設(shè)備裝配與整機調(diào)試 |
多臺柴油發(fā)電機組的冗余并聯(lián)系統(tǒng)圖解 |
摘要:在工業(yè)發(fā)電機領(lǐng)域,術(shù)語“并聯(lián)發(fā)電機”通常是指2個或更多柴油發(fā)電機彼此物理連接,柴油發(fā)電機的電力輸出同步并連接到一個公共的主配電板上的總線,這會創(chuàng)建一個管道,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)電機必須在幾個規(guī)格上相互匹配,包括螺距、電壓、相位和頻率。
一、發(fā)電機組并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)勢
1、增加電源容量
發(fā)電機組并聯(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,可以將額外增加的柴油發(fā)電機連接到并聯(lián)系統(tǒng)中,并且能方便地實現(xiàn)擴(kuò)展發(fā)電機組的并機,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)載不會保持恒定水平。電力需求的變化可能導(dǎo)致單個較大的發(fā)電機遠(yuǎn)低于其最佳電力容量,從而降低效率并可能導(dǎo)致燃料問題。并聯(lián)系統(tǒng)可以很好地處理負(fù)載變化,發(fā)電機可以在額定容量的最佳75-80%下保持運行,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)運行的發(fā)電機也可以使應(yīng)急備用電源系統(tǒng)保持活動狀態(tài)。通過N+1并聯(lián)配置,一臺發(fā)電機可以完全離線進(jìn)行維護(hù),而其余發(fā)電機處理所需的負(fù)載。這可能會消除維護(hù)期間對租賃設(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。
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)計成,如果一臺發(fā)電機出現(xiàn)故障,電力負(fù)載會優(yōu)先在系統(tǒng)中的其他發(fā)電機之間重新分配。這意味著即使其中一臺發(fā)電機發(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 多臺柴油發(fā)電機組并聯(lián)示意圖 |
圖2 柴發(fā)機組并機冗余控制系統(tǒng)示意圖 |
二、發(fā)電機組并聯(lián)方法
檢查和調(diào)整待并康明斯發(fā)電機的電壓、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)電機拉入同步。如果由手工完成這個過程,稱為手動準(zhǔn)同步并車操作;若由自動裝置來完成,則稱為自動并車操作。當(dāng)待并發(fā)電機組起動,并建立了電壓之后,可通過發(fā)電機控制屏上的電壓表檢測待并發(fā)電機電壓是否與運行機的電壓相等,應(yīng)使電壓差在±10%以內(nèi)。只要發(fā)電機調(diào)壓器工作正常,一般都能滿足這個要求,無需特別調(diào)整。手動并車操作關(guān)鍵要檢測和調(diào)整待并機的頻率和初相位,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)載波動比較大(如有大功率電動機在起動、變速等)的情況下進(jìn)行并車操作。一般通過“調(diào)速開關(guān)”來調(diào)節(jié)柴油機轉(zhuǎn)速,使待并機的頻率接近運行機的頻率。然后進(jìn)一步
檢測待并機與電網(wǎng)的頻率差是否小于0.5 Hz,初相位是否一致。檢測這兩個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)電機和運行發(fā)電機的對應(yīng)相上,每個燈泡兩端的電壓就是兩對應(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,其相位差隨時間進(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,三個燈泡所加電壓為零,同時熄滅,當(dāng)相位差為180°時,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,燈光變化一個周期所需時間為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,才能符合頻差并車條件。為了可靠抓獲在同相位點(即燈全滅時)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)與待并機的對應(yīng)A相上,其余兩盞分別交叉跨接在電網(wǎng)的B相(C相)與待并機的C相(B相)上(即三盞同步指示燈一盞對接,兩盞叉接)。當(dāng)頻率差為Δf時,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。手動準(zhǔn)同步并車操作時,應(yīng)選擇三盞同步指示燈順時針方向旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)一周的時間為3~5 s,同時對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)法不僅能檢測頻差的大小,而且可以檢測頻差的方向,燈光明暗法,只能檢測頻差的大小,頻差的方向需通過兩頻率表讀數(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,一是待并機與電網(wǎng)相序相反;另一種是同步指示燈接線錯誤。
2、整步表法
