动空气断路器立即自动合闸，待并发电机投入电网运行。5转移负载 此时待并机虽已并入电网，但从主配电板上的功率表可以看出，它尚未带负载，为此，还要同时向相反方向调整两机组的调速开关，使刚并入的发电机加速，原运行的发电机减速，在保持电网频率为额定值的条件下，使两台机组均衡负荷。6切除同步表 最后断开同步表，并车完毕。并车操

25、作注意事项11频差不能偏大也不可太小频差不能偏大也不可太小频差偏大，比如调节频差周期为频差偏大，比如调节频差周期为2s2s，虽然是允许，虽然是允许频差，但由于整步表指针旋转比较快，不易捕捉频差，但由于整步表指针旋转比较快，不易捕捉“同相点同相点”，易造成较大冲击而并车失败。如果，易造成较大冲击而并车失败。如果频差太小，指针转一周时间较长频差太小，指针转一周时间较长(例如例如10 s)10 s)，拖延，拖延并车时间。所以频差周期调节到并车时间。所以频差周期调节到3s3s5s5s，既迅速，既迅速又容易成功。还要注意：又容易成功。还要注意：当接通整步表时可能当接通整步表时可能会出现：表针只在某会出现

26、：表针只在某位置振动而不旋转，这表位置振动而不旋转，这表明频率差太大，应试调节待并机频率明频率差太大，应试调节待并机频率(加速或减速加速或减速)，以使频差减小、指针能够旋转；，以使频差减小、指针能够旋转；或者出现指或者出现指针呆滞、缓慢迂回、没有确定的转向，这是两频针呆滞、缓慢迂回、没有确定的转向，这是两频率接近相等，频差几乎为零，此时很难捕捉同相率接近相等，频差几乎为零，此时很难捕捉同相点，为缩短并车时间，应调节待并机加速，达到点，为缩短并车时间，应调节待并机加速，达到3 3 s5ss5s转一圈。转一圈。2尽量避免逆功率 虽然不论整步表指针是向“慢”或向“快”的方向转，只要达到允许频差都可以

27、合闸。但“慢”的方向易造成逆功率跳闸，所以最好是调节到向“快”的方向。这样，合闸后待并机就能立即分担一点负荷。3按合闸按钮应有适当的提前量 并车时应考虑有适当的提前量，以保证主开关触头闭合时恰好是同相位，尽量减小合闸冲击电流。发电机主开的关固有动作时间：对于电磁铁合闸机构，一般可按0.1s计，电动机合闸机构可按0.3s计；再加上手按按钮操作时间，也可按0.1s计。即电磁铁合闸的主开关应提前量为0.2s，电动机合闸的主开关应提前量为0.4s。对于顺时针旋转为快的同步表，若同步表指针按钟表分针计算，则同步表转一圈为3s时，电磁铁合闸的应在56min时刻，电动机合闸的应在52min时刻；当同步表指针

28、转一圈为5s时，电磁铁合闸的应约在57.5min时刻，电动机合闸的应约在55min时刻。实际合闸操作时，只要同步表指针转一圈的时间在35s间，合闸提前量可掌握在：电磁铁合闸操作机构可在57min时刻合闸；电动机合闸操作机构可在53.5min时刻合闸。4绝对禁止180反相合闸 不能在指针转到“同相点”反方向180处合闸，这时冲击电流最大。不仅造成合闸失败，而且还会引起供电的机组跳闸，造成全船断电。5不能在大于允许频差时合闸 如果频差太大(频差周期小于2s)并车，合闸后转速快的机组剩余动能很大，两机所产生的整步力矩可能不足以将其拉入同步，结果将由于失步产生很大冲击而导致跳闸断电。因为在允许频差下合

29、闸，合闸后是靠整步力矩将两机组拉入同步。6合闸时应避开突然扰动 在按下合闸按钮前，如果遇到电网电压幅度或频率突然发生波动应暂缓合闸操作，待稳定后再操作，不然可能会并车失败。7并车完毕及时断开同步表 因为同步表是按短时工作制设计的，只允许短时（15min）通电使用。总之，不论是由于操作不当或外部扰动，只要是在较大的频差或相位差下合闸都有可能造成并车失败。总结1、实际操作过程中注意规定要求频率表、同步表、电压表的观察。2、动作果断，不犹豫。3、严格按操作规程操作。不符合条件，严禁合闸。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自动并车不作为一个独立装置，而是PMS的一个单元或一部分。大部分

