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功能說(shuō)明與康明斯知識 |
柴油發(fā)電機組并聯(lián)控制的供電接線(xiàn)方法（圖解） |
摘要：所謂的并機模式是指將至少兩臺以上的相同電壓和轉速的發(fā)電機組并聯(lián)起來(lái)，相當于二合一的結合體共同承擔對同一用電負載進(jìn)行電力輸出。簡(jiǎn)單地說(shuō)便是1+1=2的過(guò)程，隨著(zhù)負載的增大，用戶(hù)單位如今普遍喜歡采取N+1供配電模式。N+1意味著(zhù)若干的柴油發(fā)電機組數量，同時(shí)輸出連接電纜或母排隨之急劇增加，因此接線(xiàn)會(huì )變得更加復雜?？得魉拱l(fā)電機公司特此撰文闡明柴油發(fā)電機組配置原則、并行使用的好處及多臺并聯(lián)的技術(shù)條件，借此防止用戶(hù)由于錯誤接線(xiàn)造成柴發(fā)出現不可逆轉的事故。
一、設備配置原則
柴油發(fā)電機組是由將燃燒柴油產(chǎn)生的熱能轉換為機械能的柴油發(fā)動(dòng)機，和把機械能轉為電能的同步發(fā)電機組成的。在電力網(wǎng)還未到達或供電保障性不強的地區，常用柴油發(fā)電機組發(fā)出性能與市電一樣的電能供給用電設備。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)電機組的容量應能滿(mǎn)足重要用電設備、空調、照明及其他保障負荷（如消防）的供電所需。
（2）根據現有機房條件并考慮發(fā)電機組性?xún)r(jià)比確定單臺發(fā)電機組的容量。
（3）根據該機房的建設規模及多臺油機并機方案的可行性、經(jīng)濟性考慮選擇發(fā)電機組的工作電壓。
二、并聯(lián)運行的好處
柴油發(fā)電機并行使用以增加總系統規模并增加冗余。將幾個(gè)較小的柴油發(fā)電機優(yōu)先于一個(gè)較大的柴油發(fā)電機組合起來(lái)也可能更具成本效益。
1、增加功率輸出
比如說(shuō)，在一家大型工廠(chǎng)，在擁有一臺已使用2年的500kVA康明斯發(fā)電機組，當工廠(chǎng)需要擴張時(shí)，但又不想扔掉舊的柴油發(fā)電給，而這臺柴油發(fā)電機又不能滿(mǎn)足工廠(chǎng)的日常用電需求，沒(méi)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 )考慮在系統中添加第二臺柴油發(fā)電機，比如另一臺500kVA的康明斯發(fā)電機組，這將會(huì )為您提供1000kVA的功率。
2、增加冗余
通過(guò)向您的電力系統中添加額外的柴油發(fā)電機，您可以增加冗余并使系統更加可靠。例如，您的總功率要求為2000kVA，但您需要購買(mǎi)更大的柴油發(fā)電機來(lái)解決負載接受問(wèn)題，比如3000kVA。相反，您可以并行購買(mǎi)6x500kVA的柴油發(fā)電機。如果出現單一故障，如果您配置的是一臺3000kVA的柴油發(fā)電機，那么，當這一臺3000kVA的柴油發(fā)電機無(wú)法運行時(shí)，您將沒(méi)有電源可用。而如果你配置的是并行6x500kVA的柴油發(fā)電機，在這種情況下，當6x500kVA設備之一無(wú)法運行時(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)電機似乎是一項昂貴的投入，但對于許多用例而言，與其他解決方案相比，整個(gè)系統實(shí)際上可能更便宜。比如說(shuō)約500kVA的康明斯發(fā)電機組被用于許多應用。超過(guò)這個(gè)規模，應用程序的數量和生產(chǎn)的數量會(huì )顯著(zhù)下降，而且由于數量的減少，價(jià)格會(huì )上漲。通常這意味著(zhù)每kVA的成本更高，當您在上面的示例系統中達到3000kVA時(shí)，價(jià)格可能會(huì )高出數倍。運輸到某些目的地的成本也是一個(gè)因素，較大的發(fā)電機組需要貨車(chē)足夠的空間尺寸（例如貨車(chē)一般是滿(mǎn)足不了大型機組的寬度需求），而不是較小柴油發(fā)電機僅需普通貨即可完成配送，減少了運輸相關(guān)費用，間接上也使企業(yè)配置柴油發(fā)電機的成本減少。
三、并聯(lián)系統
1、并機容量的要求
柴油發(fā)電機主要提供應急電源保障容量，發(fā)電發(fā)電機組的并機容量首先應滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：
（1）發(fā)電機的連續運行額定功率大于或等于穩定負荷計算功率；
（2）發(fā)電機的備用運行功率大于或等于負荷的尖峰功率；
（3）在最大的電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，發(fā)電機的瞬時(shí)電壓降不大于15%～20%。
其次，數據中心配置有大量的不間斷電源，它的特性是非線(xiàn)性負載，在供電線(xiàn)路上會(huì )產(chǎn)生諧波，使發(fā)電機輸出電壓波形產(chǎn)生失真。對于高阻抗的發(fā)電機，諧波對發(fā)電機影響更大。由于發(fā)電發(fā)電機組相對電網(wǎng)是有限容量系統，多臺發(fā)電機并機系統除了滿(mǎn)足穩定負荷需求外，還需考慮負載特性（電能質(zhì)量）、啟動(dòng)性能、沖擊負載（冷凍發(fā)電機組和水泵的啟動(dòng)電流、變壓器投入時(shí)的激磁電流）對發(fā)電機使用的影響。
