新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)控制原理和系統(tǒng)組成圖解

 

摘要：為了保證柴油發(fā)電機(jī)組供電的可靠性，提高供電質(zhì)量（電壓和頻率），增加運(yùn)行的靈活性，做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，往往需要將柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。然而多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行也不是一件簡(jiǎn)單的事，因此，康明斯公司在本文中針對(duì)性的介紹了柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)系統(tǒng)的組成、引用標(biāo)準(zhǔn)和工作條件及實(shí)現(xiàn)的各種具體方法；并詳述了柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)有功功率及無(wú)功功率的調(diào)節(jié)與分配。

 

一、并聯(lián)運(yùn)行的的標(biāo)準(zhǔn)和條件

 

      為了滿(mǎn)足大負(fù)荷或不間斷供電要求，需要啟動(dòng)兩臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)供電。柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)控制系統(tǒng)是可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和交流電機(jī)的特點(diǎn)及不同用戶(hù)的特殊需求而度身定制。與各種類(lèi)柴油發(fā)電機(jī)組的配合能使其優(yōu)越性能得到更好的發(fā)揮，并同時(shí)滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需求。

1、適用標(biāo)準(zhǔn)

      本系統(tǒng)適用以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)

● IEC529（1989）封閉設(shè)備防護(hù)等級(jí)

● IEC947（1995）低壓開(kāi)關(guān)柜和控制柜通用標(biāo)準(zhǔn)

● IEC455（1992）低壓開(kāi)關(guān)柜和控制柜裝配標(biāo)準(zhǔn)

（2）中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

● GB4208-84外殼防護(hù)等級(jí)的分類(lèi)

● GB4200-84低壓電氣外殼防護(hù)等級(jí)

● GB7251-87低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備

2、工作條件

      在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以防止同步柴油發(fā)電機(jī)組受到損壞、電網(wǎng)遭受干擾。此時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組在電氣上要滿(mǎn)足4個(gè)基本條件：

（1） 相序

      待并柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓的相序必須和已運(yùn)行柴油發(fā)電機(jī)組的相序一致。

（2） 頻率

      待并柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓的頻率和已運(yùn)行柴油發(fā)電機(jī)組的頻率相等。

（3） 電壓

      待并柴油發(fā)電機(jī)組的電壓和已運(yùn)行柴油發(fā)電機(jī)組的電壓相等。

（4） 相位

      待并柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓的相位和已運(yùn)行柴油發(fā)電機(jī)組電壓的相位相同。

      上述條件不滿(mǎn)足任何一條，都會(huì)因瞬時(shí)值不等而出現(xiàn)環(huán)流。其中相序相同必須嚴(yán)格遵守，其它三個(gè)條件允許稍有出入。一般說(shuō)來(lái)，相序可由設(shè)計(jì)制造及安裝自動(dòng)滿(mǎn)足，對(duì)于沒(méi)有標(biāo)明轉(zhuǎn)向和相序的電機(jī)，可以利用相序指示器來(lái)確定，并聯(lián)時(shí)將主要檢查頻率及電壓的大小和相位。

 

二、并聯(lián)系統(tǒng)組成

 

      并機(jī)控制系統(tǒng)由1套集中式“并聯(lián)主控制柜”和8個(gè)帶有“并機(jī)控制模塊”的隨機(jī)安裝的并機(jī)分控柜組成，發(fā)電機(jī)組并車(chē)控制模塊和控制系統(tǒng)采用原裝進(jìn)口數(shù)字化模塊。

1、并聯(lián)主控制柜

（1）并聯(lián)主控制柜（康明斯原廠產(chǎn)品）是以微處理器為中心的集成控制系統(tǒng)，功能分布如圖1所示。并車(chē)控制系統(tǒng)應(yīng)采用雙機(jī)熱備系統(tǒng)，具有冗余備份功能。當(dāng)1套系統(tǒng)宕機(jī)后，不影響發(fā)電機(jī)的并機(jī)。

（2）控制柜有最新版本的控制面板主控制柜柜體為落地直立式，采用PLC及觸摸屏對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)那個(gè)邏輯控制和外部接口通信。過(guò)一個(gè)高分辨率可編程圖形界面板，操作者可以完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)整個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

