設(shè)備裝配與整機(jī)調(diào)試 |
多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的冗余并聯(lián)系統(tǒng)圖解 |
摘要:在工業(yè)發(fā)電機(jī)領(lǐng)域,術(shù)語(yǔ)“并聯(lián)發(fā)電機(jī)”通常是指2個(gè)或更多柴油發(fā)電機(jī)彼此物理連接,柴油發(fā)電機(jī)的電力輸出同步并連接到一個(gè)公共的主配電板上的總線,這會(huì)創(chuàng)建一個(gè)管道,允許將組合的電力輸出傳送到設(shè)施。為了并聯(lián)同步工作,連接的柴油發(fā)電機(jī)必須在幾個(gè)規(guī)格上相互匹配,包括螺距、電壓、相位和頻率。
一、發(fā)電機(jī)組并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
1、增加電源容量
發(fā)電機(jī)組并聯(lián)系統(tǒng)允許可擴(kuò)展性,并且能夠隨著業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)增加額外的電力,并聯(lián)系統(tǒng)組成如圖1所示。提前規(guī)劃特別容易,當(dāng)需要更多功率容量時(shí),可以將額外增加的柴油發(fā)電機(jī)連接到并聯(lián)系統(tǒng)中,并且能方便地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展發(fā)電機(jī)組的并機(jī),令初步投資更顯經(jīng)濟(jì)。
2、優(yōu)化效率
在大多數(shù)應(yīng)用中,電氣負(fù)載不會(huì)保持恒定水平。電力需求的變化可能導(dǎo)致單個(gè)較大的發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)低于其最佳電力容量,從而降低效率并可能導(dǎo)致燃料問(wèn)題。并聯(lián)系統(tǒng)可以很好地處理負(fù)載變化,發(fā)電機(jī)可以在額定容量的最佳75-80%下保持運(yùn)行,最大限度地提高效率、燃料和維護(hù)成本。
3、更靈活、更輕松的維護(hù)
即使在維護(hù)期間,并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)也可以使應(yīng)急備用電源系統(tǒng)保持活動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)N+1并聯(lián)配置,一臺(tái)發(fā)電機(jī)可以完全離線進(jìn)行維護(hù),而其余發(fā)電機(jī)處理所需的負(fù)載。這可能會(huì)消除維護(hù)期間對(duì)租賃設(shè)備的需求,或消除完全關(guān)閉備用電源系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)。
4、為關(guān)鍵負(fù)載增加冗余
冗余系統(tǒng)如圖2所示。并聯(lián)系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成,如果一臺(tái)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障,電力負(fù)載會(huì)優(yōu)先在系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)之間重新分配。這意味著即使其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障,最關(guān)鍵的應(yīng)急元件也將具有維持電力所需的冗余。從歷史上看,這一直是企業(yè)使用并行配置的主要原因之一以創(chuàng)建冗余并保持電源連續(xù)性。
圖1 多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)示意圖 |
圖2 柴發(fā)機(jī)組并機(jī)冗余控制系統(tǒng)示意圖 |
二、發(fā)電機(jī)組并聯(lián)方法
