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康明斯發(fā)電機并聯(lián)運行試驗的方法和結果 |
摘要：由于康明斯并聯(lián)發(fā)電系統涉及到柴油機、發(fā)電機、配電板、功率管理（PMS）、并機開(kāi)關(guān)等多個(gè)品牌的組成，一般需要在柴油發(fā)電機組安裝完畢后進(jìn)行實(shí)地試驗。特別針對擁有2臺以上柴油發(fā)電機組設備的用戶(hù)，當發(fā)電機組要實(shí)現并車(chē)進(jìn)入恒頻模式時(shí)，必須要先達到并聯(lián)的基本條件。因此，柴油發(fā)電機要先運行在下垂模式，把準備并聯(lián)的發(fā)電機調整到合適的電壓、頻率、相位上，完成并聯(lián)入網(wǎng)；PMS再轉換成恒頻模式，放權給柴油機的就地負載分配控制。
一、發(fā)電機并聯(lián)投入條件和方法
并聯(lián)柴油發(fā)電機組的電能供應可以相互調劑，合理使用，從而更合理地利用發(fā)電設備。 其目的是增加供電的可靠性。一臺發(fā)電機的故障，不致于造成停電事故，同時(shí)，也減少了備用容量。 由于電力系統容量很大，一臺電動(dòng)機的起動(dòng)、加載、停機，對系統來(lái)說(shuō)，幾乎就沒(méi)有影響，因此，電網(wǎng)的電壓和頻率能保持在要求的恒定范圍內。
1、并聯(lián)投入條件
為了避免并聯(lián)合閘時(shí)引起電流、功率以及由此引起的發(fā)電機內部的機械應力的沖擊，將要投入電網(wǎng)的發(fā)電機應滿(mǎn)足下列條件：
（1）發(fā)電機的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓幅值，而且波形一致。
（2）投入時(shí)，發(fā)電機的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位一致，即UG=US。
（3）發(fā)電機的頻率等于電網(wǎng)的頻率，即fG=fS。
（4）發(fā)電機的相序必須與電網(wǎng)相序一致。
2、不滿(mǎn)足并聯(lián)投入條件的后果
（1）頻率相等，相序一致，但發(fā)電機電壓和電網(wǎng)電壓不相等。電路等效圖和相量圖如圖1所示。
（2）電壓相等，相序一致，但發(fā)電機頻率和電網(wǎng)頻率不相等。電路等效圖和相量圖如圖2所示。
（3）電壓相等，頻率相等，但發(fā)電機相位和電網(wǎng)相位不相等。
相序不同是絕對不允許投入的。因為即使某相滿(mǎn)足了前面三個(gè)條件，但其它兩相由于相序不同而使電壓相位相差120° ，它將引起很大的沖擊環(huán)流，危害電機的安全運行。由于柴油機有一定的轉向，而且發(fā)電機出線(xiàn)都用顏色黃、綠、紅標明，在裝置開(kāi)關(guān)時(shí)，首先就要布置好相序，所以在發(fā)電廠(chǎng)一般不會(huì )出現相序錯誤。
3、并聯(lián)投入方法
把發(fā)電機投入到電網(wǎng)所進(jìn)行的操作過(guò)程稱(chēng)為整步過(guò)程（或稱(chēng)并車(chē))，整步方法分為準整步和自整步。
（1）準整步：把發(fā)電機調整到完全合乎并聯(lián)投入，然后投入電網(wǎng)，這種方法叫準整步。
（2）自整步：首先校驗發(fā)電機的相序，并按照規定的轉向(和定子旋轉磁場(chǎng)的轉向一致)把發(fā)電機拖動(dòng)到接近同步速旋轉，把勵磁繞組通過(guò)一限流電阻短路(不加勵磁)，然后把發(fā)電機投入電網(wǎng)，并立即加上勵磁，依靠定、轉子間形成的電磁力矩，把轉子自動(dòng)地拉入同步。
進(jìn)行自整步操作時(shí)要注意，發(fā)電機投入電網(wǎng)時(shí)，勵磁繞 組不 應開(kāi)路，否則勵磁繞組中將感生危險高壓；勵磁繞組也不直接 短路，否則合閘時(shí)定子電流會(huì )有很大沖擊。通常的做法是把滅磁電阻接入閉合的勵磁回路作為限流電阻。 自整步法主要缺點(diǎn)是投網(wǎng)時(shí)沖擊電流稍大。
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圖1 發(fā)電機電壓不相等時(shí)的并聯(lián)合閘 |
圖2 發(fā)電機頻率不相等時(shí)的并聯(lián)合閘 |
二、并聯(lián)發(fā)電機組試驗方案
1、試驗目的
檢查兩臺柴油發(fā)電機并聯(lián)運行的正確性。經(jīng)過(guò)修理后兩臺柴油發(fā)電機并聯(lián)正確，使兩臺發(fā)電機按比例合理承擔公共負載，充分發(fā)揮每臺發(fā)電機的能力。
2、初步并聯(lián)運行方案