（3）PLC可以控制各個(gè)市電回路及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各開(kāi)關(guān)柜分合閘及故障監(jiān)控，在觸摸屏中可清晰顯示及操作各斷路器。通過(guò)分層菜單為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種控制功能，并且為操作者以中文顯示信息，使操作者很容易理解，并且可以迅速了解系統(tǒng)的功能和操作方法。

2、并聯(lián)分控制柜

      每臺(tái)發(fā)電機(jī)組分控柜都具備集成調(diào)速和調(diào)壓功能，可以綜合發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速和發(fā)電機(jī)調(diào)壓功能，即有并聯(lián)檢測(cè)、并聯(lián)合閘、負(fù)載分配等功能，功能分布如圖2所示。并有足夠的控制功能和獨(dú)立的操作能力，即使其它發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障，系統(tǒng)仍然可以自主安全運(yùn)行。避免個(gè)別發(fā)電機(jī)組的故障造成整個(gè)系統(tǒng)控制失靈的缺陷。每臺(tái)發(fā)電機(jī)組控制屏具有自動(dòng)、手動(dòng)同步和負(fù)載分配功能.以便在主控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組可以分別與母排實(shí)現(xiàn)手動(dòng)并聯(lián).發(fā)電機(jī)組通過(guò)手動(dòng)并聯(lián)后，所有在線(xiàn)并聯(lián)發(fā)電機(jī)組可按比例進(jìn)行負(fù)載分配。在發(fā)電機(jī)組正常測(cè)試周期帶測(cè)試負(fù)載（低壓模擬負(fù)載）測(cè)試時(shí)，控制試驗(yàn)負(fù)載（高壓電阻箱）斷路器的閉合和斷開(kāi)，不影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。并聯(lián)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙畫(huà)面并機(jī)操作，具有最新版本的控制面板，控制屏顯示菜單必須為中英文（可選）液晶顯示狀態(tài)和參數(shù)。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)主控制柜界面圖

圖2  柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)分控制柜界面圖

 

三、投入并聯(lián)的方法

 

      在電力系統(tǒng)中，為了投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程，稱(chēng)為同步過(guò)程。同步又可分為自同步和準(zhǔn)同步兩種方式。

1、自同步方式

      自同步并聯(lián)運(yùn)行的操作是將未加勵(lì)磁電流的柴油發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速升到接近額定轉(zhuǎn)速；然后，把柴油發(fā)電機(jī)組投入并聯(lián)，再立即加上直流勵(lì)磁，此時(shí)，依靠定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，即可把轉(zhuǎn)子自動(dòng)牽入同步。自同步法的優(yōu)點(diǎn)是，投入迅速，不需要增添復(fù)雜的裝置，缺點(diǎn)是投入時(shí)定子電流沖擊稍大。

2、準(zhǔn)同步方式

      準(zhǔn)同步方式是將待并柴油發(fā)電機(jī)組在投入系統(tǒng)前通過(guò)調(diào)速器調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速；通過(guò)勵(lì)磁調(diào)整裝置調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁電流，使柴油發(fā)電機(jī)組端電壓接近系統(tǒng)電壓；在同步條件中的頻差及壓差滿(mǎn)足給定值時(shí)，選擇在零相角差到來(lái)前的合適時(shí)刻合上開(kāi)關(guān)，柴油發(fā)電機(jī)組迅速被拉入同步運(yùn)行。準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)是，投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)基本沒(méi)有沖擊。

     根據(jù)自動(dòng)化程度的高低，準(zhǔn)同步方式又可分為手動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行和自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行。其中，手動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行包括燈光熄滅法（直接接法）、燈光旋轉(zhuǎn)法（交叉接法）、粗同步法等；自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行有晶體管自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行、繼電器自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行和單片機(jī)控制自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行等。

      隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)自動(dòng)控制的并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)得到了很大的應(yīng)用。由單片機(jī)控制的自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行裝置具有體積小、成本低、控制靈活等顯著的優(yōu)越性，因此，自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制已是一種趨勢(shì)。其原理是，根據(jù)前面柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的條件，利用單片機(jī)檢測(cè)柴油發(fā)電機(jī)組的電壓差、頻率差和相位差，并根據(jù)該差率的大小自動(dòng)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)差值非常小，認(rèn)為已滿(mǎn)足條件時(shí)，發(fā)出合閘脈沖，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。

      從上述分析可看出，只要掌握了柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的條件，充分熟悉各種并聯(lián)的方法，就可根據(jù)工程的具體情況，適當(dāng)?shù)剡x用某種并聯(lián)方式。既可做到操作簡(jiǎn)便、迅速，可靠性高，又可防止并聯(lián)瞬間出現(xiàn)的沖擊電流和電壓波動(dòng)。但是，柴油發(fā)電機(jī)組同步運(yùn)行后，還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，就是對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行功率分配。

 

四、有功和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)與分配

 

      在多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)中，負(fù)載的任何變化都會(huì)引起頻率和電壓的波動(dòng)，導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)組間出現(xiàn)功率交互振蕩。三相四線(xiàn)制中在中線(xiàn)形成的以三次諧波為載波的調(diào)幅電流，又加劇了功率振蕩?？梢?jiàn)要使并聯(lián)發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)組均分負(fù)荷是必要的。所謂均分負(fù)荷，則力求把并聯(lián)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)的一致，即有功功率按容量大小成比例分配，無(wú)功功率的分配則力求把所有柴油發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)調(diào)的一致。

1、有功功率的調(diào)節(jié)與分配

      柴油發(fā)電機(jī)組輸出的有功功率是由原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率轉(zhuǎn)化而來(lái)的，這樣，改變并聯(lián)運(yùn)行同步柴油發(fā)電機(jī)組有功功率的分配必須通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)速器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而柴油發(fā)電機(jī)組要求原動(dòng)機(jī)能保持恒定的轉(zhuǎn)速，使得頻率穩(wěn)定，因此，調(diào)頻與調(diào)載間有著內(nèi)在的聯(lián)系。

      目前，在我國(guó)由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)差距比較大，各地裝配的柴油發(fā)電機(jī)組種類(lèi)繁多，功率的調(diào)節(jié)與分配方式也各種各樣，既存在手動(dòng)控制，又存在自動(dòng)控制等。下面將對(duì)自動(dòng)控制做簡(jiǎn)單的介紹。對(duì)電網(wǎng)頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)和功率的自動(dòng)分配，有許多不同的方案可供采用，有模擬式控制系統(tǒng)和數(shù)字式控制系統(tǒng)兩種。在控制系統(tǒng)的控制下能經(jīng)常地保持電網(wǎng)的頻率為額定值，電力系統(tǒng)的負(fù)荷則按給定比例進(jìn)行分配。

      模擬式控制系統(tǒng)原理如圖3所示。負(fù)荷分配器中的功率測(cè)量電路在并行電纜（平衡鏈）中產(chǎn)生一個(gè)正比于柴油發(fā)電機(jī)組有功功率的直流信號(hào)。由于所有的并行電纜都連接在一起，當(dāng)有功功率分配不均衡時(shí)，并行電纜之間將產(chǎn)生電流信號(hào)，負(fù)荷分配器偵測(cè)到該信號(hào)時(shí)，自動(dòng)對(duì)該柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)有功功率的調(diào)節(jié)與分配。

      數(shù)字式控制系統(tǒng)則主要是用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制功率的調(diào)節(jié)與分配，控制器外觀示意圖如圖4所示。首先，利用單片機(jī)測(cè)出各發(fā)電機(jī)組的功率以及功差（指各發(fā)電機(jī)組的功率與平均功率的差值），再根據(jù)功差的大小對(duì)調(diào)速器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，以達(dá)到消除功差的目的，從而實(shí)現(xiàn)有功功率的調(diào)節(jié)與分配。

 

圖3  柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制原理模擬圖

圖4  柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)字智能控制器

 