為了驗證發(fā)電機組是否滿足并聯(lián)條件, 可用電壓表檢查電勢,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)電機并聯(lián)于電網(wǎng),實際發(fā)電機里的并聯(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,有的采用操作簡單而裝置復(fù)雜的自動控制裝置,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)來尋找合閘時機進(jìn)行并聯(lián)運“同期小盤“上還裝有兩只電壓表合兩只頻率表,用來監(jiān)測同步發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓和頻率,用整步表將同步發(fā)電機投入并聯(lián)運行的原理,其實質(zhì)與燈光法相同,也即用整步表指示出同步發(fā)電機與電網(wǎng)的頻率差與相位差,但相序必須正確,生產(chǎn)實際中一般是在安裝時就已考慮其相序的問題了,實驗室不用燈光法時,可用相序表來測量發(fā)電機的相序使之和電網(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)點是能使新投入的發(fā)電機和另一臺發(fā)電仙不受或受輕微的沖擊,但手工操作較費時,當(dāng)然采用自動控制裝置時新發(fā)電機并網(wǎng)運行,情況尚為好些,但其裝置比較復(fù)雜,而當(dāng)電網(wǎng)某機組出現(xiàn)事故,突然退出運行而要求起動另外一臺機組并聯(lián)與電網(wǎng)時,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”來實現(xiàn)發(fā)電機的并聯(lián)運行。其方法是:“先將發(fā)電機的勵磁組,經(jīng)過約等于勵磁若組電阻10倍的電阻短路,當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升至同步速時(電繼和電網(wǎng)的頻率差在5%),先合上并聯(lián)開關(guān),接著加上勵磁,即可利用電機的“自整步作用“使它迅速牽入同步。
圖3 柴油發(fā)電機組并聯(lián)接線圖 |
三、發(fā)電機并網(wǎng)后的功率調(diào)節(jié)
同步發(fā)電機并網(wǎng)后,常常屬要改變它的有功功率和無功功率。如希望增加發(fā)電機輸出的有功功率,根據(jù)功率平衡的觀點,只要增加原電機的輸入功率。
1、有功功率的調(diào)節(jié)
有功功率的調(diào)節(jié)即柴油機輸入功率的調(diào)節(jié),方法如圖4所示。同步發(fā)電機與無窮大電網(wǎng)并聯(lián),當(dāng)發(fā)電機剛投入電網(wǎng)還沒有向電網(wǎng)送出有功負(fù)荷時,如忽略發(fā)電機空載損失,則此時發(fā)電機處于“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)電機的輸入功率,增大柴油機的出力,增加柴油機的力矩。由于作用在發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上力矩的增大,就使轉(zhuǎn)子加速,于是發(fā)電機主磁極的位置將逐步超前,隨些主極的超前,發(fā)電機激磁電勢(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,保持在新的工作點同步運行。
有功功率調(diào)節(jié)應(yīng)重視的幾個問題:
(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,否則將對發(fā)電機的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)然也不應(yīng)無根據(jù)的限制有功功率增長的速度,這將延誤供電時間,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輸入功率的配合問題,要充分注意負(fù)荷的調(diào)整,使其協(xié)調(diào)。
(3) 靜態(tài)穩(wěn)定問題
同步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定即是指在柴油發(fā)電機組柴油機方面,運行參數(shù)發(fā)生一些微小的擾動,在擾動消除后,發(fā)電機又能恢復(fù)到原先的狀態(tài)繼續(xù)同步運行的能力,稱為靜態(tài)穩(wěn)定(如圖2所示)。
圖4 發(fā)電機并聯(lián)時有功功率的調(diào)節(jié) |
圖5 發(fā)電機并聯(lián)時的靜態(tài)穩(wěn)定 |
2、無功功率的調(diào)節(jié)
無功功率的調(diào)節(jié)即是發(fā)電機勵磁的調(diào)節(jié)。為了討論上的方便暫假設(shè):有功功率恒定不變(柴油機輸入功率不變),要改變并網(wǎng)同步發(fā)電機的無功功率,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,調(diào)節(jié)發(fā)電機的無功功率的方法,就是改變發(fā)電機的勵磁電流。
(1)正常勵磁:
正常勵磁即發(fā)電機的全部輸出功率均為有功功率。即cosφ=1,此時發(fā)電機的激磁電勢為E。
(2) 過勵:
增加發(fā)電機的勵磁,使其超過“正常勵磁”稱為過勵。
(3)欠勵:
減少發(fā)電機的勵磁,使其小于“正常勵磁”稱為欠勵。
無功功率調(diào)節(jié)應(yīng)注意的幾個問題:
(1) 由于發(fā)電機與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運行,電網(wǎng)電壓視為恒定值,調(diào)整勵磁不會引起電壓的變化。
(2)調(diào)節(jié)勵磁可以調(diào)節(jié)無功功率,但只能調(diào)節(jié)無功功率,而不能改變有功功率。
(3)調(diào)節(jié)勵磁時應(yīng)注意,不要使其超過勵磁電源或發(fā)電機勵磁繞組的允許值,以免出現(xiàn)勵磁機與發(fā)電機勵磁繞組過熱現(xiàn)象。
(4) 注意發(fā)電機電樞電流,保持不超過發(fā)電機視在功率,以防引起發(fā)電機電樞繞組過電流。
總結(jié):
柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)置通常最好由電氣工程師或合格的發(fā)電機技術(shù)人員處理。然而,隨著并聯(lián)系統(tǒng)變得越來越流行,一些制造商現(xiàn)在將其作為新發(fā)電機組的標(biāo)準(zhǔn)功能。新的集成可以很簡單,只需在發(fā)電機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)來管理并聯(lián)負(fù)載。配備適當(dāng)?shù)陌l(fā)電機控制器能夠自動監(jiān)控負(fù)載需求,并動態(tài)調(diào)整每臺發(fā)電機的負(fù)載,以實現(xiàn)最有效的負(fù)載分配。它甚至可以關(guān)閉然后重新啟動一臺或多臺發(fā)電機,以適應(yīng)波動的負(fù)載需求。
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