船用发电机组和发电机并网

简介

船用发电机组用于各种船舶的主电源和应急电源的电力供应，也可应用于电力推进系统的电力供应。

与主机相同，一般为柴油发电机组。船用柴油发电机组主要采用瑞典VOLVO、康明斯、斯太尔、潍柴和135各系列国内外著名品牌的柴油机和西门子、马拉松、斯坦福发电机作配套。

柴油发电机组的选型原则

为使船舶在各种不同工况(航行、作业、停泊、应急等)下,都能连续、可靠经济、合理地进行供电,船舶上常配置多种电站,如主电站:正常情况下向全船供电的电站 ;停泊电站:在停泊状态又无岸电供应时,向停泊船舶的用电负载供电的电站; 应急电站:在紧急情况下,向保证船舶安全所必需的负载供电的电站。动力装置是船舶的“心脏”,是船舶活动力的来源。如果它的机电设备发生故障 ,船舶将会失去活动 能力和作业能力,严重影响船员(旅客)的工作、生活以及船舶的安全 ,并将造成严重的经济损失 ,所以动力装置安全可靠是极为重要的。而柴油发电机组是 船舶的重要电源装置,故要求其可靠性高、易于维护管理;再加上船内单机最大负载容量接近于船内电源容量,则要求负载起动和停止时发电机瞬时电压波动 应尽可能的小。因此船舶对柴油发电机组提出了以下要求：

(1) 机组在不超过额定值而在额定值附近运行时效率最高。在通常运行状态下 ,应以航行工况所必需的功率为基准,对于负载的变动及增加 ,也不得使机组过载 ,而且机组的额定容量要有适当的储备量 。

(2) 机组的容量和台数,应能在任一机组停止工作时,仍然能继续对正常推进运行、船舶安全以及具有冷藏级船舶的冷藏货物所必须的设备供电。

(3) 机组应能在任一发电机或其原动机不工作时,其余机组仍能供应从瘫船状态起动主推进装置所必需的电力 。

(4) 当1台机组停止工作时,其余的机组应有足够的储备容量,以保证当最大电动机起动时所产生的瞬态电压降不会使任何电动机失速或其它电气设备失效。

(5) 在连续运行条件下,希望柴油机额定输出功 率有10%左右的余量;但不应使柴油机明显地运行在低负载状态 。

(6) 主机组至少应为2 台 ,从便于维护和管理出发,最好选用同类型发电机组 。

(7) 机组在选型时应尽量优先使用国产设备,其优点有:在质量和主要经济技术指标上,国产设备与引进设备相差不是很大,而总投入比引进设备少很多;另外 ,交货期有保证 ,售后服务条件较好 ,现场验收和零部件供应方便等 。

柴油发电机的技术指标

由于柴油机和发电机的性能共同决定了整个机组的性能,机组的指标主要有:技术指标、经济指标和性能指标。这些指标是对柴油发电机组进行选型和判断性能优劣的重要依据 。

(1)技术指标

技术指标是标志柴油发电机组的技术性能和结构特征的参数,它主要由功率指标、重量指标和尺寸指标三部分组成。功率指标表示机组作功的能力 ,即向船舶电气设备提供电力的能力;重量指标和尺寸指 标是评价机组结构紧凑性和金属利用率的重要指标。重量指标用单位功率重量(比质量)来衡量,它是机组净重和额定功率的比值;尺寸指标又称为紧凑性指标 ,是表征机组总体布置紧凑程度的指标 ,用单位体积功率来衡量,它是机组额定功率与外廓体积的比值。

(2)经济性指标

经济性指标主要由机组的燃油和滑油消耗率来衡量,同时参考机组的价格 (通常用性价比来衡量)

和维修保养费用 。

(3)性能指标性能指标

主要包括机组的可靠性、机动性、使用寿命、振动、噪声、排放以及自动化程度等。可靠性由大修前使用时间、机组故障率和售后服务质量来综合考核 ;机动性是指机组在改变工况时的工作性能;振动、噪声和排放是指机组对周围环境的影响;自动化是改善工作人员劳动条件和提高机组乃至整个船舶性能的重要措施。因此,对柴油发电机组的性能进行分析时,既要分析柴油机的各项指标,又要