2、無(wú)功功率的自動(dòng)分配

      改變并聯(lián)運(yùn)行的同步柴油發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率的分配是通過(guò)改變各臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，又因?yàn)閯?lì)磁電流與同步柴油發(fā)電機(jī)組的電勢(shì)直接相關(guān)，因此，無(wú)功功率的分配與電壓的調(diào)節(jié)是密不可分的。柴油發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器能改變勵(lì)磁電流，以自動(dòng)維持柴油發(fā)電機(jī)組端電壓的恒定，同時(shí)其附加裝置也調(diào)整了無(wú)功功率，使并聯(lián)運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)組間的無(wú)功功率得到合理的分配。柴油發(fā)電機(jī)組間的無(wú)功功率的分配，又取決于電壓調(diào)節(jié)器的電壓調(diào)整特性。最常用的是采用均具有有差電壓調(diào)整特性的柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，為了達(dá)到這一要求，通常在柴油發(fā)電機(jī)組間增設(shè)調(diào)差裝置和均壓連線(xiàn)。

（1）調(diào)差裝置

      在按電壓偏差A(yù)U，調(diào)壓的勵(lì)磁系統(tǒng)中，調(diào)差系數(shù)足，一般是很小的，甚至幾乎接近是無(wú)差的。這樣，在柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，就會(huì)使無(wú)功功率的分配不穩(wěn)定。為了使調(diào)壓特性曲線(xiàn)具有足夠傾斜度的有差調(diào)整特性，且Ke相同，以穩(wěn)定而平均的分配無(wú)功功率，所以，在調(diào)壓器上加裝可以改變調(diào)差系數(shù)的裝置。

（2）均壓連線(xiàn)

      均壓線(xiàn)根據(jù)連接在勵(lì)磁硅整流器的直流側(cè)還是交流側(cè)可以分為直流均壓線(xiàn)和交流均壓線(xiàn)。

① 直流均壓線(xiàn)

      直流均壓線(xiàn)接線(xiàn)圖如圖5所示。對(duì)相同容量柴油發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行，可采用直流均壓線(xiàn)來(lái)使各柴油發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流在任何時(shí)候都相等，以保證各柴油發(fā)電機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷在任何時(shí)候都平均分配，如圖2所示。當(dāng)兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流不同時(shí)，均壓線(xiàn)上將出現(xiàn)平衡電流，使兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流保持相等。

② 交流均壓線(xiàn)

      直流均壓線(xiàn)接線(xiàn)圖如圖6所示。對(duì)不同容量的柴油發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行，可采用交流均壓線(xiàn)，如圖3所示，其作用原理與直流均壓聯(lián)接基本相同。由圖可見(jiàn)，將兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)壓裝置的移相電抗器通過(guò)均壓線(xiàn)并聯(lián)。當(dāng)兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)電壓差時(shí)，通過(guò)均壓線(xiàn)使柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓均衡，以保持無(wú)功負(fù)荷分配均衡，交流均壓線(xiàn)對(duì)無(wú)功負(fù)荷分配好、均壓電流小，但并聯(lián)運(yùn)行時(shí)沖擊電流較大。

 

圖5  柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)系統(tǒng)直流均壓連線(xiàn)法.

圖6  柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)系統(tǒng)交流均壓連線(xiàn)法

 

總結(jié)：

      貫穿于柴油機(jī)發(fā)電站并聯(lián)運(yùn)行的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)是并聯(lián)運(yùn)行和調(diào)頻調(diào)載。目前，常見(jiàn)的情況是，并聯(lián)運(yùn)行用同步控制器，調(diào)頻調(diào)載用負(fù)荷分配器。我們可以通過(guò)先進(jìn)的單片機(jī)與自動(dòng)控制技術(shù)將這兩個(gè)功能集成在一個(gè)模塊上，很顯然，這比傳統(tǒng)的控制裝置要優(yōu)良的多，不僅節(jié)省了安裝空間，還有控制靈活、精確、可靠性高、便于改進(jìn)等顯著的優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上，我們還可以對(duì)該模塊的功能進(jìn)行擴(kuò)展，最后可實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載、自動(dòng)解列、自動(dòng)停機(jī)、各種保護(hù)與報(bào)警等功能，構(gòu)成一個(gè)完備的柴油機(jī)電站控制系統(tǒng)。

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