新聞主題	多臺并聯(lián)柴油發(fā)電機組的功率分配及PLC調整

 

摘要：隨著(zhù)大容量10KV備用發(fā)電機組并聯(lián)廣泛使用后，與市電互相切換以保證一級負荷， 同時(shí)由PLC統一控制所有切換的邏輯關(guān)系，獲得了很好的效果。康明斯公司在以下介紹的PLC邏輯控制案例可以發(fā)現，高壓并聯(lián)發(fā)電機組的使用及并聯(lián)技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，由兩臺機組到4臺、6臺、8臺甚至16臺以及更多，都可以遵循以上案例進(jìn)行拓展，而與市電切換的邏輯也是隨著(zhù)臺數的增加呈平方級地復雜，用PLC作為一個(gè)指揮中心控制發(fā)電機組與市電切換是一個(gè)非常好的解決方案。

 

      考慮到負荷的重要性，越來(lái)越多的項目使用到備用發(fā)電機組，從幾十個(gè)千瓦到幾千個(gè)千瓦，隨著(zhù)大容量發(fā)電機組并聯(lián)技術(shù)的成熟和成本的下降，投資者和建設者會(huì )逐漸考慮從低壓發(fā)電機組到高壓發(fā)電機組，如果是單臺機組容量不夠的情況下，設計人員會(huì )考慮用10kV高壓發(fā)電機組代替傳統的380V發(fā)電機組。

 

一、高壓并聯(lián)發(fā)電機組使用的優(yōu)勢

 

1、備用容量大

      在現在日益發(fā)展的工業(yè)上，用戶(hù)的用電量需求也是越來(lái)越大，高壓并聯(lián)發(fā)電機組可以作為兩路市電外的第三路電源，發(fā)電機組可以按總負荷的100%考慮設計，與市電相同，燃料儲備可以保證發(fā)電機組滿(mǎn)負荷運行至少24h。比起單臺低壓發(fā)電機只作應急電源，有天淵之別。

2、綜合成本可行性強

      目前根據世界知名發(fā)電機組廠(chǎng)家的報價(jià)，同容量的高壓機組并聯(lián)的價(jià)格約比低壓機組并聯(lián)貴11%左右，但這只是設備的成本，綜合考慮整個(gè)工程的安裝情況，高壓并聯(lián)發(fā)電機組電纜成本可以忽略不計，低壓機組并聯(lián)每相需要多根大截面電纜，成本和安裝費用都非常高，另外四臺高壓發(fā)電機組安裝在一起比四臺低壓機組分散布置建筑面積可省50m²。當今在城市里寸土寸金，這方面高壓并聯(lián)機組確實(shí)具有不少優(yōu)勢。

3、技術(shù)成熟，可靠性強

      雖然國內鮮有有生產(chǎn)單臺2000kW以上大容量的低壓柴油發(fā)電機的國產(chǎn)廠(chǎng)家，大部分都是進(jìn)口品牌。因此，在國外，大容量高壓柴油發(fā)電機組的質(zhì)量和可靠性已經(jīng)達到相當高的水平，可靠性甚至超過(guò)了低壓機組。據資料，國外最大的可以做到單臺4000KW的高壓發(fā)電機組并聯(lián)16臺。

 

 

多臺發(fā)電機組并機電路圖

發(fā)電機組PLC邏輯控制示意圖

 

二、并聯(lián)+PLC功能案例

 

      以深圳某數據中心項目為例，使用了4臺2000kW高壓發(fā)電機組并聯(lián)運行，作為兩路市電同時(shí)故障時(shí)的第三路電源，該項目同時(shí)還設計配備了10KV負載箱，在平時(shí)發(fā)電機組空載的時(shí)候進(jìn)行常規試驗。與往常的發(fā)電機組備自投不同的是，在該項目深化討論的時(shí)候，由于要控制的點(diǎn)數比較多，邏輯比較復雜，要實(shí)現的功能和要求達40條，故經(jīng)過(guò)設計人員、廠(chǎng)家和業(yè)主綜合討論，決定增加一個(gè)PLC專(zhuān)門(mén)控制這部份的邏輯運行（如圖2所示）。

