設備裝配與整機調試 |
多臺柴油發(fā)電機組的冗余并聯(lián)系統圖解 |
摘要:在工業(yè)發(fā)電機領(lǐng)域,術(shù)語(yǔ)“并聯(lián)發(fā)電機”通常是指2個(gè)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(gè)公共的主配電板上的總線(xiàn),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施。為了并聯(lián)同步工作,連接的柴油發(fā)電機必須在幾個(gè)規格上相互匹配,包括螺距、電壓、相位和頻率。
一、發(fā)電機組并聯(lián)系統的優(yōu)勢
1、增加電源容量
發(fā)電機組并聯(lián)系統允許可擴展性,并且能夠隨著(zhù)業(yè)務(wù)的增長(cháng)增加額外的電力,并聯(lián)系統組成如圖1所示。提前規劃特別容易,當需要更多功率容量時(shí),可以將額外增加的柴油發(fā)電機連接到并聯(lián)系統中,并且能方便地實(shí)現擴展發(fā)電機組的并機,令初步投資更顯經(jīng)濟。
2、優(yōu)化效率
在大多數應用中,電氣負載不會(huì )保持恒定水平。電力需求的變化可能導致單個(gè)較大的發(fā)電機遠低于其最佳電力容量,從而降低效率并可能導致燃料問(wèn)題。并聯(lián)系統可以很好地處理負載變化,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、燃料和維護成本。
3、更靈活、更輕松的維護
即使在維護期間,并聯(lián)運行的發(fā)電機也可以使應急備用電源系統保持活動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)N+1并聯(lián)配置,一臺發(fā)電機可以完全離線(xiàn)進(jìn)行維護,而其余發(fā)電機處理所需的負載。這可能會(huì )消除維護期間對租賃設備的需求,或消除完全關(guān)閉備用電源系統進(jìn)行維護的風(fēng)險。
4、為關(guān)鍵負載增加冗余
冗余系統如圖2所示。并聯(lián)系統可以設計成,如果一臺發(fā)電機出現故障,電力負載會(huì )優(yōu)先在系統中的其他發(fā)電機之間重新分配。這意味著(zhù)即使其中一臺發(fā)電機發(fā)生故障,最關(guān)鍵的應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示意圖 |
二、發(fā)電機組并聯(lián)方法
檢查和調整待并康明斯發(fā)電機的電壓、頻率、初相位,使之滿(mǎn)足準同步并車(chē)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(gè)過(guò)程,稱(chēng)為手動(dòng)準同步并車(chē)操作;若由自動(dòng)裝置來(lái)完成,則稱(chēng)為自動(dòng)并車(chē)操作。當待并發(fā)電機組起動(dòng),并建立了電壓之后,可通過(guò)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,應使電壓差在±10%以?xún)?。只要發(fā)電機調壓器工作正常,一般都能滿(mǎn)足這個(gè)要求,無(wú)需特別調整。手動(dòng)并車(chē)操作關(guān)鍵要檢測和調整待并機的頻率和初相位,使之滿(mǎn)足準同步并車(chē)要求。要注意的是,不應在電網(wǎng)負載波動(dòng)比較大(如有大功率電動(dòng)機在起動(dòng)、變速等)的情況下進(jìn)行并車(chē)操作。一般通過(guò)“調速開(kāi)關(guān)”來(lái)調節柴油機轉速,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(gè)并車(chē)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法。
(1)燈光明暗法
將三盞同步指示燈分別跨接在待并車(chē)發(fā)電機和運行發(fā)電機的對應相上,每個(gè)燈泡兩端的電壓就是兩對應相之間的電壓差值。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。當相位差為0時(shí),三個(gè)燈泡所加電壓為零,同時(shí)熄滅,當相位差為180°時(shí),三盞燈泡所加電壓最大,燈泡最亮。設頻率差為Δf,則相位差為2πΔf,燈光變化一個(gè)周期所需時(shí)間為T(mén) s=1。頻差Δf越大,燈光變化的周期越短,當燈光變化周期大于2 s時(shí),才能符合頻差并車(chē)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)。當頻率差為Δf時(shí),三盞燈泡輪流熄滅,頻差越大燈光旋轉的速度越快,頻差方向改變,燈光旋轉的方向也改變。手動(dòng)準同步并車(chē)操作時(shí),應選擇三盞同步指示燈順時(shí)針?lè )较蛐D,在旋轉一周的時(shí)間為3~5 s,同時(shí)對接相燈熄滅而兩盞叉接相燈同樣亮時(shí),果斷合閘。
燈光旋轉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(guò)兩頻率表讀數的比較才能知道。如果出現燈光明暗法變成燈光旋轉法、或燈光旋轉法變成燈光明暗法,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(xiàn)錯誤。
2、整步表法
為了驗證發(fā)電機組是否滿(mǎn)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“準整步法”。此時(shí)還有用“自準步法”進(jìn)行并聯(lián),分述如下。
(1)準整步表法
