柴油發電機和汽輪機進行并車（并聯運行），通常出現在復雜的電站或大型工業設施中，目的是為了整合不同電源的優勢，實現更靈活、經濟和可靠的供電。

由于柴油機和汽輪機作為原動機的特性截然不同，它們的并車比同類型機組并車要復雜得多。

下面詳細解釋其核心原理、關鍵挑戰、操作步驟和注意事項。

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一、 核心原理

并車的基本原理與兩臺柴油發電機并車相同：必須在滿足以下四個條件時，才能合上并聯開關：

1. 電壓相等
2. 頻率相等
3. 相位相同
4. 相序一致（在首次接線時已確保，日常操作不檢查）

二、 關鍵挑戰與特殊性

柴油發電機和汽輪機并車的最大困難源于它們的原動機特性和調速系統響應的巨大差異。

特性 柴油發電機 汽輪發電機
動力來源 燃油在氣缸內爆燃 高溫高壓蒸汽膨脹
功率密度 高，體積小，啟動快 相對較低，體積龐大
啟動時間 極快（秒級/分鐘級） 極慢（數分鐘至數十分鐘）
慣性 小（轉子相對輕） 大（轉子非常重）
調速響應 非常迅速、靈敏 緩慢、有延遲
負載承受 善于應對突加負載 善于承擔基本負荷

核心挑戰：功率振蕩與負載分配不穩定

· 響應速度不匹配： 當電網負載發生變化時，柴油機的調速器會瞬間響應，迅速改變燃油供給以維持轉速。而汽輪機的調速系統由于蒸汽系統的熱慣性和大轉子的機械慣性，響應要慢得多。
· “搶負載”現象： 假設總負載增加，柴油機由于其快速的響應特性，會立即增加輸出功率，試圖穩定頻率。而此時汽輪機還未來得及響應，其功率輸出相對下降，相當于柴油機“搶”走了本應由汽輪機承擔的一部分負載。
· 功率振蕩： 隨后，汽輪機的調速系統開始緩慢動作，增加蒸汽量，功率開始上升。這會導致系統頻率略有升高，柴油機檢測到頻率升高后，又會迅速減少燃油，降低功率。這個過程會形成一個持續的功率振蕩——柴油機的功率快速波動，汽輪機的功率緩慢追隨，整個系統無法穩定。

三、 并車操作步驟

由于汽輪機啟動緩慢，通常以汽輪發電機作為“運行機”（參考電源），柴油發電機作為“待并機”。

1. 準備與啟動：
   · 啟動汽輪發電機組，緩慢升速至額定轉速。
   · 通過自動電壓調節器（AVR）建立額定電壓。
   · 將汽輪發電機投入空載母線，作為電網的基準電源。
2. 啟動待并機：
   · 啟動柴油發電機組，使其達到額定轉速和電壓。
3. 同步調節：
   · 調節柴油機轉速： 通過柴油機的調速器，精細調節其轉速，使其頻率略高于電網頻率（約0.1-0.3 Hz）。這樣可以確保并車后柴油機能立即帶上一點負載，而不是被拉入電動機狀態。
   · 調節電壓： 通過柴油機的AVR，使其輸出電壓與電網電壓相等。
   · 觀察同步表： 在同步屏上觀察同步表（Synchroscope）。指針應緩慢順時針旋轉，表示待并機頻率稍高。當指針接近12點（0度相位差）位置時，做好準備。
4. 并車合閘：
   · 在同步表指針即將到達12點位置前的瞬間，手動或自動發出合閘指令，將柴油發電機斷路器合上。
   · 關鍵： 由于柴油機頻率稍高，并車成功后它會立即承擔一部分有功負載。
5. 負載分配與穩定：
   · 這是最關鍵也是最困難的步驟。
   · 有功功率分配： 增加柴油機的油門（設定），使其承擔更多的有功功率（kW）；同時相應降低汽輪機的蒸汽進氣門開度，使其減少有功功率輸出。這個過程需要緩慢、精細地進行，直到達到預想的功率分配比例（例如，汽輪機承擔80%的基本負荷，柴油機承擔20%的調峰負荷）。
   · 無功功率分配： 通過調節兩臺發電機的AVR，分配無功功率（kVAR），確保功率因數在合適范圍。

四、 解決方案與最佳實踐

為了克服不穩定性，現代系統通常采用以下技術：

1. 采用下垂控制（Droop Control）：
   · 這是并聯運行的標準方法。為兩臺機組都設置有功-頻率下垂特性（例如，3%或4%的下垂率）。
   · 當負載增加導致頻率下降時，兩臺機組會根據各自的下垂特性，按固定的比例增加功率輸出，從而實現自然、穩定的負載分配。這可以減少柴油機“搶負載”的現象。
2. 使用自動負載分配控制器（LSU）：
   · 這是更先進的解決方案。控制器實時監測兩臺機組的功率輸出，并通過輸出信號微調各自的調速器設定點。
   · 當檢測到柴油機因響應過快而功率上升時，控制器會暫時抑制其調速信號，等待汽輪機的功率跟上，從而主動抑制功率振蕩。
3. 明確的角色分工：
   · 在規劃系統時，就讓汽輪機承擔基本負荷，保持其功率輸出相對穩定。
   · 讓柴油機承擔調峰負荷或備用角色，應對負載波動。這樣可以最大化發揮各自優勢，減少相互干擾。

總結

柴油發電機和汽輪機的并車在技術上是可行的，但成功的關鍵在于理解和處理它們動態響應特性的巨大差異。

· 核心難點： 快速響應的柴油機與慢速響應的汽輪機之間的功率分配不穩定。
· 操作關鍵： 精細的同步操作，以及并車后緩慢、協調的負載轉移。
· 技術保障： 必須依賴下垂控制或更高級的自動負載分配控制器，才能實現長期、穩定的并聯運行。

如果沒有適當的控制策略，強行將它們并聯，很可能會導致系統振蕩、保護跳閘，甚至設備損壞。