 

圖2 柴油發(fā)電機組并聯(lián)案例合閘電路圖

 

 

1、正常運行方式

（1）主市電斷路器52-U1和52-U2閉合；

（2）母聯(lián)斷路器52-T1打開(kāi)；

（3）發(fā)電機斷路器52-G1，52-G2，52-G3和52-G4打開(kāi)；

（4）發(fā)電機饋電斷路器52-GF1和52-GF2打開(kāi)；

（5）斷路器52-U3和52-U4打開(kāi)；

（6）負載箱斷路器52-LB打開(kāi)；

（7）全部負荷通過(guò)斷路器52-U1和52-U2由市電電網(wǎng)提供。

2、斷路器52-U1側市電線(xiàn)路NO.1失電

（1）如果斷路器52-U1線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U1-1負荷側欠電壓繼電器27-U1-2同時(shí)檢測到正常電壓缺失，而同時(shí)斷路器52-U2線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U2-1檢測到的是正常電壓信號，則開(kāi)關(guān)柜PLC啟動(dòng)1分鐘延時(shí)繼電器（就地可編程）。

（2）如果27-U1-1和27-U1-2當中只有一個(gè)檢測到電壓缺失信號，則開(kāi)關(guān)柜PLC認為這是PT故障，熔斷器故障，繼電器跳閘或斷路器52-U1分閘，系統維持正常運行模式。

（3）如果在（最小10s，可就是編程）1分鐘延時(shí)到之前，27-U1-1和27-U1-2又同時(shí)重新檢測到正常電壓信號，則系統維持正常運行模式，1分鐘延時(shí)繼電器復位。

（4）如果1分鐘延時(shí)到，52-U1側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U1-2仍未檢測到正常電壓信號，則斷路器52-U1斷開(kāi)，母聯(lián)斷路器52-T1閉合，全部負荷由線(xiàn)路N0.2供電。

（5）當線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U1-1重新檢測到正常電壓信號，而此時(shí)負荷由仍舊連接在52-U2側，則通過(guò)手動(dòng)方式重新切回到正常運行模式。手動(dòng)切換通過(guò)操作員按切換按鈕“切換從52-U2到52-U1"來(lái)實(shí)現。先斷開(kāi)母聯(lián)斷路器52-T1，再閉合線(xiàn)路NO.1側斷路器52-U1。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過(guò)程是一個(gè)開(kāi)放的轉換過(guò)程“分閘-準備-合閘”。先閉合線(xiàn)路NO.1側斷路器52-U1，再斷開(kāi)52-T1。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過(guò)程是一個(gè)閉合的轉換過(guò)程“合閘-準備-分閘”。]

（6）如果斷路器52-U1分閘是由于保護繼電器動(dòng)作或手動(dòng)所至，將鎖住任何自動(dòng)切換。

3、斷路器52-U2側線(xiàn)路NO.2失電

（1）如果斷路器52-U2線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U2-1和負荷側欠電壓繼電器27-U2-2同時(shí)檢測到正常電壓缺失，而同時(shí)斷路器52-U1線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U1-1見(jiàn)車(chē)到的是正常電壓信號，則開(kāi)關(guān)柜PLC啟動(dòng)1分鐘延時(shí)繼電器（就地可編程）。

（2）如果27-U2-1和27-U2-2當中只有一個(gè)檢測到電壓缺失信號，則開(kāi)關(guān)柜PLC認為這是PT故障，熔斷器故障，保護繼電器跳閘或認為斷路器52-U2分閘，維持正常運行模式。