分析发电机的各项指标 ,还要分析两者之间的匹配对机组整体性能的影响 ,而其匹配主要考虑两者之间的功率匹配和转速匹配、发电机的旋转不均匀度、柴油机 的冲击振动和发电机的固有振动间的关系、柴油机旋转不均所引起的发电机的功率脉动情况、柴油机和发电机的性能是否互补。

发电机并车

在船上通常有三种情况需要并车操作。一是需要满足电网负荷的需求，当单机负荷达到80%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；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，需要两台发电机并联运行；三是当需要用备用机组替换下运行供电的机组时，为了保证不中断供电，需要通过并车进行替换。

准同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法。为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行的发电机必须满足如下条件：

（1）待并机组的相序与运行机组（或电网）的相序一致；

（2）待并机组的电压与运行机组（或电网）的电压大小相等；

（3）待并机组电压的初相位与运行机组（或电网）电压的初相位相同；

（4）待并机组电压的频率与运行机组（或电网）电压的频率大小相等。

由于在发电机组安装时已经对发电机的相序与电网的相序进行测定，保证相序一致的条件。因此并车操作就是检测和调整待并发电机组的电压、频率和相位，使之在满足上述三个条件的瞬间通过发电机主开关的合闸投入电网。这样就可以保证在并车合闸时没有冲击电流，并且并车后能保持稳定的同步运行。实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，而且必须有一定的频差才能快速投入并联运行。 一，当频率相等、初相位一致、电压不相等时

两台发电机并车瞬间将在两机组间产生一个无功性质的环流、对两台发电机起到均压作用。由于发电机在并车瞬间呈现很小的等值电抗，因此当电压差较大时，合闸瞬间会产生很大的冲击电流，对两台发电机和电力系统均不利。巨大的冲击电流产生的冲击电动力，会损伤发电机电枢绕组、主开关触头，使汇流排变形等。一般并车操作时，电压差△U不得超过额定电压的10%。

二，待并机组与运行机组电压相等、频率相等，但初相位不同

两台发电机并车瞬间在待并机主开关的动、静触头间会有一电压差，在两机组间会出现滞后电压差90°的环流，此时的环流不再是纯无功性质。把环流有功和无功分解，得到有功分量环流的和无功分量的环流，在有功环流的作用下，一台减速而另一台加速，最终使得并联运行的两台发电机达到相位一致而进入同步运行。环流的有功分量对应的功率称为整步功率，其中超前的发电机输出整步功率，滞后的发电机吸收整步功率。整步功率对应的整步转矩，对于超前发电机而言是阻转矩，使转速下降，对于滞后发电机而言是驱动转矩，使转速上升，最终将两机拉入同相位同步运行。该过程称为“牵入同步”过程。无功性质的环流、对两台发电机起到均压作用。为了减少冲击电流，一般并车操作时要求相位差小于△S15°。

三，待并机与运行机电压相等，初相位相同，但频率不相等时并车。

在合闸瞬间不会出现电压差，也就没有环流。但由于频率不相等，随时间后移，就会出现相位差，只要相位差一出现，环流就随之产生，即出现整步转矩，一台减速而另一台加速。只要频率差不大，最终依靠整步转矩都能“牵入同步”。若频差Δf太大，往往难以拉入同步，同时合闸后环流也不断增大，对发电机和电力系统都不利，应避免这种情况的发生。通常在并车操作时要求频差△f小于0.5 Hz，以0.25 Hz最好。 发电机并车时，合闸瞬间任一条件不满足，都会在发电机组之间产生冲击电流。冲击电流的无功分量起均压作用；有功分量产生的冲击转矩起整步作用。只要冲击电流不大，对并车操作是有利的。若冲击电流太大，会造成并车失败，严重时会导致全船停电，甚至造成发电机组的损坏