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功能說明與康明斯知識(shí) |
柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)控制的供電接線方法（圖解） |
摘要：所謂的并機(jī)模式是指將至少兩臺(tái)以上的相同電壓和轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)組并聯(lián)起來，相當(dāng)于二合一的結(jié)合體共同承擔(dān)對(duì)同一用電負(fù)載進(jìn)行電力輸出。簡單地說便是1+1=2的過程，隨著負(fù)載的增大，用戶單位如今普遍喜歡采取N+1供配電模式。N+1意味著若干的柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)量，同時(shí)輸出連接電纜或母排隨之急劇增加，因此接線會(huì)變得更加復(fù)雜。康明斯發(fā)電機(jī)公司特此撰文闡明柴油發(fā)電機(jī)組配置原則、并行使用的好處及多臺(tái)并聯(lián)的技術(shù)條件，借此防止用戶由于錯(cuò)誤接線造成柴發(fā)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的事故。
一、設(shè)備配置原則
柴油發(fā)電機(jī)組是由將燃燒柴油產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，和把機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能的同步發(fā)電機(jī)組成的。在電力網(wǎng)還未到達(dá)或供電保障性不強(qiáng)的地區(qū)，常用柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出性能與市電一樣的電能供給用電設(shè)備。它也就成為市電電力網(wǎng)的得力助手。其配置原則如下：
（1）柴油發(fā)電發(fā)電機(jī)組的容量應(yīng)能滿足重要用電設(shè)備、空調(diào)、照明及其他保障負(fù)荷（如消防）的供電所需。
（2）根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房條件并考慮發(fā)電機(jī)組性價(jià)比確定單臺(tái)發(fā)電機(jī)組的容量。
（3）根據(jù)該機(jī)房的建設(shè)規(guī)模及多臺(tái)油機(jī)并機(jī)方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性考慮選擇發(fā)電機(jī)組的工作電壓。
二、并聯(lián)運(yùn)行的好處
柴油發(fā)電機(jī)并行使用以增加總系統(tǒng)規(guī)模并增加冗余。將幾個(gè)較小的柴油發(fā)電機(jī)優(yōu)先于一個(gè)較大的柴油發(fā)電機(jī)組合起來也可能更具成本效益。
1、增加功率輸出
比如說，在一家大型工廠，在擁有一臺(tái)已使用2年的500kVA康明斯發(fā)電機(jī)組，當(dāng)工廠需要擴(kuò)張時(shí)，但又不想扔掉舊的柴油發(fā)電給，而這臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)又不能滿足工廠的日常用電需求，沒有足夠的電力可保障正常的生產(chǎn)。在這種情況下，可能會(huì)考慮在系統(tǒng)中添加第二臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，比如另一臺(tái)500kVA的康明斯發(fā)電機(jī)組，這將會(huì)為您提供1000kVA的功率。
2、增加冗余
通過向您的電力系統(tǒng)中添加額外的柴油發(fā)電機(jī)，您可以增加冗余并使系統(tǒng)更加可靠。例如，您的總功率要求為2000kVA，但您需要購買更大的柴油發(fā)電機(jī)來解決負(fù)載接受問題，比如3000kVA。相反，您可以并行購買6x500kVA的柴油發(fā)電機(jī)。如果出現(xiàn)單一故障，如果您配置的是一臺(tái)3000kVA的柴油發(fā)電機(jī)，那么，當(dāng)這一臺(tái)3000kVA的柴油發(fā)電機(jī)無法運(yùn)行時(shí)，您將沒有電源可用。而如果你配置的是并行6x500kVA的柴油發(fā)電機(jī)，在這種情況下，當(dāng)6x500kVA設(shè)備之一無法運(yùn)行時(shí)，您仍然可以使用2500kVA，從而為您提供一些冗余。
3、降低配置成本
