船舶发电机并联运行及其故障分析

知识点：均压线

一、发电机运行管理中的监控

      运行中的发电机，应根据配电板上的仪表指示情况，对发电机不间断运行监视，以便及时发现不正常现象，消除隐患，保证船舶正常供电。

1、发电机温升的监控

      发电机运行时，由于散热不良，轴承的磨损或损坏，以及轴线不正等原因，会使其温度升高，温度过高会加速绝缘老化，缩短发电机的使用寿命，甚至会引起发电机故障。

      对于无限航区的船用发电机，环境温度规定为50°C，但实际上由于季节变化，船舶航行海域和气象条件不同，使环境温度有所变化，当机舱温度升高时，发电机的温升就相应的变化，温升的测量，可以由埋置在发电机定子槽内或定子绕组端部的温度传感器来测取，也可通过测量绕组的电阻值来求取绕组平均温度，日常检查时，可用于摸粗略估计发电机温度是否正常。

2、发电机电压的监控

      运行中的发电机电压应达到额定定值，其允许变化范围不应超过±5%U，若端电压过低，则影响船上的电机、电器的正常工作，若端电压过高，除影响电机正常工作外，还会使激磁电流的增大而导致发电机温度增高。

      船用交流发电机的调压多采用自激恒压系统，但是当多台电动机同时启动时，也会引起电网电压波动，同时使发电机电流增大，因此，应当注意监控发电机电压指示情况。

3、发电机功率因数与频率的监控

      船用交流同步发电机的额定功率因数大多数定为0.8，但实际工作时，负载的功率因数是变化的，对于并联运行的多台发电机，希望它们的功率因数基本上一致避免某台发电机功率因数太高，而另一台发电机功率因数太低，以提高电网系统的稳定性。

      交流发电机正常运行时，电网频率的波动范围应保证额定频率的±5%以内，以免影响电动机、电器的正常运行。

4、绝缘电阻的监控

      发电机在投入运行前必须测量定、转子绕组的绝缘电阻，可用摇表测量，也可通过配电板上的兆欧表测量，每月至少一次，定、转子绕组的热态绝缘值不应低于0.5MΩ，若低于此值，应当查明原因采取措施，使绝缘电阻值提高。

5、其它部分的监控与检查

      对运行中的发电机还必须监控和检查机组运转情况，滑环与整流等工作情况，励磁线圈的工作情况、转子轴承工作情况、弹性连轴节工作情况，是否振动，噪声、发热等情况。

二、船舶交流发电机并联运行的条件及操作

      船舶电站一般都有二台以上的发电机组，根据需要它们可以单机运行，也可以二台以上并联运行，同时向电网供电，并联运行必须满足一定的条件，而且是按照一定的操作程序进行。

1、交流同步发电机并联的条件

      交流同步发电机并联必须满足下列条件，才能并联：

      A、相序一致，待并发电机必须与电网相序一致（检查相序可用相序表）。

      B、频率相等：待并发电机的频率应与电网频率相等，实际并联时，允许误差在0.5Hz以内。

      C、相位相等：待并发电机电压初相位与电网电压相位相同、实际并联操作时，允许待并发电机相位与电网相位相差10~15°以内。

      D、电压相等：待并发电机电压与电网电压相等。实际并联操作时，待并发电机电与电网电压之差允许在10%以内。

2、交流同步发电机并联运行操作方法

      目前船上实际采用的并联操作方法主要有三种：

      （1）手动准同步法

      （2）自动准同步法

      （3）粗同步法（电抗同步法）

      A、手动准同步法

      手动准同步法是手动调节待并发电机的频率、相位，在满足并联运行条件下，由手动合闸进行并联的一种方法，是最基本的并联方法，操作步骤如下：

      ①手动调节待并发电机励磁电流，使其端电压与电网电压相同或稍高一点。

      ②接通整步表（或同步指示灯），调节待并发电机的转速，使其频率率高于电网频率（要求频率差在0.5Hz之间）。

      ③当整步表指针即将近零（或灯光明暗法接近全暗）时合闸。

      ④增大刚并上的发电机组油门，同时减少原来电网上发电机组的油门，转移负载，使电网上各发电组合理分配有功负载。

      ⑤断开整步表（或同步指示灯）

这种方法，并联条件要求严格，而且全部过程由手工操作，要求操作者的技术要比较熟练，它适合于并联运行操作不频繁的中小型船舶电站，或作自动准同步法的备用方法。

      B、自动准同步法

      自动准同步法是依靠自动并联装置来检测，调节待并发电机的频率、相位（电压可由调压器来保证），是满足并联条件时自动合闸的一种方法。这种方法方便、准确，对电网的冲击小，但设备复杂，维护技术要求高，它适用于并联发电机组数量多、功率大、要求高的船舶电站。自动准同步并联是自动电站的一个重要环节。