檢查和調(diào)整待并康明斯發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、初相位,使之滿足準(zhǔn)同步并車的條件,然后進(jìn)行合閘,使發(fā)電機(jī)拉入同步。如果由手工完成這個(gè)過(guò)程,稱為手動(dòng)準(zhǔn)同步并車操作;若由自動(dòng)裝置來(lái)完成,則稱為自動(dòng)并車操作。當(dāng)待并發(fā)電機(jī)組起動(dòng),并建立了電壓之后,可通過(guò)發(fā)電機(jī)控制屏上的電壓表檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)電壓是否與運(yùn)行機(jī)的電壓相等,應(yīng)使電壓差在±10%以內(nèi)。只要發(fā)電機(jī)調(diào)壓器工作正常,一般都能滿足這個(gè)要求,無(wú)需特別調(diào)整。手動(dòng)并車操作關(guān)鍵要檢測(cè)和調(diào)整待并機(jī)的頻率和初相位,使之滿足準(zhǔn)同步并車要求。要注意的是,不應(yīng)在電網(wǎng)負(fù)載波動(dòng)比較大(如有大功率電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、變速等)的情況下進(jìn)行并車操作。一般通過(guò)“調(diào)速開(kāi)關(guān)”來(lái)調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,使待并機(jī)的頻率接近運(yùn)行機(jī)的頻率。然后進(jìn)一步
檢測(cè)待并機(jī)與電網(wǎng)的頻率差是否小于0.5 Hz,初相位是否一致。檢測(cè)這兩個(gè)并車條件的方法有同步指示燈法和整步表法,電路如圖3所示。
1、同步指示燈法
根據(jù)同步指示燈的不同連接方式可分為燈光明暗法和燈光旋轉(zhuǎn)法。
(1)燈光明暗法
將三盞同步指示燈分別跨接在待并車發(fā)電機(jī)和運(yùn)行發(fā)電機(jī)的對(duì)應(yīng)相上,每個(gè)燈泡兩端的電壓就是兩對(duì)應(yīng)相之間的電壓差值。燈泡上所加電壓的大小隨相位差的變化而變化,在頻率不相等時(shí),其相位差隨時(shí)間進(jìn)行周期性的變化,燈泡就明暗交替變化。當(dāng)相位差為0時(shí),三個(gè)燈泡所加電壓為零,同時(shí)熄滅,當(dāng)相位差為180°時(shí),三盞燈泡所加電壓最大,燈泡最亮。設(shè)頻率差為Δf,則相位差為2πΔf,燈光變化一個(gè)周期所需時(shí)間為T s=1。頻差Δf越大,燈光變化的周期越短,當(dāng)燈光變化周期大于2 s時(shí),才能符合頻差并車條件。為了可靠抓獲在同相位點(diǎn)(即燈全滅時(shí))合閘,一般調(diào)整頻差0.25 Hz(周期≥4 s),然后,在燈光全滅的中間期果斷合閘。
(2)燈光旋轉(zhuǎn)法
將三盞同步指示燈的其中一盞接在電網(wǎng)與待并機(jī)的對(duì)應(yīng)A相上,其余兩盞分別交叉跨接在電網(wǎng)的B相(C相)與待并機(jī)的C相(B相)上(即三盞同步指示燈一盞對(duì)接,兩盞叉接)。當(dāng)頻率差為Δf時(shí),三盞燈泡輪流熄滅,頻差越大燈光旋轉(zhuǎn)的速度越快,頻差方向改變,燈光旋轉(zhuǎn)的方向也改變。手動(dòng)準(zhǔn)同步并車操作時(shí),應(yīng)選擇三盞同步指示燈順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為3~5 s,同時(shí)對(duì)接相燈熄滅而兩盞叉接相燈同樣亮?xí)r,果斷合閘。
燈光旋轉(zhuǎn)法不僅能檢測(cè)頻差的大小,而且可以檢測(cè)頻差的方向,燈光明暗法,只能檢測(cè)頻差的大小,頻差的方向需通過(guò)兩頻率表讀數(shù)的比較才能知道。如果出現(xiàn)燈光明暗法變成燈光旋轉(zhuǎn)法、或燈光旋轉(zhuǎn)法變成燈光明暗法,原因有兩種可能,一是待并機(jī)與電網(wǎng)相序相反;另一種是同步指示燈接線錯(cuò)誤。
2、整步表法
為了驗(yàn)證發(fā)電機(jī)組是否滿足并聯(lián)條件, 可用電壓表檢查電勢(shì),是直接接法或交叉接法女并聯(lián)的方法叫“準(zhǔn)整步法”。此時(shí)還有用“自準(zhǔn)步法”進(jìn)行并聯(lián),分述如下。
(1)準(zhǔn)整步表法
用整步表將被試發(fā)電機(jī)并聯(lián)于電網(wǎng),實(shí)際發(fā)電機(jī)里的并聯(lián)裝置,一般是在相序預(yù)先正確的情況下,然后再考慮并聯(lián)方法,有的采用操作簡(jiǎn)單而裝置復(fù)雜的自動(dòng)控制裝置,只屬操作按鈕即可;有的則采用習(xí)慣上叫,“同期小盤“上的準(zhǔn)步表(又叫同步指示器)來(lái)尋找合閘時(shí)機(jī)進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)“同期小盤“上還裝有兩只電壓表合兩只頻率表,用來(lái)監(jiān)測(cè)同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓和頻率,用整步表將同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的原理,其實(shí)質(zhì)與燈光法相同,也即用整步表指示出同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的頻率差與相位差,但相序必須正確,生產(chǎn)實(shí)際中一般是在安裝時(shí)就已考慮其相序的問(wèn)題了,實(shí)驗(yàn)室不用燈光法時(shí),可用相序表來(lái)測(cè)量發(fā)電機(jī)的相序使之和電網(wǎng)的相序一致.通常用的整步表根據(jù)其原理的不同可分為電動(dòng)式和磁電式兩種。其接線和使用方法稍有不同。
