多台柴油发电机组的冗余并车机构图解

摘要：在工业发电机领域，术语“并联发电机”一般是指2个或更多柴油发电机彼此物理连接，柴油发电机的电力输出同步并连接到一个公共的主配电板上的总线，这会创建一个管道，允许将组合的电力输出传送到设施。为了并列同步作业，连接的柴油发电机必须在几个类型上相互匹配，包括螺距、电压、相位和频率。

发电机组并机机构允许可扩展性，并且能够随着业务的延长增加额外的电力，并机系统组成如图1所示。提前设计特别容易，当需要更多容量功率时电机的常见故障及处理方法，可以将额外增加的柴油发电机连接到并联装置中，并且能方便地实现扩展发电机组的并列，令初步投资更显经济。

在大多数应用中，电气负载不会保持恒定水平。电力需求的变化可能致使单个较大的发电机远低于其较佳电力功率，从而减少效率并可能致使燃料问题。并列机构可以很好地解决负荷变化，发电机可以在额定功率的较佳75-80%下保持运转，较大限度地提高效率、燃料和维保成本。

即使在维护期间，并车运行的发电机也可以使应急后备电源系统保持活动状态。通过N+1并车配置，一台发电机可以完全离线进行保养，而其余发电机排除所需的负载。这可能会排除维护期间对组装设备的需求，或处理完全关闭后备电源机构进行维保的风险。

冗余装置如图2所示。并联装置可以设计成，如果一台发电机发生损坏，电力负荷会优先在装置中的其他发电机之间重新分配。这意味着即使其中一台发电机发生事故，较关键的应急元件也将具有维持电力所需的冗余。从历史上看，这一直是企业使用并行配置的详细缘由之一以创建冗余并保持电源连续性。

严查和调整待并康明斯发电机的电压、频率、初相位，使之满足准同步并列的条件，然后进行合闸，使发电机拉入同步。如果由手工完成这个过程，称为手动准同步并机使用；若由自动系统来完成，则称为自动并机使用。当待并发电机组启动，并建立了电压之后，可通过发电机控制面板上的电压表检测待并发电机电压是否与运转机的电压相等，应使电压差在±10%以内。只要发电机调压器作业正常，通常都能满足这个要求，无需特别调节。手动并车使用关键要测量和调节待并联的频率和初相位，使之满足准同步并机要求。要注意的是，不应在大电负载波动比较大（如有大容量发电机在起动、变速等）的情况下进行并机操作。一般通过“调速开关”来调整柴油发电机转速，使待并车的频率接近运转机的频率。然后进一步

检测待并机与市电的频率差是否小于0.5 Hz，初相位是否一致。测定这两个并机因素的措施有同步指示灯法和整步表法，电路如图3所示。

根据同步指示灯的不同连接步骤可分为灯光明暗法和灯光旋转法。

将三盏同步指示灯分别跨接在待并联发电机和运转发电机的对应相上，每个灯泡两端的电压就是两对应相之间的电压差值。灯泡上所加电压的大小随相位差的变化而变化，在频率不相等时，其相位差随时间进行周期性的变化，灯泡就明暗交替变化。当相位差为0时，三个灯泡所加电压为零，同时熄灭，当相位差为180°时，三盏灯泡所加电压较大，灯泡较亮。设频率差为Δf，则相位差为2πΔf，灯光变化一个周期所需时间为Ts=1。频差Δf越大，灯光变化的周期越短，当灯光变化周期大于2 s时，才能符合频差并车因素。为了可靠抓获在同相位点（即灯全灭时）合闸，一般调整频差0.25Hz（周期≥4s），然后，在灯光全灭的中间期果断合闸。

将三盏同步指示灯的其中一盏接在电网与待并列的对应A相上，其余两盏分别交叉跨接在市电的B相（C相）与待并车的C相（B相）上（即三盏同步指示灯一盏对接，两盏叉接）。当频率差为Δf时，三盏灯泡轮流熄灭，频差越大灯光旋转的转速越快，频差方向改变，灯光旋转的方向也改变。手动准同步并机操作时，应选购三盏同步指示灯顺时针方向旋转，在旋转一周的时间为3～5s，同时对接相灯熄灭而两盏叉接相灯同样亮时，果断合闸。

灯光旋转法不仅能测量频差的大小，而且可以测定频差的方向，灯光明暗法，只能测量频差的大小，频差的方向需通过两频率表读数的比较才能知道。如果产生灯光明暗法变成灯光旋转法、或灯光旋转法变成灯光明暗法，原因有两种可能，一是待并机与大电相序相反；另一种是同步指示灯接线、

