重康动力（深圳）有限公司

摘要：发电机并列回路原理是将发电机安全、可靠地接入电网的关键过程，确保同步运行。其回路检查是确保并网过程安全、稳定的关键步骤，包括对机械、电气、控制及保护系统进行全面检测。现代并联系统一般采用数字化控制，响应速度达毫秒级，并在分布式发电中，通过GPS或IRIG-B实现广域同步，再结合关键部件（如PT、CT）冗余配置设计，提高设备并列的可靠性。

 

一、发电机保护回路的原理和作用

 

1、并列运行的目的

（1）提高供电可靠性：多台发电机并联可互为备用。

（2）灵活调节负荷：根据需求调整投入的发电机数量。

（3）经济性：优化发电机组运行效率。

（4）扩容：满足电网不断增长的负荷需求。

2、并列条件（准同期条件）

（1）电压相等：待并发电机与电网电压有效值差≤±5%。

（2）频率相同：频率差≤±0.1~0.3Hz。

（3）相位一致：相位差趋近于零（通常≤±10°）。

（4）相序一致：三相电压相序必须完全相同。

      若条件不满足强行合闸，会导致 冲击电流 和 功率振荡，损坏设备或引发电机脱网。

3、并列回路组成

（1）测量装置：

① 电压互感器（PT）、电流互感器（CT）：采集电网与发电机电压、电流信号。

② 同步表/同步指示灯：显示相位差（手动并列时使用）。

（2）调节装置：

① 自动电压调节器（AVR）：调整发电机励磁电流，控制输出电压。

② 调速器：调节原动机（如汽轮机）功率输入，控制频率。

（3）同步检测装置：

① 同步检查继电器：自动检测电压、频率、相位差，允许合闸信号。

② 自动准同期装置（微处理器或PLC控制）：实现精确调节与合闸时机判断。

（4）执行机构：

① 断路器（如真空断路器）：执行合闸操作。

② 闭锁逻辑：防止非同期合闸。

4、保护回路的作用

（1）逆功率保护

      逆功现象是由发电机组转速（频率）及电压不同而造成的，即一台发电机组带正功，而另一台发电机组带负功率，电路如图1所示。也就是说带负功率的发电机组，这时变成了一 个负载（此发电机组频率低，转速不一致的现象）。电压不相同时，电压高的发电机组，向电压低的发电机组，提供一个无功电流与无功电压（此发电机组的电流表正向指示），相当 于在本供电系统内，加了一个调相发电机组。电压低的发电机组，这时成为一个大的负载，接受一个很大的无功电流，来维持两台机康明斯发电机组的电压平衡（此发电机组的电流表反向指示）。监测时把某一台发电机组的电压调高，或将另一台发电机组电压高低，造成一台发电机组有逆功电流，其动作电流为额定电流20%左右。逆动继电器动作、跳闸、报警， 但不停机。

（2）过电流保护

      由于发电机组额定功率一定的，它的超载能力很低，基本上在额定功率的5%左右，允许带载时间15~30分钟，最多不超60分钟，超过这 个时间，发电机组会发热，导线绝缘会降低，也就降低了使用寿命。所以在设定过电流保护时无特殊要求的，过电流保护设定在额定电流的110%即可。带载测试时，将电流带至额定流的110%，过流继电器动作。跳闸、报警、不停机。

（3）过电压保护

      在并列使用发电机组时最怕供电系统发生振荡，一但发生振荡系统电压升高，易造成用电设备及供电设备的绝缘击穿，使供电设备与用电设备一起瘫痪。为此并列使用的发电机组均装有过电压保护，电路如图2所示。其设定值为额定电压的105%为最佳。短接过电压继电器，跳闸停机、报警动作。

 

图1  发电机逆功率和过电流保护电路图

图2  发电机过电压保护电路图

 

二、并联运行的回路检查方法

 

1、回路检查前的准备

（1）安全措施：

① 断开待并发电机与电网的连接，确保断路器处于分闸状态。

② 挂警示牌，确认原动机）已停机。

③ 使用验电笔验证回路无残余电压。

（2）工具与仪器：

① 万用表、钳形电流表、相序表、示波器、绝缘电阻测试仪。

② 同步指示灯、手动同步表（用于手动并列检查）。

③ 继电保护测试仪（用于校验保护装置）。

2、并联系统的控制回路与调整

（1）手动分合闸：每台发电机组均可做为首机或待并分、合闸使用，在手动并车或供电时，使用手动分合闸。

（2）自动分合闸：每台发电机组均可选择为待并发电机组，或首台发电机组；首机发电机组自启动后，合闸回路自动合闸，自动投入及退出同期。同期后把待并发电机组自动合闸并列运行。