(2)自整步表法
用上述方法并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是能使新投入的發(fā)電機(jī)和另一臺(tái)發(fā)電仙不受或受輕微的沖擊,但手工操作較費(fèi)時(shí),當(dāng)然采用自動(dòng)控制裝置時(shí)新發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行,情況尚為好些,但其裝置比較復(fù)雜,而當(dāng)電網(wǎng)某機(jī)組出現(xiàn)事故,突然退出運(yùn)行而要求起動(dòng)另外一臺(tái)機(jī)組并聯(lián)與電網(wǎng)時(shí),由于此電網(wǎng)的電壓和頻率都在不斷的變化,要具備準(zhǔn)整步條件比較困難,情況又比較緊急,于是就采用“自整步法”來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行。其方法是:“先將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁組,經(jīng)過(guò)約等于勵(lì)磁若組電阻10倍的電阻短路,當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升至同步速時(shí)(電繼和電網(wǎng)的頻率差在5%),先合上并聯(lián)開(kāi)關(guān),接著加上勵(lì)磁,即可利用電機(jī)的“自整步作用“使它迅速牽入同步。
圖3 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)接線圖 |
三、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的功率調(diào)節(jié)
同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后,常常屬要改變它的有功功率和無(wú)功功率。如希望增加發(fā)電機(jī)輸出的有功功率,根據(jù)功率平衡的觀點(diǎn),只要增加原電機(jī)的輸入功率。
1、有功功率的調(diào)節(jié)
有功功率的調(diào)節(jié)即柴油機(jī)輸入功率的調(diào)節(jié),方法如圖4所示。同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián),當(dāng)發(fā)電機(jī)剛投入電網(wǎng)還沒(méi)有向電網(wǎng)送出有功負(fù)荷時(shí),如忽略發(fā)電機(jī)空載損失,則此時(shí)發(fā)電機(jī)處于“空接”在電網(wǎng)上的狀態(tài)。如果要向電網(wǎng)發(fā)出有功功率,就必須增加發(fā)電機(jī)的輸入功率,增大柴油機(jī)的出力,增加柴油機(jī)的力矩。由于作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上力矩的增大,就使轉(zhuǎn)子加速,于是發(fā)電機(jī)主磁極的位置將逐步超前,隨些主極的超前,發(fā)電機(jī)激磁電勢(shì)(E?)將超前于端電壓(電網(wǎng)電壓ù),相應(yīng)的,功率角(δ)及電磁功率(Pm)將逐步增大,這樣輸入功率和輸出功率之間將逐步恢復(fù)平衡,保持在新的工作點(diǎn)同步運(yùn)行。
有功功率調(diào)節(jié)應(yīng)重視的幾個(gè)問(wèn)題:
(1)增加有功功率的速度應(yīng)遵照有關(guān)規(guī)程的規(guī)定,或制造廠家的要求。有功功率增加的速度不宜太快,否則將對(duì)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)然也不應(yīng)無(wú)根據(jù)的限制有功功率增長(zhǎng)的速度,這將延誤供電時(shí)間,特別是在事故情況下,尤為重要。
(2) 有功功率的調(diào)節(jié)還要特別注意柴油機(jī)輸入功率的配合問(wèn)題,要充分注意負(fù)荷的調(diào)整,使其協(xié)調(diào)。
(3) 靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題
