新聞主題	高電壓柴油發(fā)電機組的配電系統

摘要：一般來(lái)說(shuō)，高壓柴油發(fā)電機的輸出電壓在6300V-10.5KV之間，頻率為50Hz或60HZ。為了保證電力質(zhì)量的穩定性，各種類(lèi)型的高壓發(fā)電機組配電系統都必須遵循國際電氣委員會(huì )（IEC）制定的標準。高壓配電系統一般由進(jìn)線(xiàn)柜、PT柜、饋線(xiàn)柜和接地電阻柜等組成。其中，進(jìn)線(xiàn)柜由真空斷路器、CT、PT、避雷器、絕緣監視和電流、電壓等儀表及后備保護和差動(dòng)保護裝置或繼電器組成。PT柜主要是PT和電壓表等組成。饋線(xiàn)柜由真空斷路器、避雷器、CT、PT、絕緣監視裝置和電壓、電流等儀表及后備保護裝置等組成，接地電阻柜由接地電阻、CT和真空接觸器及電流繼電器等組成。

 

一、影響輸出電壓和頻率的因素

 

      高壓柴油發(fā)電機組通常采用N＋1的冗余備份方式，當檢測到兩路市電均失電后，柴油發(fā)電機組并機啟動(dòng)，達到帶載條件后向10kV并機母線(xiàn)提供應急電源。并機母線(xiàn)采用分段單母線(xiàn)聯(lián)絡(luò )接線(xiàn)方式，正常情況下發(fā)電機組同時(shí)向兩段并機母線(xiàn)供電，母線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。高壓配電系統如圖1所示。

1．機械因素

      高壓柴油發(fā)電機的機械部件受到磨損、松動(dòng)和疲勞等因素的影響時(shí)，往往會(huì )導致輸出電壓和頻率的變化。因此，對高壓柴油發(fā)電機的機械部件進(jìn)行定期的維護檢修，能夠有效提高其輸出電壓和頻率的穩定性。

2．燃料質(zhì)量

      高壓柴油發(fā)電機的燃料質(zhì)量也會(huì )直接影響其輸出電壓和頻率的穩定性。不同質(zhì)量的燃料，其燃燒溫度和速度都會(huì )產(chǎn)生一定的差異，進(jìn)而影響發(fā)電機的輸出電壓和頻率。

3．負載變化

      高壓柴油發(fā)電機的負載大小及其變化也是影響其輸出電壓和頻率穩定性的一個(gè)重要因素。當負載過(guò)大或者突然變化時(shí)，可能會(huì )導致發(fā)電機輸出電壓和頻率失去平衡，從而影響相關(guān)設備的正常工作。

     此外，高壓柴油發(fā)電機組的日常巡檢也是非常重要的內容，包括油機進(jìn)線(xiàn)柜、出線(xiàn)柜開(kāi)關(guān)位置、油路系統的自動(dòng)泵油功能、液位、油機油水分離器含水情況、機油液位、冷卻液顏色、設備異響、進(jìn)氣排風(fēng)系統、 噪音、冬季低溫環(huán)境下的水套加熱系統等方面的檢查。

 

圖1  10KV柴油發(fā)電機配電系統架構圖

 

二、高壓柴發(fā)的配電系統組成

 

      一個(gè)高壓柴油發(fā)電機組所配備的供電系統中開(kāi)關(guān)柜的方案主要有進(jìn)線(xiàn)柜、并機柜、饋線(xiàn)柜、接地電阻柜、PT電壓互感器柜、雙電源轉換柜等組成。當然，并不是每個(gè)供電系統所有的方案都有，一般都是由各個(gè)方案排列組合而成。

1．進(jìn)線(xiàn)柜

（1）一般采用金屬鎧裝抽出式開(kāi)關(guān)柜。該開(kāi)關(guān)柜采取中置式布置，是目前國內12kV 成套配電設備市場(chǎng)中用量最大、技術(shù)性能較高的一種產(chǎn)品。

（2）高壓發(fā)電機組出口開(kāi)關(guān)一般配置抽出式空氣斷路器。

（3）發(fā)電機組保護裝置配置差動(dòng)保護裝置及后備保護裝置，實(shí)現對發(fā)電機組的差動(dòng)、過(guò)電流、過(guò)電壓及定子接地等故障保護。