（3）逆功率控制：无论是手动合闸，还是自动合闸，一旦发电机组出现逆功，过了低油压、高水温、高水温、高油温、过电压，全部自动分闸解列与负载脱离。

（4）负载分配

① 未进入并联状态：单机运行时，负载分配器不投入工作。

② 进入并联状态：发电机组并列后每台发电机组的负载分配器，同时投入工作，各自调整自已的转速，使其两台发电机组的功率平均分配，其工作原理，就是根据本发电机组的输出功率的大小（即电流的大小），自动调整丁发电机组的转速，使其负载平衡。

3、并网同期回路与检查

（1）并联过程

      当首机合闸后把电源送至母线，这时母线检测同期回路，与待并机的同期回路，接到信号后，自动合上同期检测继电器，原理如图3所示。将母线电压与待并机电压送至同期控制模块，模块自动检测，并列发电机组的电压与转速（电压差检测如图4所示）。如果转速有差别时，同期模块自动调整待并机转速，使其达到并列条件。找到同期点后同期模块发出合闸指令， 待并发电机组接到指令后执行合闸，即两台发电机组并列运行。

（2）并联后工作

     发电机组并列后，同期回路自动退出工作状态，但必须人为的把自动同期的转换开关退出，防止来电后在解列时，待并发电机组又接到并列信号，将同期装置康明斯发电机组自动投入，使发电机组再次并列。

（3）电压调整回路

① 发电机组并列前，必须把两台发电机组的电压调整在同一数值上。

② 空载并列后，调整电压旋钮，把逆功现象消除，使其功率因数在滞后0.8左右即可。

③ 并列发电机组带载后，可根据负载情况，手动调节电压调整旋钮，使其功率因数在最佳位置，以后可不用再调整。

（4）速度调整回路

① 并列前必须把两发电机组的速度（频率）调整一致。

② 并列时，可根据同期表的转动速度，调节首机或待并发电机组的转速，使同期表转动方向，按顺时针或逆时针方向转动，速度越慢越好，但同期表的指针必须转动才能并列。

③ 并列后，观察两台发电机组的电流、功率是否平衡，如差别太大，可调整速度旋钮，将两台发电机组的功率调整到一致。

（5）仪表检测回路

① 操作前，必须把各种相关的仪表调改至零，但功率因数表与频率表不在零处。

② 操作时，观察各种仪表的运行状态，是否符合规定（有无仪表接线接反的现象）。

③ 电流、电压、要使用有关仪表与之检验一下，看指示数值是否正常。

4、开停机回路保护与检查

（1）启动回路

① 操作前必须首先检查启动回路是否正常。

② 启动后相关元件是否能够正常工作。

③ 启动机与主机的结合是否正常，能否退出。

（2）停机回路

① 停机电磁铁与电磁阀动作是否可靠。

② 在发电机组发生故障时，是否自动停机。

③ 手动停机回路是否完善。

④ 只需跳闸时，是否停机等现象。

 

图3  发电机回路保护系统

图4  发电机并列后电压差检测方法

 

三、发电机并联保护功能验证和试验

 

1、同步装置与保护功能验证

（1）同步装置测试

① 自动准同期装置：模拟发电机与电网的电压、频率差，验证装置能否发出合闸指令。测试合闸导前时间是否匹配断路器动作时间（通常提前50-200ms）。

② 同步检查继电器：输入不同相位差信号，测试继电器闭锁/允许合闸的逻辑是否符合设定（如±10°闭锁）。

（2）保护功能测试

① 非同期闭锁保护：人为制造电压差（>5%）或频率差（>0.3Hz），验证断路器是否被闭锁。

② 过流保护：模拟短路故障，测试过流保护动作时间和定值是否准确。

③ 逆功率保护（针对并网后）：模拟发电机吸收功率，验证逆功率保护是否跳闸。

2、动态模拟试验

（1）空载并网模拟：

① 启动发电机至额定转速，调节电压接近电网值。

② 手动操作同步表，观察指针旋转至“12点”位置时尝试合闸，验证冲击电流是否极小。

（2）负载切换试验：

① 并网后逐步增加负载至50%、100%，监测各相电流、功率因数是否平衡。

② 检查负荷分配是否均匀（多机并联时）。

3、检查记录与报告

（1）记录所有测试数据（电压、频率、相位差、绝缘电阻等）。

（2）生成检查报告，标注异常项及整改措施。

（3）定期复检（建议每6个月或按厂家要求执行）。

表1  发电机并联回路常见问题及处理

 

总结：

发电机并列回路通过精确调节电压、频率和相位，并借助自动装置捕捉最佳合闸时机，确保发电机平滑接入电网。这一过程融合了电力电子技术、控制理论及保护策略，是电力系统稳定运行的核心环节。此外，通过并联系统的回路检查，可有效避免并网时的冲击电流、设备损坏及电网震荡，确保发电机并联运行的可靠性与经济性。

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