30、船舶电站都装有PMS船舶电站功率管理系统（PMS）（Power Management System）自动并车装置通常可分为两大部分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。自动并车装置应具有以下功能：1.检测待并发电机电压与电网电压之间的频差和频差符号，并根据频差的大小和符号，向待并发电机发出相应的自动整步的加速或减速信号；2.检测频差、相位差和电压差，当满足允许合闸条件时，适时地发出合闸指令。通常自动并车装置应由调压、调速和合闸三部分组成。具体讲，船舶自动并车装置大多由脉动电压形成环节、频差方向鉴别及调速脉冲控制电路、获取恒定超前相角或超前时间信号环节、允许合闸频差检测环节、允许电压差检测及合闸

31、“与”门环节等构成。因为船用自励恒压发电机的电压都能保证在并车的允许范围内，所以一般省去调压部分，只设大电压差闭锁环节。此外，还设有小频差扰动环节，以防”呆滞”现象（频差太小，指针转一周时间较长，拖延并车时间，频率相等，指针静止不动）。准同步自动并车装置分类 考考虑虑从从发发出出合合闸闸脉脉冲冲指指令令到到待待并并发发电电机机主主开开关关的的动动、静静触触头头闭闭合合为为止止需需要要经经过过一一段段时时间间，准准同同步步自自动动并并车车装装置置应应能能够够在在两两台台同同步步点点之之前前提提前前发发出出合合闸闸指指令令。这这段段时时间间等等于于合合闸闸线线圈圈的的启启动动时时间间（很很短短，一

32、一般般均均忽忽略略）和和主主开开关关的的固固有有动动作作时时间间之之和和，基基本本上由主开关的固有动作时间决定。上由主开关的固有动作时间决定。一一般般我我们们把把从从发发出出合合闸闸脉脉冲冲指指令令到到待待并并发发电电机机的的电电压压相相位位与与电电网网电电压压相相位位重重合合时时的的这这段段时时间间称称为为超超前前时时间间，从从发发出出合合闸闸脉脉冲冲指指令令时时对对应应的的待待并并发发电电机电压相位与电网电压相位的相位差称为超前相角。机电压相位与电网电压相位的相位差称为超前相角。自动准同步并车装置可分为两类 1 1 恒定越前时间的自动并车装置恒定越前时间的自动并车装置 这这一一类类装装置置

33、保保证证在在给给定定的的越越前前时时间间下下发发出出合合闸闸脉脉冲冲。原原则则上上，恒恒定定超超前前时时间间的的自自动动并并车车装装置置是是可可以以做做到到在在待待并并发发电电机机与与电电网网电电压压相相位位完完全全重重合合的的条条件件下下合合闸闸，只只要要保保证证恒恒定定超超前前时时间间等等于于主主开开关关的的固固有有动动作作时时间间便便可可，但但实实际际上上由由于于主主开开关关的的固固有有动动作作时间的不固定而略有偏差。时间的不固定而略有偏差。2 2 恒定越前相角的自动并车装置恒定越前相角的自动并车装置 这这类类装装置置在在给给定定的的超超前前相相角角下下发发出出合合闸闸脉脉冲冲。这这时时

34、超超前前时时间间并并不不是是一一个个确确定定的的数数值值，而而决决定定于于并并车车时时的的角角频频差差。这这种种装装置置在在原原理理上上就就不不能能保保证证完完全全准准确地确地实现准同步并车的条件。实现准同步并车的条件。在在发发电电机机主主开开关关合合闸闸时时间间不不大大的的情情况况下下，较较为为简简单单的的恒恒定定超超前前相相角角的的并并车车装装置置，得得到到很很成成功功的的运运用用。但但是是，当当合合闸闸时时间间很很长长时时，不不再再允允许许采采用用恒恒定定超超前前相相角角的的并并车车装装置置，因因为为在在这这种种情情况况下下误误差差加加大大，引起不被允许的并车冲击电流。引起不被允许的并车