（4）智能操作顯示裝置（可選配）：具備溫濕度控制器（配套負載）、帶電顯示器，遠方/就地，分/和閘，儲能等功能。

（5）對于發(fā)電機組并機設計時(shí)，進(jìn)線(xiàn)柜不需要配置接地刀開(kāi)關(guān)。

2．PT柜

      PT柜主要由殼體、手車(chē)、電壓互感器、熔斷器、避雷器、帶電顯示器等組成，結構如圖2所示。其中，電壓互感器有多種接線(xiàn)方式，比如VV接線(xiàn)、YY接線(xiàn)，還有帶開(kāi)口三角的接線(xiàn)。圖3就是帶開(kāi)口三角的YY接線(xiàn)。

（1）對母線(xiàn)電壓進(jìn)行采集，供發(fā)電機組同期測量使用。

（2）作為機房低壓用電設備電源，選型時(shí)需要根據后端負載的容量進(jìn)行選型。每臺發(fā)電機組進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜均配置小母線(xiàn)PT，用于發(fā)電機自身輸出電的測量。

 

圖2  高壓發(fā)電機組PT柜結構組成示意圖

圖3  高壓柴發(fā)機組PT柜元器件接線(xiàn)圖

 

3．饋線(xiàn)柜

      饋線(xiàn)就是供電線(xiàn)，饋線(xiàn)是總的說(shuō)法，出線(xiàn)是對于饋線(xiàn)柜而言的。若從負載來(lái)看，饋線(xiàn)柜的出線(xiàn)也是向它供電的線(xiàn)，也可稱(chēng)為饋線(xiàn)。饋線(xiàn)柜是將線(xiàn)路重新分配的接線(xiàn)柜。

      所謂的饋電柜，就是通過(guò)該柜子把電能饋出（分配）給不同負荷（用戶(hù)）的電力配電裝置。電源從進(jìn)線(xiàn)柜進(jìn)入，通過(guò)母排給幾個(gè)饋線(xiàn)柜配電，饋線(xiàn)柜將電源送至各用電設備；饋線(xiàn)柜屬于配電柜，配電柜是一個(gè)非?；\統的名稱(chēng)，只要和配電沾邊的，都可以叫配電柜。

4．接地電阻柜

（1）當單機運行時(shí)，采取中性點(diǎn)經(jīng)低電阻的接地方式，如圖4所示。

（2）當并聯(lián)運行時(shí)，采取中性點(diǎn)經(jīng)開(kāi)關(guān)或真空接觸器裝置后并聯(lián)接入的接地電阻方式，如圖5所示。

（3）當電力系統出現故障時(shí)（例如電網(wǎng)部分短路或開(kāi)路等），配電系統中性點(diǎn)將產(chǎn)生偏移，此時(shí)中性點(diǎn)接地電阻將輸出配電系統中性點(diǎn)強制接地，并限制其故障電流，使電力系統有時(shí)間進(jìn)行檢測、診斷、保護和切換，從而避免了線(xiàn)路或設備可能遭受的損壞。由于中性點(diǎn)電阻能吸附大量的諧振能量，在有電阻器的接地方式中，從根本上抑制了系統諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生。

5．雙電源轉換柜

 

      通常，用于應急供電的柴油發(fā)電機組應處于自啟動(dòng)狀態(tài)，用于備用電源的可不受此限制。當市電中斷時(shí)，應急的柴油發(fā)電機組應立即啟動(dòng)，高壓柴油發(fā)電機組應在60s內供電。

（1）每段市電母線(xiàn)上的控制器監測本段母線(xiàn)市電電源進(jìn)線(xiàn)前的PT狀態(tài)，當同組兩路市電電源進(jìn)線(xiàn)前的PT均失電、且市電電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)無(wú)保護分閘時(shí)，延時(shí)5 s發(fā)出發(fā)電機組啟動(dòng)信號至發(fā)電機組并機控制系統。

（2）發(fā)電機并機控制系統同時(shí)接收到同組兩臺市電母線(xiàn)上的控制器發(fā)來(lái)的啟動(dòng)信號后，所有發(fā)電機組啟動(dòng)，并在應急母線(xiàn)上完成并機，并機發(fā)電機組臺數達到7臺（可根據負荷調整數量）時(shí)，發(fā)電機組完成并機，并機控制系統閉合并機母線(xiàn)上的饋電開(kāi)關(guān)，并機母線(xiàn)向市電母線(xiàn)輸出電能。