（3）如果在（最小10s，可就地編程）1分鐘延時(shí)到之前，27-U2-1和27-U2-2又同時(shí)重新檢測到正常電壓信號，則系統維持正常運行模式，1分鐘延時(shí)繼電器復位。

（4）如果1分鐘延時(shí)到，52-U2側欠電壓繼電器27-U2-1和27-U2-2仍未檢測到正常電壓信號，則斷路器52-U2斷開(kāi)，母聯(lián)斷路器52-T1閉合，全部負荷由線(xiàn)路N0.1供電。

（5）當線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U2-1重新檢測到正常電壓信號，而此時(shí)負荷由仍舊連接在52-U1側，則通過(guò)手動(dòng)方式重新切回到正常運行模式。手動(dòng)切換通過(guò)操作員切換按紐“切回從52-U1到52-U2"來(lái)實(shí)現。先斷開(kāi)母聯(lián)斷路器52-T1，在閉合線(xiàn)路N0.2側斷路器52-U2。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過(guò)程是一個(gè)開(kāi)放的轉換過(guò)程“分閘-準備-合閘”。先閉合線(xiàn)N0.2側斷路器52-U2，再斷開(kāi)母聯(lián)斷路器52-T1。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過(guò)程是一個(gè)閉合的轉換過(guò)程“分閘-準備~合閘”。

（6）如果斷路器52-U2分閘是由于保護繼電器動(dòng)作或手動(dòng)所至，將鎖住任何自動(dòng)切換。

4、線(xiàn)路N0.1和線(xiàn)路NO.2同時(shí)失電

（1）當兩條市電線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1同時(shí)檢測到失壓信號，開(kāi)關(guān)柜PLC啟動(dòng)5s后和1分鐘兩個(gè)延時(shí)繼電器（可就地編程）；5s時(shí)間到，27-U1-1和27-U2-1檢測到的如仍是失壓信號，則柴油發(fā)電機點(diǎn)火啟動(dòng)信號自動(dòng)發(fā)送到發(fā)電機開(kāi)關(guān)柜。

（2）一旦接收到啟動(dòng)信號，所有發(fā)電機將分別自動(dòng)、獨立啟動(dòng)并加速到額定電壓和頻率。最先達到90%額定電壓和頻率的發(fā)電機將通過(guò)閉合其相關(guān)聯(lián)的斷路器首先連接到發(fā)電機母線(xiàn)上。電氣聯(lián)鎖將保證在一旦同步裝置運行，只有一步發(fā)電機連接到發(fā)電機母線(xiàn)上。

（3）其余發(fā)電機的同步裝置將自動(dòng)并獨立地調整各自發(fā)電機的頻率，當與發(fā)電機母線(xiàn)上的瞬時(shí)相角差小于5°時(shí)，將發(fā)電機并列連接到發(fā)電機母線(xiàn)上。

（4）如在規定的時(shí)間內某臺發(fā)電機未能正常啟動(dòng)，該發(fā)電機將自動(dòng)退出，并激活聲光報警干接點(diǎn)信號到遠方報警盤(pán)。

（5）如在預定的時(shí)間內某臺發(fā)電機未能同步，將發(fā)出聲光報警干接點(diǎn)信號到遠方報警盤(pán)。

（6）如果在（最小10s）1分鐘延時(shí)繼電器時(shí)間到之前，線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1檢測到電壓恢復信號，系統將維持正常運行模式，1分鐘延時(shí)繼電器自動(dòng)復位，PILC發(fā)送停機命令信號到發(fā)電機，發(fā)電機將在冷卻狀態(tài)下繼續運行10分鐘后（可編程）自動(dòng)停機。

（7）如果在（最小10s）1分鐘延時(shí)繼電器時(shí)間到之前，線(xiàn)路側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1當中只有一個(gè)檢測到電壓恢復信號，系統將自動(dòng)切換到有電壓線(xiàn)路一側，1分鐘延時(shí)繼電器自動(dòng)復位，PLC發(fā)送停機命令信號到發(fā)電機，發(fā)電機在冷卻狀態(tài)下繼續運行10分鐘后（可編程）自動(dòng)停機。

