新聞主題	高電壓柴油發(fā)電機(jī)組的配電系統(tǒng)

摘要：一般來說，高壓柴油發(fā)電機(jī)的輸出電壓在6300V-10.5KV之間，頻率為50Hz或60HZ。為了保證電力質(zhì)量的穩(wěn)定性，各種類型的高壓發(fā)電機(jī)組配電系統(tǒng)都必須遵循國際電氣委員會(huì)（IEC）制定的標(biāo)準(zhǔn)。高壓配電系統(tǒng)一般由進(jìn)線柜、PT柜、饋線柜和接地電阻柜等組成。其中，進(jìn)線柜由真空斷路器、CT、PT、避雷器、絕緣監(jiān)視和電流、電壓等儀表及后備保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)裝置或繼電器組成。PT柜主要是PT和電壓表等組成。饋線柜由真空斷路器、避雷器、CT、PT、絕緣監(jiān)視裝置和電壓、電流等儀表及后備保護(hù)裝置等組成，接地電阻柜由接地電阻、CT和真空接觸器及電流繼電器等組成。

 

一、影響輸出電壓和頻率的因素

 

      高壓柴油發(fā)電機(jī)組通常采用N＋1的冗余備份方式，當(dāng)檢測到兩路市電均失電后，柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)啟動(dòng)，達(dá)到帶載條件后向10kV并機(jī)母線提供應(yīng)急電源。并機(jī)母線采用分段單母線聯(lián)絡(luò)接線方式，正常情況下發(fā)電機(jī)組同時(shí)向兩段并機(jī)母線供電，母線分段開關(guān)斷開。高壓配電系統(tǒng)如圖1所示。

1．機(jī)械因素

      高壓柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)械部件受到磨損、松動(dòng)和疲勞等因素的影響時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致輸出電壓和頻率的變化。因此，對(duì)高壓柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)械部件進(jìn)行定期的維護(hù)檢修，能夠有效提高其輸出電壓和頻率的穩(wěn)定性。

2．燃料質(zhì)量

      高壓柴油發(fā)電機(jī)的燃料質(zhì)量也會(huì)直接影響其輸出電壓和頻率的穩(wěn)定性。不同質(zhì)量的燃料，其燃燒溫度和速度都會(huì)產(chǎn)生一定的差異，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的輸出電壓和頻率。

3．負(fù)載變化

      高壓柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)載大小及其變化也是影響其輸出電壓和頻率穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。當(dāng)負(fù)載過大或者突然變化時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率失去平衡，從而影響相關(guān)設(shè)備的正常工作。

     此外，高壓柴油發(fā)電機(jī)組的日常巡檢也是非常重要的內(nèi)容，包括油機(jī)進(jìn)線柜、出線柜開關(guān)位置、油路系統(tǒng)的自動(dòng)泵油功能、液位、油機(jī)油水分離器含水情況、機(jī)油液位、冷卻液顏色、設(shè)備異響、進(jìn)氣排風(fēng)系統(tǒng)、 噪音、冬季低溫環(huán)境下的水套加熱系統(tǒng)等方面的檢查。

 

圖1  10KV柴油發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)架構(gòu)圖

 

二、高壓柴發(fā)的配電系統(tǒng)組成

 

      一個(gè)高壓柴油發(fā)電機(jī)組所配備的供電系統(tǒng)中開關(guān)柜的方案主要有進(jìn)線柜、并機(jī)柜、饋線柜、接地電阻柜、PT電壓互感器柜、雙電源轉(zhuǎn)換柜等組成。當(dāng)然，并不是每個(gè)供電系統(tǒng)所有的方案都有，一般都是由各個(gè)方案排列組合而成。

1．進(jìn)線柜

（1）一般采用金屬鎧裝抽出式開關(guān)柜。該開關(guān)柜采取中置式布置，是目前國內(nèi)12kV 成套配電設(shè)備市場中用量最大、技術(shù)性能較高的一種產(chǎn)品。

（2）高壓發(fā)電機(jī)組出口開關(guān)一般配置抽出式空氣斷路器。

（3）發(fā)電機(jī)組保護(hù)裝置配置差動(dòng)保護(hù)裝置及后備保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的差動(dòng)、過電流、過電壓及定子接地等故障保護(hù)。

（4）智能操作顯示裝置（可選配）：具備溫濕度控制器（配套負(fù)載）、帶電顯示器，遠(yuǎn)方/就地，分/和閘，儲(chǔ)能等功能。

（5）對(duì)于發(fā)電機(jī)組并機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)線柜不需要配置接地刀開關(guān)。