（1）當大、小柴油發(fā)電機并網(wǎng)均載運行時(shí)，大、小機的負載是按比例分配的;在突加或者突卸負載時(shí)，柴油機自身的調速特性能保證瞬時(shí)加在兩臺機上的比例是相近的，在此基礎上PMS再做負載分配和頻率調整。在現場(chǎng)調試過(guò)程中，PMS調速脈沖寬度與頻率與柴油機的調速曲線(xiàn)匹配，使大小機負載分配更加完美;
（2）當小機運行在固定負載模式下，操作人員手動(dòng)設定小機負載功率，大機功率隨負載波動(dòng)。此時(shí)突加或突卸負載，柴油機自身的調速特性能保證在瞬時(shí)加在兩臺機上的比例是相近的，在此基礎上PMS再做負載分配和頻率調整;。當大機負載超（例如90%）或低于（例如10%）設定值時(shí)，PMS自動(dòng)退出固定負載模式;
（3）當小機在網(wǎng)大機并車(chē)時(shí)，或大機在網(wǎng)小機并車(chē)時(shí)，柴油機自身的調速特性能保證在瞬時(shí)小機不能過(guò)載或者逆功，在此基礎上PMS再做負載分配和頻率調整;
（4）大、小機都在網(wǎng)小機卸載時(shí)，PMS會(huì )慢慢卸載小機功率，當小機功率低于PMS設定值時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān);
（5）大、小機都在網(wǎng)大機卸載時(shí)，PMS會(huì )慢慢卸載大機功率，當大機功率低于PMS設定值時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。此設定值要與柴油機廠(chǎng)家確認，以保證在設定值足夠低的情況下大機負載能慢慢轉移到小機上。
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圖3 柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行效果圖 |
圖4 多臺柴油發(fā)電機組功率管理方案圖示 |
3、試驗方法
① 首先調節各臺柴油機的調速器，使其調速特性趨向一致，其特性曲線(xiàn)斜率接近。
② 調節每臺發(fā)電機的勵磁，使各臺發(fā)電機在額定電壓下的電壓調節特性單向下降，其斜率也接近。
③ 用同步指示器（或燈光熄滅法和燈光旋轉法）判斷各發(fā)電機是否滿(mǎn)足并聯(lián)條件，如滿(mǎn)足，可將兩臺發(fā)電機并聯(lián)，并空載運行。
④ 空載運行后，先加有功功率為總有功功率70％的負載，調節原動(dòng)機轉速，使有功功率按比例分配，然后再加無(wú)功功率，為總額定負載的75%。調節發(fā)電機勵磁，使每臺發(fā)電機無(wú)功功率按比例分配。
⑤ 最后，按兩臺柴油發(fā)電機組總額定功率的75、100‰、75％、50‰、20％、50和75％的順序進(jìn)行試驗。同時(shí)記錄各種不同負載下的數據：發(fā)電機電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數網(wǎng)絡(luò )電壓、總有功功率、無(wú)功功率和網(wǎng)絡(luò )功率因數等。每種負載運行的時(shí)間不少于5min。
⑥ 做總負載的轉移試驗。
將負載降至兩臺機組總負載的50％。若兩臺發(fā)電機的功率相同，先調節1號發(fā)電機使其有功功率接近額定，然后轉移無(wú)功功率使其額定，再使1號機承擔的負載達到穩定，使2號機接近空載，歷時(shí)5min。最后將負載轉移到2號機上，使1號機接近空載，歷時(shí)5min，即可解列。如果兩臺電機功率不伺，在轉移負載時(shí)，應使小功率電機的負載不超過(guò)額定。
⑦ 如果不用柴油機拖動(dòng)發(fā)電機，用電動(dòng)機拖動(dòng)時(shí)，試驗方法同上述。
4、試驗結果分析
兩臺規格相同的發(fā)電機并列時(shí)，有功與無(wú)功功率分配計算差度不超過(guò)±10％。兩臺規格不同的發(fā)電機并列時(shí)，容量大的發(fā)電機不應大于額定有功或無(wú)功功率的±10，容量較小的發(fā)電機不應大于額定有功或無(wú)功功率的±25％，以?xún)烧咧休^小的數值進(jìn)行考核。
總結：
柴油發(fā)電機并聯(lián)運行中影響有功功率分配穩定、均衡的還有調速器線(xiàn)性、執行器和高壓油泵齒條連桿安裝、執行期油門(mén)反饋電位器精度、機械零位等因素；影響無(wú)功功率分配的還有AVR調壓線(xiàn)性，旋轉整流器等因素。但只要是合格的調速器和調壓系統，關(guān)鍵因素還是穩態(tài)調速率和靜態(tài)電壓調整率這兩個(gè)特性的調整，這是決定柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行穩定，負荷均衡的關(guān)鍵因素。
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