2、并機控制
為保證響應速度，并機系統同步控制采用準同期方式，系統采用隨機并聯(lián)方式，即系統中任一臺首先達到額定輸出的發(fā)電機組，都可以先合閘到母線(xiàn)供電，其他發(fā)電機組與該發(fā)電機組同步后再依次合閘供電。
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并車(chē)接線(xiàn)端子指示圖 |
（1）每臺發(fā)電發(fā)電機組控制柜（GCP）控制一臺發(fā)電發(fā)電機組，配備自動(dòng)同步與負載分配模塊，通過(guò)控制發(fā)電機組得轉速與電壓，來(lái)實(shí)現發(fā)電機組互相之間的并聯(lián)及負載均衡。同時(shí)也通過(guò)廣角模擬表，來(lái)監控發(fā)電發(fā)電機組輸出，如電壓、電流、功率因數、有功、無(wú)功等，以保證操作人員一眼就可以看到多臺發(fā)電機組的多項參數。GCP 可以與相應發(fā)電機組一起安裝，以節省空間，降低總成本。對應發(fā)電機組的高壓開(kāi)關(guān)由GCP 來(lái)控制其分/合。
（2）主控柜（MCP）用來(lái)協(xié)調控制整個(gè)系統的運行，通過(guò)PLC 編程，實(shí)現系統的邏輯控制，包括投入和切除發(fā)電機組，優(yōu)先級設定等。
（3）發(fā)電機系統（發(fā)電機組、并聯(lián)、高壓開(kāi)關(guān)等）平時(shí)處在自動(dòng)模式，通過(guò)外部送來(lái)的信號（比如可以是市電進(jìn)線(xiàn)失壓信號），由并聯(lián)控制系統來(lái)監視市電狀況。
（4）市電失電/故障時(shí)，并聯(lián)系統收到信號，通過(guò)設定的時(shí)間延遲（PLC設定，可根據實(shí)際情況靈活修改）后，給全部發(fā)電機組送出啟動(dòng)信號（信號送至GCP，GCP 再送信號至各發(fā)電機組的機上控制器），6 臺發(fā)電機組同時(shí)啟動(dòng)。率先達到90%額定頻率和額定電壓的發(fā)電機組，GCP 發(fā)出信號，自動(dòng)閉合真空斷路器，發(fā)電機組合閘到應急母線(xiàn)。其他發(fā)電機與母線(xiàn)同步后，自動(dòng)合閘到母線(xiàn)。
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柴發(fā)并聯(lián)系統母排接線(xiàn)圖 |
3、負載管理
假設用戶(hù)一共采用6臺發(fā)電機組自動(dòng)并聯(lián)運行，系統自動(dòng)分配負載，按下述邏輯實(shí)現負載管理。
（1）系統負載管理按N+1模式來(lái)控制，全部發(fā)電機組并聯(lián)運行1~10 分鐘（PLC 設定，可調）后，如系統全部負載小于單機額定容量的360%（可調）且持續時(shí)間超過(guò)1 分鐘，則系統自動(dòng)切除第6 臺發(fā)電機組，此時(shí)全部負載可以只用5臺發(fā)電機組帶，通過(guò)N+1 的冗余負載管理設計，來(lái)保證供電可靠性；
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1號機并車(chē)接線(xiàn)圖 |
（2）如負載繼續下降至小于單機容量的270%且持續時(shí)間超過(guò)1 分鐘，則系統自動(dòng)切除第5 臺發(fā)電機組；如負載繼續下降至小于單機容量的180%且持續時(shí)間超過(guò)1 分鐘，則系統自動(dòng)切除第4 臺發(fā)電機組；如負載繼續下降至小于單機容量的90%且持續時(shí)間超過(guò)1分鐘，則系統自動(dòng)切除第3臺發(fā)電機組。系統最小保證兩臺發(fā)電機組在線(xiàn)運行。
（3）如系統負載增加，至大于單機額定容量的120%，則系統自動(dòng)啟動(dòng)第3 臺發(fā)電機組，并自動(dòng)同步后合閘，向負載供電；如系統全部負載增加，至大于單機額定容量的240%，則系統自動(dòng)啟動(dòng)第4 臺發(fā)電機組，并自動(dòng)同步后合閘，向負載供電。其他發(fā)電機組的運行以此類(lèi)推。
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2號機并車(chē)接線(xiàn)圖 |
（4）系統帶載運行中，任一臺發(fā)電機組故障，則系統自動(dòng)報警，同時(shí)啟動(dòng)一臺冗余發(fā)電機組投入使用。
（5）市電恢復，則全部在線(xiàn)發(fā)電機組通過(guò)主控柜MCP斷開(kāi)發(fā)電機組進(jìn)線(xiàn)斷路器，發(fā)電發(fā)電機組自動(dòng)冷卻延時(shí)后停機。
（6）當主控制處于手動(dòng)模式時(shí)，整個(gè)應急發(fā)電系統處于手動(dòng)狀態(tài)，可手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機組，手動(dòng)并聯(lián)，手動(dòng)停機等。試驗功能可通過(guò)手動(dòng)模式來(lái)實(shí)現。并聯(lián)系統應配備數字式自動(dòng)負載分荷（Load Sharing）控制器，將負載在各發(fā)電機組間均勻分擔。
上述邏輯控制功能可在現場(chǎng)設定，無(wú)需硬件改動(dòng)，即可靈活擴容。
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