2．PT柜

      PT柜主要由殼體、手車、電壓互感器、熔斷器、避雷器、帶電顯示器等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，電壓互感器有多種接線方式，比如VV接線、YY接線，還有帶開口三角的接線。圖3就是帶開口三角的YY接線。

（1）對(duì)母線電壓進(jìn)行采集，供發(fā)電機(jī)組同期測量使用。

（2）作為機(jī)房低壓用電設(shè)備電源，選型時(shí)需要根據(jù)后端負(fù)載的容量進(jìn)行選型。每臺(tái)發(fā)電機(jī)組進(jìn)線開關(guān)柜均配置小母線PT，用于發(fā)電機(jī)自身輸出電的測量。

 

圖2  高壓發(fā)電機(jī)組PT柜結(jié)構(gòu)組成示意圖

圖3  高壓柴發(fā)機(jī)組PT柜元器件接線圖

 

3．饋線柜

      饋線就是供電線，饋線是總的說法，出線是對(duì)于饋線柜而言的。若從負(fù)載來看，饋線柜的出線也是向它供電的線，也可稱為饋線。饋線柜是將線路重新分配的接線柜。

      所謂的饋電柜，就是通過該柜子把電能饋出（分配）給不同負(fù)荷（用戶）的電力配電裝置。電源從進(jìn)線柜進(jìn)入，通過母排給幾個(gè)饋線柜配電，饋線柜將電源送至各用電設(shè)備；饋線柜屬于配電柜，配電柜是一個(gè)非?；\統(tǒng)的名稱，只要和配電沾邊的，都可以叫配電柜。

4．接地電阻柜

（1）當(dāng)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，采取中性點(diǎn)經(jīng)低電阻的接地方式，如圖4所示。

（2）當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，采取中性點(diǎn)經(jīng)開關(guān)或真空接觸器裝置后并聯(lián)接入的接地電阻方式，如圖5所示。

（3）當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)（例如電網(wǎng)部分短路或開路等），配電系統(tǒng)中性點(diǎn)將產(chǎn)生偏移，此時(shí)中性點(diǎn)接地電阻將輸出配電系統(tǒng)中性點(diǎn)強(qiáng)制接地，并限制其故障電流，使電力系統(tǒng)有時(shí)間進(jìn)行檢測、診斷、保護(hù)和切換，從而避免了線路或設(shè)備可能遭受的損壞。由于中性點(diǎn)電阻能吸附大量的諧振能量，在有電阻器的接地方式中，從根本上抑制了系統(tǒng)諧振過電壓的產(chǎn)生。

5．雙電源轉(zhuǎn)換柜

 

      通常，用于應(yīng)急供電的柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)處于自啟動(dòng)狀態(tài)，用于備用電源的可不受此限制。當(dāng)市電中斷時(shí)，應(yīng)急的柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)立即啟動(dòng)，高壓柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)在60s內(nèi)供電。

（1）每段市電母線上的控制器監(jiān)測本段母線市電電源進(jìn)線前的PT狀態(tài)，當(dāng)同組兩路市電電源進(jìn)線前的PT均失電、且市電電源進(jìn)線開關(guān)無保護(hù)分閘時(shí)，延時(shí)5 s發(fā)出發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)信號(hào)至發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)。

（2）發(fā)電機(jī)并機(jī)控制系統(tǒng)同時(shí)接收到同組兩臺(tái)市電母線上的控制器發(fā)來的啟動(dòng)信號(hào)后，所有發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)，并在應(yīng)急母線上完成并機(jī)，并機(jī)發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)達(dá)到7臺(tái)（可根據(jù)負(fù)荷調(diào)整數(shù)量）時(shí)，發(fā)電機(jī)組完成并機(jī)，并機(jī)控制系統(tǒng)閉合并機(jī)母線上的饋電開關(guān)，并機(jī)母線向市電母線輸出電能。

（3）市電母線上控制器監(jiān)測到備用電源進(jìn)線開關(guān)前PT帶電后，延時(shí)2 s發(fā)出信號(hào)斷開本段母線上的市電進(jìn)線開關(guān)，斷開本段母線上次要變壓器的饋電開關(guān)，保留一路主要變壓器饋電開關(guān)在線，延時(shí)2 s閉合本段母線上的備用電源進(jìn)線開關(guān)。