为了验证发电机组是否满足并联条件，可用电压表严查电势，是直接接法或交叉接法女并车的措施叫“准整步法”。此时还有用“自准步法”进行并车，小议如下。

用整步表将被试发电机并联于市电，实际发电机里的并车机构，通常是在相序预先正确的情况下，然后再考虑并车对策，有的采用操作简单而系统复杂的自动控制装置，只属使用按钮即可；有的则采用习惯上叫，“同期小盘“上的准步表（又叫同步指示器）来寻找合闸时机进行并车运“同期小盘“上还装有两只电压表合两只频率表，用来监测同步发电机和市电的电压和频率，用整步表将同步发电机投入并机运转的原理，其实质与灯光法相同，也即用整步表指示出同步发电机与电网的频率差与相位差，但相序必须准确，生产实际中通常是在安装时就已考虑其相序的问题了，实验室不用灯光法时，可用相序表来检测发电机的相序使之和大电的相序一致.通常用的整步表根据其原理的不一样可分为电动式和磁电式两种。其接线和使用教程稍有不同。

用上述策略并车的好处是能使新投入的发电机和另一台发电仙不受或受轻微的冲击，但手工操作较费时，当然采用自动控制机构时新发电机并网运行，状况尚为好些，但其装置比较复杂，而当电网某机组产生事故，突然退出运转而要求启动另外一台机组并车与市电时，因为此电网的电压和频率都在不断的变化，要具备准整步要素比较困难，情形又比较紧急，故而就采用“自整步法”来实现发电机的并列运行。其对策是：“先将发电机的励磁组，经过约等于励磁若组电阻10倍的电阻短路，当发电机的转速升至同步速时（电继和电网的频率差在5%），先合上并联开关，接着加上励磁中国发电机组十大厂家，即可利用电机的“自整步作用“使它迅速牵入同步。

同步发电机并网后，常常属要改变它的有功容量和无功功率。如希望增加发电机输出的有功功率，根据功率平衡的观点，只要增加原电机的输入功率。

有功功率的调节即柴油发电机输入容量的调整，途径如图4所示。同步发电机与无穷大大电并车，当发电机刚投入市电还没有向大电送出有功负载时，如忽略发电机空载损失，则此时发电机处于“空接”在电网上的状态。

如果要向市电发出有功功率，就必须增加发电机的输入容量，增大柴油发电机的出力，增加柴油发电机的力矩。由于用途在发电机转轴上力矩的增大，就使转子加载，故而发电机主磁极的位置将逐步超前，随些主极的超前，发电机激磁电势（E?）将超前于端电压（市电电压ù），相应的，功率角（δ）及电磁容量（Pm）将逐步增大，这样输入容量和输出功率之间将逐步恢复平衡，保持在新的作业点同步运行。 有功容量调节应重视的几个问题：

（1）增加有功功率的速度应遵照有关规程的规定，或制造授权厂商的要求。有功功率增加的转速不宜太快，否则将对发电机的构造产生不利的影响。当然也不应无根据的限制有功功率延迟的转速，这将延误供电时间，特别是在损坏情况下，尤为重要。

（2） 有功容量的调整还要特别注意柴油发电机输入功率的配合问题，要充分注意负荷的调整，使其协调。

同步发电机的静态稳定即是指在柴油发电机组柴油发电机方面，运转参数发生一些微小的扰动，在扰动解除后，发电机又能恢复到原先的状态继续同步运行的能力，称为静态稳定（如图2所示

无功容量的调整即是发电机励磁的调节。为了研讨上的方便暂假设：有功功率恒定不变（柴油发电机输入功率不变），要改变并网同步发电机的无功功率，根据公式

以上两种公式中均为必然满足IaCOSΦ=常数；E0sinδ=常数康明斯发电机中国官网。有功容量保持不变时，调节发电机的无功容量的办法，就是改变发电机的励磁电流。

正常励磁即发电机的全部输出功率均为有功容量。即cosφ=1，此时发电机的激磁电势为E。

增加发电机的励磁，使其超过“正常励磁”称为过励。

减少发电机的励磁，使其小于“正常励磁”称为欠励。

（1） 因为发电机与无穷大电网并车运转，市电电压视为恒定值，调整励磁不会导致电压的变化。

（3）调整励磁时应注意，不要使其超过励磁电源或发电机励磁绕组的允许值，以免出现励磁机与发电机励磁绕组偏热状况。

（4） 注意发电机电枢电流，保持不超过发电机视在容量，以防致使发电机电枢绕组过电流。

柴油发电机组并机机构的设置一般较好由电气工程师或合格的发电机技术人员排除。然而，随着并机系统变得越来越流行，一些制造商现在将其作为新发电机组的标准功用。新的集成可以很大概，只需在发电机之间连接一条非专有通信电缆（一般是以太网），并操作内置控制系统来管理并列负载。配备适当的发电机控制器能够自动监控负载需求，并动态调节每台发电机的负载，以实现较有效的负荷分配。它甚至可以关闭然后重新起动一台或多台发电机，以适应波动的负荷需求。