不一样节距的交流发电机可以并车操作吗？

摘要：不一样节距的交流发电机并联时的不兼容的危害，可以通过包括常规的交流电流检测在内的适当的检测机构清楚地看出。在机构空载运行时，观察从每个发电机流出的电流显示，环流将是较明显的柴油发电机。存在几种用于并车5/6节距交流发电机或不同节距的交流发电机的步骤，并且这些步骤中的较常见的将在本文中进行描述以及案例说明。

      发电机是基于法拉第电磁感应定律而来的，即一块金属，比如一根铜线，在磁场中运动，金属内部会出现电场。金属内部的电荷就会沿着电场流动。如果这块金属不是一个环，电荷就会积累在两端，以电压的形式存在，把这块金属接在一个回路中（回路除金属以外的其他部分并没有在磁场中），就发生了电流，于是，发电机发出了电。所以，发电机的基本原则就是固定住永磁体或者是金属，让金属或者是永磁体不停的运动。以康明斯斯坦福发电机为例，外形构造如图1、图2所示。

      从定义上讲，是指主定子中每个线圈两个高效边在定子上面跨过的距离（或是槽数），它与发电机极距（定子相邻两磁极间的距离）配合进行表述。当节距=极距，称为整距。整距设计时，发电机具有较优的输出电功率，即绕组线圈的利用率较大化。越接近整距的规划，代表着线圈利用率越优。

      若通过傅里叶级数将发波形分解，发电机电压波形中包含的是1（基波），3，5，7……等奇数次谐波。7次后的谐波分解影响较小，因此发电机主流设计中，具体考量的是3，5，7次谐波。

      当发电机并车时，两个发电机的瞬时电压幅值和频率在它们连接到公共母排处被迫达到完全相同。由交流发电机出现的电动势（emf）的差别将导致电流从具有过高瞬时电动势的发电机流到具有偏低瞬时电动势的发电机。以纯正基波电压波形和具有3次谐波的失真电压波形彼此迭加为例说明，即使这两个波形可能具有完全相同的电压高效值幅值（RMS均方根值），但在不一样的时间点，一个电压波形的瞬时值会高于另一个电压波形的瞬时值，反之亦然。当发电机在公共母排上连接在一起时，瞬时电压的差异将引起发电机之间的瞬时电流流动即出现3次谐波电流环流。因此，在并车之前，在发电机之间存在瞬时电压差的任何时间点处，被称为中性线环流的电流将在发电机之间循环流动，当存在可作为电流流经路径的机构中性线时更为明显。

      环流对交流发电机事故程度取决于电流的大小、系统中发电机的额定值以及机构中的保护装置对中性线或谐波电流的灵敏度。因为发电机输出电压波形的谐波含量随负荷变化，故而不一样节距发电机并机作业的负面危害可能在随负荷水平变化而变化，但一般详细关注的是在额定负载下的电流大小，因为此时交流发电机的内部温度通常将较高，并且较易于产生故障。

      在使用不一样节距发电机并车的四线系统中，应测定发电机中性线电流，以验证不一样节距发电机的并车运行不会导致系统运转问题或发电机过早故障。如果系统中没有其他相关问题，则设计者可以允许装置中存在一定量的中性线电流，并且通过交流发电机降额操作来补偿。降额因数计算如下：

交流发电机的较大允许负载（kVA）＝｛IR /（√I2R+I2N）｝(kVAgen)

      与交流发电机匹配的柴发并机系统如图3所示，工程实例如图4所示。

      在北美使用的中压系统中，每个高压柴油发电机的中性点通过中性接地电阻器接地。并车的中压发电机通过三角形（Δ）/星形（Y）接法的降压变压器所带实际负荷，由发电机产生的任何谐波失真保持在电力变压器的高压侧，并且与实际负载隔离。可以看出，当在中压下，来自电源的谐波失真可以忽略，因为它不会增加由负载产生的谐波失真。此外，发电机发生的任何3次谐波电压将保持在变压器的中压侧，并且不通偏低压配电装置中的中性点。

      在该示例中，一般使用2/3节距或5/6节距的中压交流发电机。操作5/6节距的交流发电机是由于还有一个额外的考虑。如前所述，5/6节距的交流发电机将发生一些3次谐波电压。如果发电机之间存在阻抗差异发电机组，则会有一定量的谐波电流通过电阻器和接地连接在它们之间循环。这些阻抗差别可能是由于轻微的交流发电机工艺区别，不同的电缆长度或不同的电阻值。在大多数情况下，阻抗差不足以大到对于该环流致使任何问题。交流发电机和电阻规格应考虑这一电流。很多时候，采取不受该电流影响的交流发电机和电阻器是较简易和较具成本效益的。