（4）每延時(shí)5 s，閉合本段母線上饋電至任意一組的次要變壓器饋電開關(guān)。此時(shí)，完成市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載過程。

（5）市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載完成后，在與供電單位確定其他市電電源無失電風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，備用電源可根據(jù)實(shí)際負(fù)載需要適當(dāng)退出部分柴發(fā)機(jī)組（可由機(jī)組功率管理模塊自動(dòng)控制完成）。

（6）市電恢復(fù)后，手動(dòng)恢復(fù)到市電供電狀態(tài)。若柴發(fā)機(jī)組測試時(shí)任意2路市電失電，此時(shí)應(yīng)為手動(dòng)操作，不涉及控制邏輯。

6．并機(jī)自啟動(dòng)裝置

      備用電源設(shè)置并機(jī)控制系統(tǒng)，并機(jī)控制系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)組設(shè)備供應(yīng)商深化設(shè)計(jì)。并機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)備用電源系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。每段市電配電母線處設(shè)置一臺(tái)控制器：

（1）控制功能可由PLC實(shí)現(xiàn)，也可由綜保繼電器實(shí)現(xiàn)。控制器具備自動(dòng)、手動(dòng)功能，備用電源系統(tǒng)啟動(dòng)測試功能。

（2）市電電源的兩臺(tái)控制器具備通信功能，以實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)視運(yùn)行和故障狀態(tài)；同步控制信號(hào)，確保同組兩段母線相同電源類型的進(jìn)線開關(guān)和饋電至同組變壓器的兩個(gè)饋電開關(guān)同時(shí)分閘或合閘。

（3）控制器監(jiān)視和控制功能至少應(yīng)包括（1#和2#市電同理）：

① 監(jiān)測市電電源進(jìn)線前PT201A的狀態(tài)，通過PT201A監(jiān)測市電電源進(jìn)線狀態(tài)。

② 監(jiān)測市電電源進(jìn)線開關(guān)S201A的手車位置（試驗(yàn)、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘信號(hào)、故障狀態(tài)；控制S201A分合閘。

③ 監(jiān)測備用電源進(jìn)線前PT211A的狀態(tài)，通過PT211A監(jiān)測備用電源進(jìn)線狀態(tài)。

④ 監(jiān)測備用電源進(jìn)線開關(guān)S211A的手車位置（試驗(yàn)、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘信號(hào)、故障狀態(tài)；控制S211A分合閘。

⑤ 監(jiān)測饋線開關(guān)S212A手車位置（試驗(yàn)、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵_關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘信號(hào)、故障狀態(tài)；控制S212A分合閘。

⑥ 監(jiān)測饋線開關(guān)S213A手車位置（試驗(yàn)、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵_關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘信號(hào)、故障狀態(tài)；控制S213A分合閘。

⑦ 監(jiān)測饋線開關(guān)S214A手車位置（試驗(yàn)、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘信號(hào)、故障狀態(tài)；控制S214A分合閘。

⑧ 監(jiān)測饋線開關(guān)S215A手車位置（試驗(yàn)、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵_關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘信號(hào)、故障狀態(tài)；控制S215A分合閘。

⑨ 監(jiān)測饋線開關(guān)S216A手車位置（試驗(yàn)、工作）、開關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分?jǐn)啵?，開關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘信號(hào)、故障狀態(tài)；控制S216A分合閘。

⑩ 控制器PLC - A發(fā)送發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)信號(hào)給發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)。

 

圖4  高壓柴發(fā)機(jī)組接地電阻柜內(nèi)部接線圖

圖5  高壓柴油發(fā)電機(jī)組接地原理圖

 

總結(jié)：

      不同用途對(duì)用電可靠性的要求不同，直接關(guān)系到高壓發(fā)電機(jī)組配電系統(tǒng)的建設(shè)投資和運(yùn)營成本，供配電系統(tǒng)應(yīng)做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。本文中配電設(shè)計(jì)對(duì)市電、發(fā)電及UPS電源進(jìn)行合理、充分組合，引入PT柜等先進(jìn)設(shè)備，使柴油發(fā)電機(jī)組在市電停電，設(shè)備故障、檢修，線路故障、檢修等各種情況下正常運(yùn)行，保證可靠性高的、建設(shè)成本高的供配電系統(tǒng)向重要的負(fù)荷供電，從而兼顧了高壓供電可靠性和建設(shè)成本。

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