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行業(yè)新聞/柴油發(fā)電機組
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柴油發(fā)電機并機控制原理和系統(tǒng)組成圖解
發(fā)布時間:2024-03-21 16:42:54  ▏閱讀:

 

新聞主題

柴油發(fā)電機并機控制原理和系統(tǒng)組成圖解

 

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

 

一、并聯(lián)運行的的標(biāo)準(zhǔn)和條件

 

      為了滿足大負(fù)荷或不間斷供電要求,需要啟動兩臺或多臺發(fā)電機組同時供電。柴油發(fā)電機組并聯(lián)控制系統(tǒng)是可根據(jù)發(fā)動機和交流電機的特點及不同用戶的特殊需求而度身定制。與各種類柴油發(fā)電機組的配合能使其優(yōu)越性能得到更好的發(fā)揮,并同時滿足不同客戶的需求。

1、適用標(biāo)準(zhǔn)

      本系統(tǒng)適用以下標(biāo)準(zhǔn):

(1)國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)

 IEC529(1989)封閉設(shè)備防護等級

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

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

(2)中國國家標(biāo)準(zhǔn)

 GB4208-84外殼防護等級的分類

 GB4200-84低壓電氣外殼防護等級

 GB7251-87低壓成套開關(guān)設(shè)備

2、工作條件

      在并聯(lián)運行時必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流,以防止同步柴油發(fā)電機組受到損壞、電網(wǎng)遭受干擾。此時,柴油發(fā)電機組在電氣上要滿足4個基本條件:

(1) 相序

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

(2) 頻率

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

(3) 電壓

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

(4) 相位

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

      上述條件不滿足任何一條,都會因瞬時值不等而出現(xiàn)環(huán)流。其中相序相同必須嚴(yán)格遵守,其它三個條件允許稍有出入。一般說來,相序可由設(shè)計制造及安裝自動滿足,對于沒有標(biāo)明轉(zhuǎn)向和相序的電機,可以利用相序指示器來確定,并聯(lián)時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

 

      并機控制系統(tǒng)由1套集中式“并聯(lián)主控制柜”和8個帶有“并機控制模塊”的隨機安裝的并機分控柜組成,發(fā)電機組并車控制模塊和控制系統(tǒng)采用原裝進口數(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。并車控制系統(tǒng)應(yīng)采用雙機熱備系統(tǒng),具有冗余備份功能。當(dāng)1套系統(tǒng)宕機后,不影響發(fā)電機的并機。

(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及觸摸屏對發(fā)電機系統(tǒng)那個邏輯控制和外部接口通信。過一個高分辨率可編程圖形界面板,操作者可以完成對現(xiàn)場整個電力系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制。

(3)PLC可以控制各個市電回路及發(fā)電機系統(tǒng)內(nèi)各開關(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。通過分層菜單為系統(tǒng)實現(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)控制柜

      每臺發(fā)電機組分控柜都具備集成調(diào)速和調(diào)壓功能,可以綜合發(fā)動機調(diào)速和發(fā)電機調(diào)壓功能,即有并聯(lián)檢測、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立的操作能力,即使其它發(fā)電機組發(fā)生故障,系統(tǒng)仍然可以自主安全運行。避免個別發(fā)電機組的故障造成整個系統(tǒng)控制失靈的缺陷。每臺發(fā)電機組控制屏具有自動、手動同步和負(fù)載分配功能.以便在主控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時,每臺發(fā)電機組可以分別與母排實現(xiàn)手動并聯(lián).發(fā)電機組通過手動并聯(lián)后,所有在線并聯(lián)發(fā)電機組可按比例進行負(fù)載分配。在發(fā)電機組正常測試周期帶測試負(fù)載(低壓模擬負(fù)載)測試時,控制試驗負(fù)載(高壓電阻箱)斷路器的閉合和斷開,不影響整個電力系統(tǒng)的正常運行。并聯(lián)系統(tǒng)可實現(xiàn)雙畫面并機操作,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)。