（3）市電母線(xiàn)上控制器監測到備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)前PT帶電后，延時(shí)2 s發(fā)出信號斷開(kāi)本段母線(xiàn)上的市電進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)本段母線(xiàn)上次要變壓器的饋電開(kāi)關(guān)，保留一路主要變壓器饋電開(kāi)關(guān)在線(xiàn)，延時(shí)2 s閉合本段母線(xiàn)上的備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。

（4）每延時(shí)5 s，閉合本段母線(xiàn)上饋電至任意一組的次要變壓器饋電開(kāi)關(guān)。此時(shí)，完成市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載過(guò)程。

（5）市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載完成后，在與供電單位確定其他市電電源無(wú)失電風(fēng)險時(shí)，備用電源可根據實(shí)際負載需要適當退出部分柴發(fā)機組（可由機組功率管理模塊自動(dòng)控制完成）。

（6）市電恢復后，手動(dòng)恢復到市電供電狀態(tài)。若柴發(fā)機組測試時(shí)任意2路市電失電，此時(shí)應為手動(dòng)操作，不涉及控制邏輯。

6．并機自啟動(dòng)裝置

      備用電源設置并機控制系統，并機控制系統由發(fā)電機組設備供應商深化設計。并機控制系統實(shí)現對整個(gè)備用電源系統的監視和控制。每段市電配電母線(xiàn)處設置一臺控制器：

（1）控制功能可由PLC實(shí)現，也可由綜保繼電器實(shí)現。控制器具備自動(dòng)、手動(dòng)功能，備用電源系統啟動(dòng)測試功能。

（2）市電電源的兩臺控制器具備通信功能，以實(shí)現相互監視運行和故障狀態(tài)；同步控制信號，確保同組兩段母線(xiàn)相同電源類(lèi)型的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和饋電至同組變壓器的兩個(gè)饋電開(kāi)關(guān)同時(shí)分閘或合閘。

（3）控制器監視和控制功能至少應包括（1#和2#市電同理）：

① 監測市電電源進(jìn)線(xiàn)前PT201A的狀態(tài)，通過(guò)PT201A監測市電電源進(jìn)線(xiàn)狀態(tài)。

② 監測市電電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)S201A的手車(chē)位置（試驗、工作）、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分斷），開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作分閘信號、故障狀態(tài)；控制S201A分合閘。

③ 監測備用電源進(jìn)線(xiàn)前PT211A的狀態(tài)，通過(guò)PT211A監測備用電源進(jìn)線(xiàn)狀態(tài)。

④ 監測備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)S211A的手車(chē)位置（試驗、工作）、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分斷），開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作分閘信號、故障狀態(tài)；控制S211A分合閘。

⑤ 監測饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)S212A手車(chē)位置（試驗、工作）、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分斷），開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作分閘信號、故障狀態(tài)；控制S212A分合閘。

⑥ 監測饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)S213A手車(chē)位置（試驗、工作）、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分斷），開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作分閘信號、故障狀態(tài)；控制S213A分合閘。

⑦ 監測饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)S214A手車(chē)位置（試驗、工作）、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分斷），開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作分閘信號、故障狀態(tài)；控制S214A分合閘。

⑧ 監測饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)S215A手車(chē)位置（試驗、工作）、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分斷），開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作分閘信號、故障狀態(tài)；控制S215A分合閘。

⑨ 監測饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)S216A手車(chē)位置（試驗、工作）、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)（閉合、分斷），開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作分閘信號、故障狀態(tài)；控制S216A分合閘。

⑩ 控制器PLC - A發(fā)送發(fā)電機組啟動(dòng)信號給發(fā)電機組并機控制系統。

 

圖4  高壓柴發(fā)機組接地電阻柜內部接線(xiàn)圖

圖5  高壓柴油發(fā)電機組接地原理圖

 

總結：

      不同用途對用電可靠性的要求不同，直接關(guān)系到高壓發(fā)電機組配電系統的建設投資和運營(yíng)成本，供配電系統應做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理。本文中配電設計對市電、發(fā)電及UPS電源進(jìn)行合理、充分組合，引入PT柜等先進(jìn)設備，使柴油發(fā)電機組在市電停電，設備故障、檢修，線(xiàn)路故障、檢修等各種情況下正常運行，保證可靠性高的、建設成本高的供配電系統向重要的負荷供電，從而兼顧了高壓供電可靠性和建設成本。

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