35、冲击电流。脉动电压及其与自动并车条件的关系 自动并车装置如何检测并车三个条件，显然必自动并车装置如何检测并车三个条件，显然必须找到一种能反映并车三个条件的信号，这个信号须找到一种能反映并车三个条件的信号，这个信号在自动并车装置中就是脉动电压信号。在自动并车装置中就是脉动电压信号。1 1 脉动电压的形成脉动电压的形成 所所谓谓脉脉动动电电压压指指待待并并发发电电机机电电压压频频率率与与电电网网电电压压频频率率不不一一致致但但相相差差不不大大，并并发发电电机机电电压压与与电电网网电电压压幅幅值相等，这样的两个交流电压之差。值相等，这样的两个交流电压之差。设待并发电机和电网电压分别是设待并发电机和电

36、网电压分别是 u u11=U=Umm sinw sinw11tt u u22=U=Umm sinw sinw22tt 则脉动电压的瞬时值为则脉动电压的瞬时值为 Us Usuu11-u-u22=U=Umm(sinw(sinw11t-sinwt-sinw22t)t)=2U=2Umm sin(w sin(w11-w-w22)t/2 cos(w)t/2 cos(w11+w+w22)t/2)t/2 它是脉动电压的数学表达式。脉动电压的瞬时它是脉动电压的数学表达式。脉动电压的瞬时值波形为实线部分，虚线表示脉动电压振幅变化的值波形为实线部分，虚线表示脉动电压振幅变化的曲线。曲线。在自动并车装置中，最有实际意

37、义的就是这个在自动并车装置中，最有实际意义的就是这个脉动电压振幅变化的规律，它是通过对脉动电压脉动电压振幅变化的规律，它是通过对脉动电压UsUs整流（取正半波）、滤波整流（取正半波）、滤波(滤掉（滤掉（ww11+w+w22）/2/2的谐波的谐波部分部分)后获得电压波形。后获得电压波形。今后所说的脉动电压都是指脉动电压振幅变化今后所说的脉动电压都是指脉动电压振幅变化曲线的正半波部分，习惯上将脉动电压称为频差电曲线的正半波部分，习惯上将脉动电压称为频差电压。压。脉动电压振幅变化曲线的正半波部数学表达式为脉动电压振幅变化曲线的正半波部数学表达式为 Us Us2U2Umm sin(w sin(w11-

38、w-w22)t/2=2U)t/2=2Um m sinwsinwsst/2=2Ut/2=2Umm sinsin/2/2=ws t+ws t+00(为相位角，为相位角，00为初相位角）为初相位角）2脉动电压的性质 若脉动电压的周期为若脉动电压的周期为TTSS 则：则：TTSS w wss=2=2 TTSS=2=2/wwss=2=2/2 2(f(f11-ff22)=1/)=1/ff 可见，脉动周期与频差成反比，频差越小，则脉可见，脉动周期与频差成反比，频差越小，则脉动周期越长。动周期越长。1)频差脉动电压与相位检测原理频差大频差小 频差更小滤波后为正选脉动电压：波形反映出：频差大小，相位关系，电压为

39、零的点即为同相点脉动电压与并车三个条件的关系：11）脉动电压过零，说明待并发电机电压与电网电）脉动电压过零，说明待并发电机电压与电网电压同相且幅值相等。因此，脉动电压过零时，主开压同相且幅值相等。因此，脉动电压过零时，主开关应闭合。关应闭合。22）脉动周期）脉动周期TTSS要足够长，说明频差在允许范围内。要足够长，说明频差在允许范围内。例如：允许频差例如：允许频差f=0.5%f=0.5%，f=0.25Hzf=0.25Hz（额定频率（额定频率f=50Hzf=50Hz），则），则TTSS=1/=1/f=1/0.25=4f=1/0.25=4（ss）说明只要脉动周期说明只要脉动周期TTSS44（ss）