同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定即是指在柴油發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)方面,運(yùn)行參數(shù)發(fā)生一些微小的擾動(dòng),在擾動(dòng)消除后,發(fā)電機(jī)又能恢復(fù)到原先的狀態(tài)繼續(xù)同步運(yùn)行的能力,稱為靜態(tài)穩(wěn)定(如圖2所示)。
圖4 發(fā)電機(jī)并聯(lián)時(shí)有功功率的調(diào)節(jié) |
圖5 發(fā)電機(jī)并聯(lián)時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定 |
2、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)
無(wú)功功率的調(diào)節(jié)即是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的調(diào)節(jié)。為了討論上的方便暫假設(shè):有功功率恒定不變(柴油機(jī)輸入功率不變),要改變并網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率,根據(jù)公式
P2=mUIaCOSΦ=常數(shù)
P2=m(UE0)/Xs*sinδ=常數(shù)
以上兩種公式中均為必然滿足IaCOSΦ=常數(shù);E0sinδ=常數(shù)。有功功率保持不變時(shí),調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率的方法,就是改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流?!?/span>
(1)正常勵(lì)磁:
正常勵(lì)磁即發(fā)電機(jī)的全部輸出功率均為有功功率。即cosφ=1,此時(shí)發(fā)電機(jī)的激磁電勢(shì)為E。
(2) 過(guò)勵(lì):
增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁,使其超過(guò)“正常勵(lì)磁”稱為過(guò)勵(lì)。
(3)欠勵(lì):
減少發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁,使其小于“正常勵(lì)磁”稱為欠勵(lì)。
無(wú)功功率調(diào)節(jié)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題:
(1) 由于發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行,電網(wǎng)電壓視為恒定值,調(diào)整勵(lì)磁不會(huì)引起電壓的變化。
(2)調(diào)節(jié)勵(lì)磁可以調(diào)節(jié)無(wú)功功率,但只能調(diào)節(jié)無(wú)功功率,而不能改變有功功率。
(3)調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)應(yīng)注意,不要使其超過(guò)勵(lì)磁電源或發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的允許值,以免出現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組過(guò)熱現(xiàn)象。
(4) 注意發(fā)電機(jī)電樞電流,保持不超過(guò)發(fā)電機(jī)視在功率,以防引起發(fā)電機(jī)電樞繞組過(guò)電流。
總結(jié):
柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)置通常最好由電氣工程師或合格的發(fā)電機(jī)技術(shù)人員處理。然而,隨著并聯(lián)系統(tǒng)變得越來(lái)越流行,一些制造商現(xiàn)在將其作為新發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)功能。新的集成可以很簡(jiǎn)單,只需在發(fā)電機(jī)之間連接一條非專有通信電纜(通常是以太網(wǎng)),并使用內(nèi)置控制系統(tǒng)來(lái)管理并聯(lián)負(fù)載。配備適當(dāng)?shù)陌l(fā)電機(jī)控制器能夠自動(dòng)監(jiān)控負(fù)載需求,并動(dòng)態(tài)調(diào)整每臺(tái)發(fā)電機(jī)的負(fù)載,以實(shí)現(xiàn)最有效的負(fù)載分配。它甚至可以關(guān)閉然后重新啟動(dòng)一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī),以適應(yīng)波動(dòng)的負(fù)載需求。
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