添加額外的柴油發(fā)電機(jī)似乎是一項(xiàng)昂貴的投入，但對(duì)于許多用例而言，與其他解決方案相比，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上可能更便宜。比如說約500kVA的康明斯發(fā)電機(jī)組被用于許多應(yīng)用。超過這個(gè)規(guī)模，應(yīng)用程序的數(shù)量和生產(chǎn)的數(shù)量會(huì)顯著下降，而且由于數(shù)量的減少，價(jià)格會(huì)上漲。通常這意味著每kVA的成本更高，當(dāng)您在上面的示例系統(tǒng)中達(dá)到3000kVA時(shí)，價(jià)格可能會(huì)高出數(shù)倍。運(yùn)輸?shù)侥承┠康牡氐某杀疽彩且粋€(gè)因素，較大的發(fā)電機(jī)組需要貨車足夠的空間尺寸（例如貨車一般是滿足不了大型機(jī)組的寬度需求），而不是較小柴油發(fā)電機(jī)僅需普通貨即可完成配送，減少了運(yùn)輸相關(guān)費(fèi)用，間接上也使企業(yè)配置柴油發(fā)電機(jī)的成本減少。
三、并聯(lián)系統(tǒng)
1、并機(jī)容量的要求
柴油發(fā)電機(jī)主要提供應(yīng)急電源保障容量，發(fā)電發(fā)電機(jī)組的并機(jī)容量首先應(yīng)滿足以下三個(gè)條件：
（1）發(fā)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行額定功率大于或等于穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算功率；
（2）發(fā)電機(jī)的備用運(yùn)行功率大于或等于負(fù)荷的尖峰功率；
（3）在最大的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)電壓降不大于15%～20%。
其次，數(shù)據(jù)中心配置有大量的不間斷電源，它的特性是非線性負(fù)載，在供電線路上會(huì)產(chǎn)生諧波，使發(fā)電機(jī)輸出電壓波形產(chǎn)生失真。對(duì)于高阻抗的發(fā)電機(jī)，諧波對(duì)發(fā)電機(jī)影響更大。由于發(fā)電發(fā)電機(jī)組相對(duì)電網(wǎng)是有限容量系統(tǒng)，多臺(tái)發(fā)電機(jī)并機(jī)系統(tǒng)除了滿足穩(wěn)定負(fù)荷需求外，還需考慮負(fù)載特性（電能質(zhì)量）、啟動(dòng)性能、沖擊負(fù)載（冷凍發(fā)電機(jī)組和水泵的啟動(dòng)電流、變壓器投入時(shí)的激磁電流）對(duì)發(fā)電機(jī)使用的影響。
2、并機(jī)控制
為保證響應(yīng)速度，并機(jī)系統(tǒng)同步控制采用準(zhǔn)同期方式，系統(tǒng)采用隨機(jī)并聯(lián)方式，即系統(tǒng)中任一臺(tái)首先達(dá)到額定輸出的發(fā)電機(jī)組，都可以先合閘到母線供電，其他發(fā)電機(jī)組與該發(fā)電機(jī)組同步后再依次合閘供電。
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并車接線端子指示圖 |
（1）每臺(tái)發(fā)電發(fā)電機(jī)組控制柜（GCP）控制一臺(tái)發(fā)電發(fā)電機(jī)組，配備自動(dòng)同步與負(fù)載分配模塊，通過控制發(fā)電機(jī)組得轉(zhuǎn)速與電壓，來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組互相之間的并聯(lián)及負(fù)載均衡。同時(shí)也通過廣角模擬表，來監(jiān)控發(fā)電發(fā)電機(jī)組輸出，如電壓、電流、功率因數(shù)、有功、無功等，以保證操作人員一眼就可以看到多臺(tái)發(fā)電機(jī)組的多項(xiàng)參數(shù)。GCP 可以與相應(yīng)發(fā)電機(jī)組一起安裝，以節(jié)省空間，降低總成本。對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)組的高壓開關(guān)由GCP 來控制其分/合。
（2）主控柜（MCP）用來協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，通過PLC 編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制，包括投入和切除發(fā)電機(jī)組，優(yōu)先級(jí)設(shè)定等。
（3）發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)組、并聯(lián)、高壓開關(guān)等）平時(shí)處在自動(dòng)模式，通過外部送來的信號(hào)（比如可以是市電進(jìn)線失壓信號(hào)），由并聯(lián)控制系統(tǒng)來監(jiān)視市電狀況。
（4）市電失電/故障時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)收到信號(hào)，通過設(shè)定的時(shí)間延遲（PLC設(shè)定，可根據(jù)實(shí)際情況靈活修改）后，給全部發(fā)電機(jī)組送出啟動(dòng)信號(hào)（信號(hào)送至GCP，GCP 再送信號(hào)至各發(fā)電機(jī)組的機(jī)上控制器），6 臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)。率先達(dá)到90%額定頻率和額定電壓的發(fā)電機(jī)組，GCP 發(fā)出信號(hào)，自動(dòng)閉合真空斷路器，發(fā)電機(jī)組合閘到應(yīng)急母線。其他發(fā)電機(jī)與母線同步后，自動(dòng)合閘到母線。