40、，频差即满足要求。），频差即满足要求。（准同步并车三个条件可由以上两个条件代替）（准同步并车三个条件可由以上两个条件代替）由波形图可见，当0为0时，输出电压为0，但这种波形的脉动电压存在如下问题：(1)电压U1U2时，US 0时，采用US=0来判断0=0就会出现错误，船舶电网电压波动较大（相对容量小），这是客观存在现象。(2)无法从中获得频差方向，从而无法判断待并机频率高于还是低于电网频率。(3)脉动电压与相位差的关系是正弦关系，而不是线性关系。自动准同步并车装置典型环节技术方案及原理分析自动准同步并车装置典型环节技术方案及原理分析 1 1 差频三角波电压的形成差频三角波电压的形成 自自动动并

41、并车车装装置置主主要要是是通通过过对对脉脉动动电电压压进进行行各各种种检检测测和和调调整整，以以实实现现对对并并车车三三个个条条件件的的要要求求，因因此此如如何何获获得得理理想想的的脉脉动动电电压压是是搞搞好好自自动动并并车车装装置置的的重重要环节。要环节。正正弦弦形形脉脉动动电电压压的的形形成成，只只有有当当发发电电机机电电压压和和电电网网电电压压数数值值相相等等，频频率率相相近近时时，正正弦弦形形脉脉动动电电压压才才有有过过零零点点。否否则则，当当两两个个电电压压数数值值不不等等时时，脉脉动动电电压压将将不不过过零零，原原来来过过零零的的电电压压被被抬抬高高了了一一个个电电平平，这将影响自

42、动并车装置的可靠工作。这将影响自动并车装置的可靠工作。实际上大都采用脉动三角波电压提供给检测环实际上大都采用脉动三角波电压提供给检测环节脉动三角波电压与正弦形脉动电压同频，脉压节脉动三角波电压与正弦形脉动电压同频，脉压UUSS与相位角成线性关系，不受电压差和波形失真的限与相位角成线性关系，不受电压差和波形失真的限制。制。电路及分析：电路及分析：特点：特点：11）三角波的周期与正弦形脉动电压相同）三角波的周期与正弦形脉动电压相同 22）待待并并机机电电压压与与电电网网电电压压同同相相时时，对对应应于于三三角角波波的的零零点点，待待并并机机电电压压与与电电网网电电压压反反相相时时，对应于三角波的顶

43、点。对应于三角波的顶点。为了克服正弦脉动电压的缺陷，提出采用三角波频差脉动电压，US 与的关系成线性关系，并且不受电压差和波形失真的影响。相敏电路 差频三角波电压一般由相敏电路获得，相敏差频三角波电压一般由相敏电路获得，相敏电路的基本功能是将两个频率不同的电压信号，电路的基本功能是将两个频率不同的电压信号，变换成一个仅与它们之间的相位差有关的直流电变换成一个仅与它们之间的相位差有关的直流电压。相敏电路的输出电压就是差频三角波电压。压。相敏电路的输出电压就是差频三角波电压。频差方向鉴别环节（频率预调）手动并车时，人们借助同步灯或同步表旋转方向来判断待并机的频率是高于或低于电网频率，从而决定待并机

44、加速或减速、调节频差满足并车要求并抓取相位差为零的时刻，而自动并车装置则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。1、两脉压信号比较法检测频差方向通常采用移相法：取电网电压，其中事先移相成为待并机电压 与 和 的脉动电压分别 和。当待并机频率高于电网频率(即f 0),到达最大值时间较 提前，而待并机频率低于电网频率(即f0),到达最大值时间较 提前,利用两个鉴幅器即可检测出频差方向。&鉴幅器&鉴幅器加速减速频率高频率低 通过检测三个脉动电压过零次序的不同，来判断频差的方向。三脉压鉴别法 US2=0时刻为起点，当fFfW时，紧接着是US3过零，当fFfW，则发出“

45、减”速信号。反之，发出“加”速信号。uA=R2/R1(u2-u1)=R2/R1K(fF-fw)=R2/R1K f模拟量比较法 输出信号uA送入鉴别器，当uA0,即fFfw，鉴别器输出“减”速信号；当uA0,即fFfw，鉴别器输出“加”速信号。恒定超前相角的获得与整定 方方法：对脉动电压进行鉴幅，从而获得恒法：对脉动电压进行鉴幅，从而获得恒定超前定超前相相角角的的信号信号。脉。脉动电压动电压UsUs2Um sinwst/2=2Um sin2Um sinwst/2=2Um sin/2/2由由上式可知，任一上式可知，任一UsUs值总是对应于一定大小的值总是对应于一定大小的角，角，因因此此要想获得恒要

