在電氣化時(shí)代的今天，發(fā)電設(shè)備廣泛使用，負(fù)荷的變動(dòng)使得電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)隨之改變，發(fā)電機(jī)并列（包括發(fā)電機(jī)并網(wǎng)）運(yùn)行就是一項(xiàng)頻繁而重要的操作。發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行擁有眾多的應(yīng)用領(lǐng)域，例如船舶、礦山、發(fā)電廠等，對(duì)國(guó)民生產(chǎn)生活有重大補(bǔ)充作用。
隨著同步發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷增大，并列瞬間兩相電路接通，合適的并列條件會(huì)使得原本兩個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)向一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)平滑過渡。操作不當(dāng)則會(huì)產(chǎn)生危害性的沖擊電流，致使發(fā)電機(jī)組繞組的電氣損傷，甚至產(chǎn)生很大的電磁轉(zhuǎn)矩，造成發(fā)電機(jī)軸系機(jī)械損傷。因此，并列沖擊電流抑制一直是研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是并列的基本要求。為保證發(fā)電機(jī)組并列穩(wěn)定運(yùn)行，一般限制沖擊電流不超過發(fā)電機(jī)組的額定電流。
同步發(fā)電機(jī)并列合閘沖擊電流的大小，與并列發(fā)電機(jī)之間的相位差、幅值差、相角差等因素有關(guān)，相位差是影響并列運(yùn)行沖擊電流的關(guān)鍵因素。文獻(xiàn)[4]分析了沖擊電流的性質(zhì)及對(duì)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的影響，并對(duì)同期閉鎖繼電器閉鎖角進(jìn)行了整定計(jì)算。文獻(xiàn)[5]對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)合閘時(shí)間延長(zhǎng)和沖擊電流過大的原因進(jìn)行了分析，并進(jìn)行合閘相位角的計(jì)算。
同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行或者電廠發(fā)電機(jī)整定計(jì)算過程，一般只考慮了相位差對(duì)沖擊電流的影響，在實(shí)際中發(fā)電機(jī)并列合閘時(shí)往往伴隨多種因素共同作用，因此對(duì)沖擊電流的計(jì)算要考慮多種因素混合作用。
文獻(xiàn)[6]推導(dǎo)了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)空載連接瞬態(tài)沖擊電流的表達(dá)式，分析了電壓幅值差與相位差對(duì)沖擊電流的影響，并提出相應(yīng)的抑制沖擊電流的措施。三相同步發(fā)電機(jī)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，可以等價(jià)考慮單相的效果，文獻(xiàn)[7]通過對(duì)單相發(fā)電機(jī)有限元建模驗(yàn)證了頻率差對(duì)沖擊電流影響作用很小。并列合閘操作并非選擇發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間頻率相同的時(shí)刻，而存在微小的頻率差更容易使主發(fā)電機(jī)將待并列發(fā)電機(jī)拉入同步，因此影響沖擊電流大小的主要因素是電壓幅值差和相角差。
本文從分析同步發(fā)電機(jī)并列過程中引起沖擊電流的原因和影響著手，推導(dǎo)了同時(shí)存在電壓幅值差和相位差時(shí)沖擊電流的計(jì)算公式，通過發(fā)電機(jī)組并列實(shí)例計(jì)算，給出了合理的參數(shù)差值范圍，為發(fā)電機(jī)并列同期鎖閉裝置參數(shù)設(shè)置提供理論依據(jù)。
圖1 發(fā)電機(jī)并列示意圖
結(jié)論
本文分析了發(fā)電機(jī)并列過程中引起沖擊電流的原因和影響，采用拉普拉斯變換，給出了存在電壓幅值差和相位差時(shí)發(fā)電機(jī)沖擊電流的計(jì)算式。以實(shí)際柴油發(fā)電機(jī)組并列作為算例，計(jì)算了合理的參數(shù)差值范圍，經(jīng)過上述的分析及計(jì)算，可以得到如下結(jié)論：
- 1）三相同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)的沖擊電流大小主要由并列合閘時(shí)電壓差和相位差綜合決定，并列時(shí)刻發(fā)電機(jī)組之間的頻率差對(duì)沖擊電流大小的影響較小。適當(dāng)?shù)念l率差會(huì)使發(fā)電機(jī)組很快進(jìn)入同步運(yùn)行，但頻率差過大會(huì)使發(fā)電機(jī)組會(huì)經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間振蕩，甚至解列。
- 2）對(duì)于任意容量的發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行操作時(shí)先調(diào)整待并列系統(tǒng)兩側(cè)電壓幅值相等，但實(shí)際操作并列斷路器合閘時(shí)總會(huì)同時(shí)存在電壓幅值差和相角差，因此造成沖擊電流的原因也是由電壓幅值差和相角差共同決定的。
- 3）設(shè)置合理的并列斷路器和同步裝置的參數(shù)范圍，可以減小由電壓幅值差和相角差所引起的沖擊電流，提高并列運(yùn)行的成功率并加快并列速度，使系統(tǒng)安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。