（8）如果1分鐘延時(shí)繼電器時(shí)間到后，27-U1-1和27-U2-1檢測到的仍是失壓信號，而此時(shí)發(fā)電機組已完成同步，則52-U1、52-U2打開(kāi)，52-T1維持打開(kāi)狀態(tài)。然后發(fā)電機側斷路器52-GF1和52-U3先閉合，將發(fā)電機連接到52-U1負荷側母線(xiàn)，然后52-GF2和52-U4閉合，再將發(fā)電機連接到52-U2負荷側母線(xiàn)。

（9）當27-U1-1和27-U2-1同時(shí)重新檢測到電壓恢復信號，而此時(shí)負荷仍連接在發(fā)電機系統側，可手動(dòng)切回到正常電源側。這一過(guò)程可由操作者通過(guò)安裝在控制盤(pán)“市電/發(fā)電機切換”部分上的“切回到市電電源”按鈕來(lái)實(shí)現。一旦按下按鈕，先分別斷開(kāi)斷路器52-GF1，52-U3，52-GF2和52-U4，然后閉合斷路器52-U1和52-U2。從發(fā)電機切換到市電的手動(dòng)切換過(guò)程是一個(gè)開(kāi)放的過(guò)程“分閘-備-合閘”。

      一旦按下按鈕，發(fā)電機組將首先和52-U1側電源同步。當兩個(gè)電源達到同步指標（頻率偏差小于5度，電壓偏差小于5%），斷路器52-U1閉合，斷路器52-GF1和52-U3仍維持閉合一段可調整時(shí)間（最大180s），允許負荷重新連接到線(xiàn)路NO.1上，然后斷開(kāi)52-GF1和52-U3。

      完成和52-U1側電源同步后，發(fā)電機再和52-U2側電源同步，當兩個(gè)電源達到同步指標（頻率偏差小于5度，電壓偏差小于5%），斷路器52-U2閉合，斷路器52-GF2和52-U4仍維持閉合一段可調整時(shí)間（最大180s），允許負荷重新連接到線(xiàn)路N0.2上，然后斷開(kāi)52-GF2和52-U4。從發(fā)電機切換到市電的手動(dòng)切換過(guò)程是一個(gè)封閉的“合閘-準備-分閘"。切換完成后，發(fā)電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機。

（10）在上一步從發(fā)電機切換回市電過(guò)程中，如果發(fā)電機與52-U1側電源在30s（可編程）內同步失敗，系統將自動(dòng)放棄和52-U1側電源同步，轉而和52-U2側電源同步，同時(shí)在控制盤(pán)上發(fā)出聲光報警信號，并發(fā)送干接點(diǎn)到遠方報警盤(pán)。當發(fā)電機和52-U2側電源達到同步指標（頻率偏差小于5度，電壓偏差小于5%）后，斷路器52-U2閉合，斷路器52-GF2和52-U4仍維持閉合一段可調整時(shí)間（最大180s），允許負荷重新連接到線(xiàn)路N0.2上，然后斷開(kāi)52-GF2和52-U4斷路器。然后發(fā)電機再試圖通過(guò)52-T1和52-U2同步。

      當同步成功后，52-T1閉合，52-GF1和52-U3維持閉合一段時(shí)間（最大180s）后斷開(kāi)。52-U1自始至終維持打開(kāi)狀態(tài)。整個(gè)切換過(guò)程是一個(gè)封閉的過(guò)程“合閘-準備-分閘”。發(fā)電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機。