 

柴油發(fā)電機組并聯(lián)主控制柜界面圖.png

圖1  柴油發(fā)電機組并聯(lián)主控制柜界面圖

柴油發(fā)電機組并聯(lián)分控制柜界面圖.png

圖2  柴油發(fā)電機組并聯(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)所進行的調(diào)節(jié)和操作過程,稱為同步過程。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)運行的操作是將未加勵磁電流的柴油發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速升到接近額定轉(zhuǎn)速;然后,把柴油發(fā)電機組投入并聯(lián),再立即加上直流勵磁,此時,依靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所形成的電磁轉(zhuǎn)矩,即可把轉(zhuǎn)子自動牽入同步。自同步法的優(yōu)點是,投入迅速,不需要增添復(fù)雜的裝置,缺點是投入時定子電流沖擊稍大。

2、準(zhǔn)同步方式

      準(zhǔn)同步方式是將待并柴油發(fā)電機組在投入系統(tǒng)前通過調(diào)速器調(diào)節(jié)原動機轉(zhuǎn)速,使柴油發(fā)電機組轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速;通過勵磁調(diào)整裝置調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機組勵磁電流,使柴油發(fā)電機組端電壓接近系統(tǒng)電壓;在同步條件中的頻差及壓差滿足給定值時,選擇在零相角差到來前的合適時刻合上開關(guān),柴油發(fā)電機組迅速被拉入同步運行。準(zhǔn)同步并聯(lián)運行的優(yōu)點是,投入瞬間電網(wǎng)和電機基本沒有沖擊。

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

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

      從上述分析可看出,只要掌握了柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行的條件,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。但是,柴油發(fā)電機組同步運行后,還有一個重要的環(huán)節(jié),就是對柴油發(fā)電機組進行功率分配。

 

四、有功和無功功率的調(diào)節(jié)與分配

 

      在多臺柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行的系統(tǒng)中,負(fù)載的任何變化都會引起頻率和電壓的波動,導(dǎo)致并聯(lián)運行的柴油發(fā)電機組間出現(xiàn)功率交互振蕩。三相四線制中在中線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??梢娨共⒙?lián)發(fā)電機組穩(wěn)定運行,柴油發(fā)電機組均分負(fù)荷是必要的。所謂均分負(fù)荷,則力求把并聯(lián)發(fā)電機組的運行狀態(tài)調(diào)的一致,即有功功率按容量大小成比例分配,無功功率的分配則力求把所有柴油發(fā)電機組的功率因數(shù)調(diào)的一致。

1、有功功率的調(diào)節(jié)與分配

      柴油發(fā)電機組輸出的有功功率是由原動機的機械功率轉(zhuǎn)化而來的,這樣,改變并聯(lián)運行同步柴油發(fā)電機組有功功率的分配必須通過調(diào)節(jié)調(diào)速器來實現(xiàn)的。而柴油發(fā)電機組要求原動機能保持恒定的轉(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,在我國由于地區(qū)經(jīng)濟差距比較大,各地裝配的柴油發(fā)電機組種類繁多,功率的調(diào)節(jié)與分配方式也各種各樣,既存在手動控制,又存在自動控制等。下面將對自動控制做簡單的介紹。對電網(wǎng)頻率的自動調(diào)節(jié)和功率的自動分配,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量電路在并行電纜(平衡鏈)中產(chǎn)生一個正比于柴油發(fā)電機組有功功率的直流信號。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,并行電纜之間將產(chǎn)生電流信號,負(fù)荷分配器偵測到該信號時,自動對該柴油發(fā)電機組進行調(diào)整,實現(xiàn)有功功率的調(diào)節(jié)與分配。

      數(shù)字式控制系統(tǒng)則主要是用單片機來進行控制功率的調(diào)節(jié)與分配,控制器外觀示意圖如圖4所示。首先,利用單片機測出各發(fā)電機組的功率以及功差(指各發(fā)電機組的功率與平均功率的差值),再根據(jù)功差的大小對調(diào)速器發(fā)出調(diào)節(jié)信號,以達到消除功差的目的,從而實現(xiàn)有功功率的調(diào)節(jié)與分配。