      当需要降低环流时，可以使用可选的接地步骤。这些程序包括使用电抗器代替电阻器或操作中性线转换办法。可以操作适配系统代替相同配置的电阻器。需要对适配系统进行适当选择和调整。另一种适配机构程序在以下关于“用于并列不一样节距的发电机的举措”的部分中描述。下面描述中性线转换方法。

      当发电机停止时，所有中性点接地开关均处于合闸状态。当发电机起动时，第一台成功合闸的发电机组，将保持其中性点接地开关的合闸状态，而所有其他发电机组的中性点接地开关则分闸。因为始终只有一台运转中的发电机的中性点连接到接地电阻器，发电机之间的所有环流无法形成通路。如果发电机机构需要与电网并联，则应断开已合闸的中性点接地开关。与所有接地方案一样，中性点接地电阻大小必须适当。该方式具有将由发电机产生的所有谐波电流保持在变压器的高压侧并且不增加负荷的谐波含量的相同好处。

      在北美，大多数柴油发电机组以480V线V线电压运转。在低压系统和MV/HV系统之间存在两个具体差别，其需要更仔细地采用交流发电机绕组节距。

（1）许多低压柴油发电机组包括连接在发电机和并联开关机构之间的中性线，该中性线也可以连接到各种低压负载。

（2）许多低压负荷是非线性的，并且在电力机构运行时在其上发生谐波。这些负荷包括变频器（VFD），不间断电源（UPS）和开关电源（SMPS）。如前所述，采用使其发生的总谐波失真较小的交流发电机对于低电压机构是重要的。

      2/3节距的交流发电机不会向总机构增加任何3次谐波。因此，2/3节距交流发电机是低压四线装置的较佳采取。

      市面上易见的发电机绕组节距设计具体分为2/3与5/6两种。而提到两种不同节距的设计，不得不提到的一个概念就是谐波。当交流发电机实载（线性负载或非线性负载）运转时，所有的交流发电机都会出现一定程度的谐波电压失真。发电机谐波太高，将会对发电机的运行带来较大的危害。

      当并列不同节距的交流发电机时，操作三线配电机构。通过减配发电机组母排和负荷之间的中性线，去除较具破坏性的谐波电流赖以流经的路径，谐波问题的较易发因由被较小化。虽然谐波电流仍然会在发电机中发生热量，但解除了谐波电流流经中性线发生高温的破坏性危害。

      当需要并列发电机组直接为单相负载供电时（电路中没有三角形/星形接法的变压器为负荷供应中性线种步骤可以减轻流经中性线的谐波电流的破坏性风险：仅连接类似节距电机的中性点（不同节距发电机中性点不连接），在不同节距交流发电机之间安装电抗器，或考虑到中性线谐波电流占用了部分中性线额定载流量，对交流发电机进行降额使用。

      低压装置通常需要具有接地的中性线。在并车应用中，为了使系统只有一个中性线接地点，该接地点的理想位置在系统开关机构中。同时必须考虑需要中性线连接的单相负载的大小与不需要中性线连接的三相负载的大小。只要系统中有足够的线对中性功率，系统负荷将自然平衡。在这种情况下必须小心，以确保没有中性线接地点的发电机不是第一个接入母排的，否则机构将没有中性线接地点。如果存在任何发电机必须被允许作为连接到母排的唯一发电机（例如在所有其他发电机组已经失效的事故情形下）的情况，则使用中性线接触器以确保仅类似节距的发电机的中性点之间进行连接，类似于北美以外中压/高压机构较多见的发电机并机配置。在该设计中，对于考虑中性点接触器的故障模式尤其关键。不管是在合闸还是在分闸模式下，中性线接触器的合闸损坏，都应当发出警报。中性线接触器应操作具有位置反馈信号不当自诊断用途的双位置指示触点（来自不一样开关的一个“a”合闸状态和一个“b”分闸状态），以更确定中性线接触器的合分闸状态。

      可以将适配机构安装在不一样节距发电机之间的中性点之间，以减少中性线环流。适配装置可以调谐到产生较大问题的特定谐波频率，即150/180Hz。

      使用适配机构的主要问题是其成本和其设计的定制性质，使得它们难以快速到货和安装。此外国产十大品牌发电机排名，适配装置的事故可能长时间未被检查到，引起装置中性线高效连接的改变和潜在的意外危险。

      通过以上描述，我们不难发现，两种不同节距的发电机布置，具体考量的就是线圈的优化利用与尽可能降低所有频率的谐波电压。2/3节距通常应用三相四线系统中，在低压配电系统中三相的3次（及3的倍数次）谐波电流直接流经中性线并在中性线迭加，从而引起较高的谐波失真和潜在中性线过热的风险。正由于这样，大部分低压发电机都选取2/3节距。总体来讲，2/3节距主要运用于：低压陆用发电机组（电压小于1000V）；单相敏感负荷（如：单相整流器，气体放电照明）；并车运转时（包含中高压-电压大于1000V）；与其他发电机组并列，且中性点并接；与电网并车，中性点分别接地。