用整步表將被試發(fā)電機并聯(lián)于電網(wǎng),實(shí)際發(fā)電機里的并聯(lián)裝置,一般是在相序預先正確的情況下,然后再考慮并聯(lián)方法,有的采用操作簡(jiǎn)單而裝置復雜的自動(dòng)控制裝置,只屬操作按鈕即可;有的則采用習慣上叫,“同期小盤(pán)“上的準步表(又叫同步指示器)來(lái)尋找合閘時(shí)機進(jìn)行并聯(lián)運“同期小盤(pán)“上還裝有兩只電壓表合兩只頻率表,用來(lái)監測同步發(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(shí)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(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)驗室不用燈光法時(shí),可用相序表來(lái)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其原理的不同可分為電動(dòng)式和磁電式兩種。其接線(xiàn)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(shí),當然采用自動(dòng)控制裝置時(shí)新發(fā)電機并網(wǎng)運行,情況尚為好些,但其裝置比較復雜,而當電網(wǎng)某機組出現事故,突然退出運行而要求起動(dòng)另外一臺機組并聯(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(guò)約等于勵磁若組電阻10倍的電阻短路,當發(fā)電機的轉速升至同步速時(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(zhù)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(xiàn)圖 |
三、發(fā)電機并網(wǎng)后的功率調節
同步發(fā)電機并網(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)電機輸出的有功功率,根據功率平衡的觀(guān)點(diǎn),只要增加原電機的輸入功率。
1、有功功率的調節
有功功率的調節即柴油機輸入功率的調節,方法如圖4所示。同步發(fā)電機與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián),當發(fā)電機剛投入電網(wǎng)還沒(méi)有向電網(wǎng)送出有功負荷時(shí),如忽略發(fā)電機空載損失,則此時(shí)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)電機轉軸上力矩的增大,就使轉子加速,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平衡,保持在新的工作點(diǎn)同步運行。
有功功率調節應重視的幾個(gè)問(wèn)題:
(1)增加有功功率的速度應遵照有關(guān)規程的規定,或制造廠(chǎng)家的要求。有功功率增加的速度不宜太快,否則將對發(fā)電機的結構產(chǎn)生不利的影響。當然也不應無(wú)根據的限制有功功率增長(cháng)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) 有功功率的調節還要特別注意柴油機輸入功率的配合問(wèn)題,要充分注意負荷的調整,使其協(xié)調。
(3) 靜態(tài)穩定問(wèn)題
同步發(fā)電機的靜態(tài)穩定即是指在柴油發(fā)電機組柴油機方面,運行參數發(fā)生一些微小的擾動(dòng),在擾動(dòng)消除后,發(fā)電機又能恢復到原先的狀態(tài)繼續同步運行的能力,稱(chēng)為靜態(tài)穩定(如圖2所示)。
圖4 發(fā)電機并聯(lián)時(shí)有功功率的調節 |
圖5 發(fā)電機并聯(lián)時(shí)的靜態(tài)穩定 |
2、無(wú)功功率的調節
無(wú)功功率的調節即是發(fā)電機勵磁的調節。為了討論上的方便暫假設: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(wú)功功率,根據公式
P2=mUIaCOSΦ=常數
P2=m(UE0)/Xs*sinδ=常數
以上兩種公式中均為必然滿(mǎn)足IaCOSΦ=常數;E0sinδ=常數。有功功率保持不變時(shí),調節發(fā)電機的無(wú)功功率的方法,就是改變發(fā)電機的勵磁電流?!?/span>
(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(shí)發(fā)電機的激磁電勢為E。
(2) 過(guò)勵:
增加發(fā)電機的勵磁,使其超過(guò)“正常勵磁”稱(chēng)為過(guò)勵。
(3)欠勵:
減少發(fā)電機的勵磁,使其小于“正常勵磁”稱(chēng)為欠勵。
無(wú)功功率調節應注意的幾個(gè)問(wèn)題:
(1) 由于發(fā)電機與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)運行,電網(wǎng)電壓視為恒定值,調整勵磁不會(huì )引起電壓的變化。
(2)調節勵磁可以調節無(wú)功功率,但只能調節無(wú)功功率,而不能改變有功功率。
(3)調節勵磁時(shí)應注意,不要使其超過(guò)勵磁電源或發(fā)電機勵磁繞組的允許值,以免出現勵磁機與發(fā)電機勵磁繞組過(guò)熱現象。
(4) 注意發(fā)電機電樞電流,保持不超過(guò)發(fā)電機視在功率,以防引起發(fā)電機電樞繞組過(guò)電流。
總結:
柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統的設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(zhù)并聯(lián)系統變得越來(lái)越流行,一些制造商現在將其作為新發(fā)電機組的標準功能。新的集成可以很簡(jiǎn)單,只需在發(fā)電機之間連接一條非專(zhuān)有通信電纜(通常是以太網(wǎng)),并使用內置控制系統來(lái)管理并聯(lián)負載。配備適當的發(fā)電機控制器能夠自動(dòng)監控負載需求,并動(dòng)態(tài)調整每臺發(fā)電機的負載,以實(shí)現最有效的負載分配。它甚至可以關(guān)閉然后重新啟動(dòng)一臺或多臺發(fā)電機,以適應波動(dòng)的負載需求。
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