 

柴油發(fā)電機組并機控制原理模擬圖.png

圖3  柴油發(fā)電機組并機控制原理模擬圖

柴油發(fā)電機組數(shù)字智能控制器.png

圖4  柴油發(fā)電機組數(shù)字智能控制器 

 

2、無功功率的自動分配

      改變并聯(lián)運行的同步柴油發(fā)電機組無功功率的分配是通過改變各臺柴油發(fā)電機組的勵磁電流來實現(xiàn)的,又因為勵磁電流與同步柴油發(fā)電機組的電勢直接相關(guān),因此,無功功率的分配與電壓的調(diào)節(jié)是密不可分的。柴油發(fā)電機組的自動電壓調(diào)節(jié)器能改變勵磁電流,以自動維持柴油發(fā)電機組端電壓的恒定,同時其附加裝置也調(diào)整了無功功率,使并聯(lián)運行的柴油發(fā)電機組間的無功功率得到合理的分配。柴油發(fā)電機組間的無功功率的分配,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)電機組并聯(lián)運行,為了達到這一要求,通常在柴油發(fā)電機組間增設(shè)調(diào)差裝置和均壓連線。

(1)調(diào)差裝置

      在按電壓偏差A(yù)U,調(diào)壓的勵磁系統(tǒng)中,調(diào)差系數(shù)足,一般是很小的,甚至幾乎接近是無差的。這樣,在柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行時,就會使無功功率的分配不穩(wěn)定。為了使調(diào)壓特性曲線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

      均壓線根據(jù)連接在勵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和交流均壓線。

① 直流均壓線

      直流均壓線接線圖如圖5所示。對相同容量柴油發(fā)電機組的并聯(lián)運行,可采用直流均壓線來使各柴油發(fā)電機組的勵磁電流在任何時候都相等,以保證各柴油發(fā)電機組的無功負(fù)荷在任何時候都平均分配,如圖2所示。當(dāng)兩臺柴油發(fā)電機組的勵磁電流不同時,均壓線上將出現(xiàn)平衡電流,使兩臺柴油發(fā)電機組的勵磁電流保持相等。

② 交流均壓線

      直流均壓線接線圖如圖6所示。對不同容量的柴油發(fā)電機組的并聯(lián)運行,可采用交流均壓線,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,將兩臺柴油發(fā)電機組調(diào)壓裝置的移相電抗器通過均壓線并聯(lián)。當(dāng)兩臺柴油發(fā)電機組出現(xiàn)電壓差時,通過均壓線使柴油發(fā)電機組輸出電壓均衡,以保持無功負(fù)荷分配均衡,交流均壓線對無功負(fù)荷分配好、均壓電流小,但并聯(lián)運行時沖擊電流較大。

 

柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統(tǒng)直流均壓連線法.png

圖5  柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統(tǒng)直流均壓連線法.

柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統(tǒng)交流均壓連線法.png

圖6  柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統(tǒng)交流均壓連線法

 

總結(jié):

      貫穿于柴油機發(fā)電站并聯(lián)運行的兩個重要環(huán)節(jié)是并聯(lián)運行和調(diào)頻調(diào)載。目前,常見的情況是,并聯(lián)運行用同步控制器,調(diào)頻調(diào)載用負(fù)荷分配器。我們可以通過先進的單片機與自動控制技術(shù)將這兩個功能集成在一個模塊上,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、便于改進等顯著的優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上,我們還可以對該模塊的功能進行擴展,最后可實現(xiàn)柴油發(fā)電機組自動啟動、自動并聯(lián)運行、自動調(diào)頻調(diào)載、自動解列、自動停機、各種保護與報警等功能,構(gòu)成一個完備的柴油機電站控制系統(tǒng)。


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