46、想获得恒定超前相角定超前相角 qq，只要检测出对应于，只要检测出对应于 qq的的脉脉动电压值就可以了。动电压值就可以了。由由鉴幅器实现检测鉴幅器实现检测 在在同同一一个个脉脉动动电电压压瞬瞬时时值值Us Us 时时，有有两两个个与与之之对对应应的的 角角（qq和和 qq），其其中中只只有有 qq才才是是超超前前于于重重合时刻的相角，符合要求。合时刻的相角，符合要求。因因此此，在在设设计计电电路路时时应应考考虑虑在在鉴鉴幅幅器器的的输输出出电电路路后后一一级级加加一一个个单单向向微微分分电电路路，使使之之只只能能检检出出单单向向的的脉脉冲冲，也也就就是是超超前前相相角角信信号号，只只有有负负脉脉

47、冲冲（即即恒恒定定越越前前相角信号）得以输出去触发合闸控制回路。相角信号）得以输出去触发合闸控制回路。2）恒定超前相角的整定：要要使主开关的动、静触头恰好在待并机与电网电压相使主开关的动、静触头恰好在待并机与电网电压相位重合时闭合，恒定越前相角位重合时闭合，恒定越前相角 q q 的大小必须满足：的大小必须满足：q=Wq=Wsysy t t KdKd 式式中：中：WWsysy允许频差角频率；允许频差角频率；ttKd Kd 主开关合闸固有动作时间。主开关合闸固有动作时间。换算成频率差表达式：换算成频率差表达式：q=2 q=2 ffyy t tKdKd（用弧度表示）（用弧度表示）=360=360 f

48、fyy t tKdKd（用角度表示）（用角度表示）例如，允许频差整定为例如，允许频差整定为0.25Hz0.25Hz，开关的固有动作时间，开关的固有动作时间为为0.1s0.1s，则恒，则恒定超前定超前相角相角 q q 360 360 0.25 0.25 0 0.1.199或或 q q 2 2 0.25 0.25 0 0.1.10 0.05.05（弧度）（弧度）由由此可知，根据发电机主开关的合闸动作时间此可知，根据发电机主开关的合闸动作时间和允许频差的数值就可以整定和允许频差的数值就可以整定 qq。4 恒定超前时间的获得 恒恒定定超超前前时时间间的的获获得得大大都都采采用用比比例例-微微分分电电路

49、路，它它是是由由电电阻阻、电电容容井井联联组组成成的的比比例例-微微分分环环节节和和工工作作在在检检零伏态的电平检测器构成的。零伏态的电平检测器构成的。条条件件：电电平平检检测测器器的的等等值值阻阻抗抗RCRC并并联联阻阻抗抗，所所以以为分析简便起见，我们将其忽略为分析简便起见，我们将其忽略当输入信号为正弦形脉动电压时，可得如下关系式当输入信号为正弦形脉动电压时，可得如下关系式 iiRR=U=Uss/R=2U/R=2Umm/R Sin W/R Sin Wss t/2t/2 i icc=CdUCdUss/dt=/dt=CUCUmm Ws cos Ws cos wwsst/2t/2 输入到检零器中

50、电流输入到检零器中电流 i=ii=iRR+i+ic c=2U=2Umm/R Sin W/R Sin Wss/2 t+/2 t+CUCUmm WWss cos cos wwsst/2t/2可可以以看看出出，它它由由“正正”变变化化到到“零零”的的时时刻刻比比脉脉动动电压到电压到“零零”提前一时间间隔提前一时间间隔ttqq 下下面面就就分分析析证证明明这这一一段段时时间间间间隔隔ttqq并并不不随随频频差差而而变变，而而是是由由电电路路参参数数（R,CR,C）所所确确定定的的，从从而而该该装置可以获得恒定越前时间。装置可以获得恒定越前时间。电电流流ii过零的时刻为过零的时刻为t t 00 代入代入