（11）在切換回正常電源過(guò)程中，當發(fā)電機組和52-U1切換成功，而在30s內（可編程）與52-U2同步失敗后，系統將自動(dòng)放棄和52-U2同步，試圖通過(guò)52-T1和52-U1同步。當同步成功后，52-T1瞬時(shí)閉合使兩個(gè)電源同步，52-GF2和52-U4維持閉合一段時(shí)間（最大180s）后斷開(kāi)，52-U2自始至終維持打開(kāi)狀態(tài)。發(fā)電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機。

（12）當27-U1-1和27-U2-1當中只有一個(gè)檢測到電壓恢復信號，而此時(shí)負荷連接在發(fā)電機母線(xiàn)上，操作者可通過(guò)安裝在控制盤(pán)“市電/發(fā)電機切換”部分上的“切回到市電電源按鈕"手動(dòng)將系統切回到電源恢復的一路進(jìn)線(xiàn)上。一旦按下按鈕，先分別打開(kāi)斷路器52-GF1，52-U3，52-GF2和52-U4，再閉合市電恢復側的線(xiàn)路斷路器52-U1或52-U2，整個(gè)切換過(guò)程是一個(gè)開(kāi)放的過(guò)程“合閘-準備-分閘”一旦按下按鈕，發(fā)電機母線(xiàn)將自動(dòng)和帶電一側開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)同步。市電帶電側斷路器（52-U1或52-U2）閉合。相應的發(fā)電機斷路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）仍維持閉合一段可調整時(shí)間（最大180s），允許負荷重新連接到市電線(xiàn)路上然后打開(kāi)。然后發(fā)電機系統通過(guò)母聯(lián)斷路器52-T1和帶電一側市電系統同步。

      當兩個(gè)系統達到指標（頻率偏差小于5°，電壓偏差小于5%），斷路器52-T1閉合，另一個(gè)發(fā)電機饋線(xiàn)斷路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）打開(kāi)。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)封閉的過(guò)程“合閘-準備-分閘”。發(fā)電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機。

（13）斷路器52-U1或52-U2由于繼電器保護或人工切斷將鎖出（Lock-out）任何發(fā)電機啟動(dòng)和切換操作。

（14）當斷路器52~U1或52-U2當中任何一個(gè)由于繼電保護人工切斷或人工斷開(kāi)而失電后，將只會(huì )導致閉合斷路器一側的線(xiàn)路切換到發(fā)電機系統，處于斷開(kāi)狀態(tài)的斷路器線(xiàn)路一側將被鎖住，不會(huì )切換到發(fā)電機系統。

5、發(fā)電機常規試驗

（1）市電線(xiàn)路側斷路器52-U1和52-U2閉合；

（2）母聯(lián)斷路器52-T1打開(kāi)；

（3）發(fā)電機饋電斷路器52-GF1和52-GF2打開(kāi)（4）斷路器52-U3和52-U4打開(kāi)；

（5）負載箱斷路器52-LB閉合；

（6）4臺發(fā)電機將分別帶負荷箱測試。測試通過(guò)操作員按安裝在發(fā)電機開(kāi)關(guān)柜52-G1、52-G2、52-G3、52-G4上的“啟動(dòng)發(fā)電機”按鈕來(lái)實(shí)現。一旦操作員按下其中一個(gè)按鈕，點(diǎn)火信號將發(fā)送到指定的發(fā)電機上；

（7）一旦接收到點(diǎn)火信號，該發(fā)電機將自動(dòng)啟動(dòng)并加速到額定電壓和頻率。當發(fā)電機達到90%額定電源和頻率時(shí)，將通過(guò)閉合與該發(fā)電機相關(guān)聯(lián)的斷路器將發(fā)電機連接到發(fā)電機母線(xiàn)上：

（8）系統PLC的編程應能使發(fā)電機在測試過(guò)程中，如果突遇市電中斷，將立刻中止試驗并自動(dòng)切換到正常運行模式。由10KV系統PLC發(fā)來(lái)的信號立刻中止負載箱運行，并跳閘與之相關(guān)的斷路器52-LB。

 

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