      C、粗同步法

      粗同步法是待并发电机的电压、频率、相位接近时，使待并发电机串一电抗器并入电网，并拉入同步的并联方法，此法由于发电机经过电抗器并入电网，可以大大减少并车时因电压差、频率差及相位差造成的冲击电流，因而对并车条件的要求可以放宽些，故粗同步并车法，并车操作步骤如下：

      （1）检查并调整待并发电机的电压、频率，使之接近电网电压及频率。

      （2）接通并车电抗器，使发电机经电抗器并入电网。

      （3）发电机被拉入同步后，合上主开关，同时切断并车电抗器。

      （4）增大刚并上电网发电机油门，同时减少原电网上发电机组的油门，进行负载转移，使电网上各发电机组合理分配负载，最后断开整步表或同步指示灯。

粗同步并车的电抗器切除又分为手动和自动两种，具体线路设计可根据船舶电站及其自动装置，这种方法，由于并车条件要求较宽，操作容易，故许多船在设计时都选用粗同步并车。

三、并车故障原因及并车注意事项

      并车时，每个轮机员都要按操作规程及要求进行，一般的情况下都能顺利并车，但是有时也会发生并车失败，甚至引起电网跳闸，其主要原因有下列几个方面：

      1、电网参数波动太大。并车时，若负载剧烈变动（例如多台起货机正在工作），引起电网功率（电流）频率、电压大幅度波动，就难以使待并发电机电压、频率、相位与电网的电压、频率、相位一致，因此，当并车合闸时，会产生巨大的冲击电流而使主开关跳闸，有时由于负载变化太大，各台发电机无法及时合理分配负载，而使逆功率继电器动作，造成并车失败，因此，应当避免在负载剧烈波动时并车，或者并车时断开剧烈波动的负载，待并车完毕后再接通负载。

      2、操作不当，在未满足并车联运条件，在粗同步并车中，常误以为采用并车电抗器就可以随意并车，实际上当相位差大于90°合闸时，此时虽有并车电抗器限制电流在0.5Hz之内，但冲击电流仍可使发电机主开关跳闸。因此，采用粗同步法并车时，应将待并发电机与电网的频差限制在0.5Hz之内，相位差在90°以内，实际操作时，最好使待并发电机的频率稍高于电网频率，其电压相位超前电网电压相位30°之内合闸。

      3、空载并车。电网上原有发电机处于空载状态时，若在并上一台发电机，它们难以稳定工作，电网稍有波动，就会形成逆功率运行，引起跳闸。另外，从经济的观点来看也应避免两台发电机空载并联运行，一般来说，电网上运行的发电机应带50%以上额定负荷方可并联另一台发电机。

      4、并车装置或均压线不正常。有时可能由于并车装置有故障或均压线的极性是否正确，所有接线端钮是否固紧，对于已经工作一段时期的电站，则应检查并车装置，如电抗器、电抗器接触器、均压线接触器、转速控制器、电子调速器、执行器、主开关的主付触头的接触是否良好，经检查，确认这些设备完全工作正常后再并车。

      5、未能及时转移负载，对于无自动调频装置的船舶电站，发电机并入电网之后，应及时转移负荷，否则会因电网波动出现逆功率而跳闸，并车失败。

      总之，船上发电设备与用电设备之间的距离很短，相互影响大，当电网某一点发生短路（特别是动力设备），就可能直接影响发电站的运行，因此，各级船舶电网均应设置短路保护环节，并具有选择性，以保证电站供电连续性，所以我们当发现并联运行失败时，首先应该检查保护环节。

      船舶电站的运行好坏直接影响到船舶安全，所以要求每位轮机员值班时对船舶电站运行的参数和工作情况进行验证，出现失常，要预测将发生的故障或需特殊处理的情况，采取有效的相应措施防止事故发生。

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2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范