担心发电机组运行安全问题？试试这个并列运行冲击电流的计算方法

在电气化时代的今天，发电设备广泛使用，负荷的变动使得电力系统中发电机运行台数随之改变，发电机并列（包括发电机并网）运行就是一项频繁而重要的操作。发电机并列运行拥有众多的应用领域，例如船舶、矿山、发电厂等，对国民生产生活有重大补充作用。

随着同步发电机单机容量不断增大，并列瞬间两相电路接通，合适的并列条件会使得原本两个稳定的运行状态向一个稳定的运行状态平滑过渡。操作不当则会产生危害性的冲击电流，致使发电机组绕组的电气损伤，甚至产生很大的电磁转矩，造成发电机轴系机械损伤。因此，并列冲击电流抑制一直是研究的关键技术之一，也是并列的基本要求。为保证发电机组并列稳定运行，一般限制冲击电流不超过发电机组的额定电流。

同步发电机并列合闸冲击电流的大小，与并列发电机之间的相位差、幅值差、相角差等因素有关，相位差是影响并列运行冲击电流的关键因素。文献[4]分析了冲击电流的性质及对发电机和系统的影响，并对同期闭锁继电器闭锁角进行了整定计算。文献[5]对大型汽轮发电机同期并网合闸时间延长和冲击电流过大的原因进行了分析，并进行合闸相位角的计算。

同步发电机并列运行或者电厂发电机整定计算过程，一般只考虑了相位差对冲击电流的影响，在实际中发电机并列合闸时往往伴随多种因素共同作用，因此对冲击电流的计算要考虑多种因素混合作用。

文献[6]推导了双馈感应发电机空载连接瞬态冲击电流的表达式，分析了电压幅值差与相位差对冲击电流的影响，并提出相应的抑制冲击电流的措施。三相同步发电机对称运行时，可以等价考虑单相的效果，文献[7]通过对单相发电机有限元建模验证了频率差对冲击电流影响作用很小。并列合闸操作并非选择发电机与系统之间频率相同的时刻，而存在微小的频率差更容易使主发电机将待并列发电机拉入同步，因此影响冲击电流大小的主要因素是电压幅值差和相角差。

本文从分析同步发电机并列过程中引起冲击电流的原因和影响着手，推导了同时存在电压幅值差和相位差时冲击电流的计算公式，通过发电机组并列实例计算，给出了合理的参数差值范围，为发电机并列同期锁闭装置参数设置提供理论依据。

图1 发电机并列示意图

结论

本文分析了发电机并列过程中引起冲击电流的原因和影响，采用拉普拉斯变换，给出了存在电压幅值差和相位差时发电机冲击电流的计算式。以实际柴油发电机组并列作为算例，计算了合理的参数差值范围，经过上述的分析及计算，可以得到如下结论：

• 1）三相同步发电机并列运行时的冲击电流大小主要由并列合闸时电压差和相位差综合决定，并列时刻发电机组之间的频率差对冲击电流大小的影响较小。适当的频率差会使发电机组很快进入同步运行，但频率差过大会使发电机组会经历长时间振荡，甚至解列。
• 2）对于任意容量的发电机组并列运行操作时先调整待并列系统两侧电压幅值相等，但实际操作并列断路器合闸时总会同时存在电压幅值差和相角差，因此造成冲击电流的原因也是由电压幅值差和相角差共同决定的。
• 3）设置合理的并列断路器和同步装置的参数范围，可以减小由电压幅值差和相角差所引起的冲击电流，提高并列运行的成功率并加快并列速度，使系统安全、平稳的运行。