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柴發(fā)并聯(lián)系統(tǒng)母排接線圖 |
3、負(fù)載管理
假設(shè)用戶一共采用6臺(tái)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行，系統(tǒng)自動(dòng)分配負(fù)載，按下述邏輯實(shí)現(xiàn)負(fù)載管理。
（1）系統(tǒng)負(fù)載管理按N+1模式來控制，全部發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行1~10 分鐘（PLC 設(shè)定，可調(diào)）后，如系統(tǒng)全部負(fù)載小于單機(jī)額定容量的360%（可調(diào)）且持續(xù)時(shí)間超過1 分鐘，則系統(tǒng)自動(dòng)切除第6 臺(tái)發(fā)電機(jī)組，此時(shí)全部負(fù)載可以只用5臺(tái)發(fā)電機(jī)組帶，通過N+1 的冗余負(fù)載管理設(shè)計(jì)，來保證供電可靠性；
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1號(hào)機(jī)并車接線圖 |
（2）如負(fù)載繼續(xù)下降至小于單機(jī)容量的270%且持續(xù)時(shí)間超過1 分鐘，則系統(tǒng)自動(dòng)切除第5 臺(tái)發(fā)電機(jī)組；如負(fù)載繼續(xù)下降至小于單機(jī)容量的180%且持續(xù)時(shí)間超過1 分鐘，則系統(tǒng)自動(dòng)切除第4 臺(tái)發(fā)電機(jī)組；如負(fù)載繼續(xù)下降至小于單機(jī)容量的90%且持續(xù)時(shí)間超過1分鐘，則系統(tǒng)自動(dòng)切除第3臺(tái)發(fā)電機(jī)組。系統(tǒng)最小保證兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組在線運(yùn)行。
（3）如系統(tǒng)負(fù)載增加，至大于單機(jī)額定容量的120%，則系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第3 臺(tái)發(fā)電機(jī)組，并自動(dòng)同步后合閘，向負(fù)載供電；如系統(tǒng)全部負(fù)載增加，至大于單機(jī)額定容量的240%，則系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第4 臺(tái)發(fā)電機(jī)組，并自動(dòng)同步后合閘，向負(fù)載供電。其他發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行以此類推。
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2號(hào)機(jī)并車接線圖 |
（4）系統(tǒng)帶載運(yùn)行中，任一臺(tái)發(fā)電機(jī)組故障，則系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)冗余發(fā)電機(jī)組投入使用。
（5）市電恢復(fù)，則全部在線發(fā)電機(jī)組通過主控柜MCP斷開發(fā)電機(jī)組進(jìn)線斷路器，發(fā)電發(fā)電機(jī)組自動(dòng)冷卻延時(shí)后停機(jī)。
（6）當(dāng)主控制處于手動(dòng)模式時(shí)，整個(gè)應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)，可手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，手動(dòng)并聯(lián)，手動(dòng)停機(jī)等。試驗(yàn)功能可通過手動(dòng)模式來實(shí)現(xiàn)。并聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)配備數(shù)字式自動(dòng)負(fù)載分荷（Load Sharing）控制器，將負(fù)載在各發(fā)電機(jī)組間均勻分擔(dān)。
上述邏輯控制功能可在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，無需硬件改動(dòng)，即可靈活擴(kuò)容。
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