新聞主題	柴油發(fā)電機并機控制原理和系統組成圖解

 

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(jiǎn)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)系統的組成、引用標準和工作條件及實(shí)現的各種具體方法；并詳述了柴油發(fā)電機組穩定運行時(shí)有功功率及無(wú)功功率的調節與分配。

 

一、并聯(lián)運行的的標準和條件

 

      為了滿(mǎn)足大負荷或不間斷供電要求，需要啟動(dòng)兩臺或多臺發(fā)電機組同時(shí)供電。柴油發(fā)電機組并聯(lián)控制系統是可根據發(fā)動(dòng)機和交流電機的特點(diǎn)及不同用戶(hù)的特殊需求而度身定制。與各種類(lèi)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(shí)滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需求。

1、適用標準

      本系統適用以下標準：

（1）國際電工委員會(huì )IEC標準

● IEC529（1989）封閉設備防護等級

● IEC947（1995）低壓開(kāi)關(guān)柜和控制柜通用標準

● IEC455（1992）低壓開(kāi)關(guān)柜和控制柜裝配標準

（2）中國國家標準

● GB4208-84外殼防護等級的分類(lèi)

● GB4200-84低壓電氣外殼防護等級

● GB7251-87低壓成套開(kāi)關(guān)設備

2、工作條件

      在并聯(lián)運行時(shí)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(shí)，柴油發(fā)電機組在電氣上要滿(mǎn)足4個(gè)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(mǎn)足任何一條，都會(huì )因瞬時(shí)值不等而出現環(huán)流。其中相序相同必須嚴格遵守，其它三個(gè)條件允許稍有出入。一般說(shuō)來(lái)，相序可由設計制造及安裝自動(dòng)滿(mǎn)足，對于沒(méi)有標明轉向和相序的電機，可以利用相序指示器來(lái)確定，并聯(lián)時(shí)將主要檢查頻率及電壓的大小和相位。

 

二、并聯(lián)系統組成

 

      并機控制系統由1套集中式“并聯(lián)主控制柜”和8個(gè)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(chē)控制模塊和控制系統采用原裝進(jìn)口數字化模塊。

1、并聯(lián)主控制柜

（1）并聯(lián)主控制柜（康明斯原廠(chǎng)產(chǎn)品）是以微處理器為中心的集成控制系統，功能分布如圖1所示。并車(chē)控制系統應采用雙機熱備系統，具有冗余備份功能。當1套系統宕機后，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)電機系統那個(gè)邏輯控制和外部接口通信。過(guò)一個(gè)高分辨率可編程圖形界面板，操作者可以完成對現場(chǎng)整個(gè)電力系統進(jìn)行監測和控制。

（3）PLC可以控制各個(gè)市電回路及發(fā)電機系統內各開(kāi)關(guān)柜分合閘及故障監控，在觸摸屏中可清晰顯示及操作各斷路器。通過(guò)分層菜單為系統實(shí)現各種控制功能，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的功能和操作方法。

2、并聯(lián)分控制柜

      每臺發(fā)電機組分控柜都具備集成調速和調壓功能，可以綜合發(fā)動(dòng)機調速和發(fā)電機調壓功能，即有并聯(lián)檢測、并聯(lián)合閘、負載分配等功能，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，系統仍然可以自主安全運行。避免個(gè)別發(fā)電機組的故障造成整個(gè)系統控制失靈的缺陷。每臺發(fā)電機組控制屏具有自動(dòng)、手動(dòng)同步和負載分配功能.以便在主控制系統出現問(wèn)題時(shí)，每臺發(fā)電機組可以分別與母排實(shí)現手動(dòng)并聯(lián).發(fā)電機組通過(guò)手動(dòng)并聯(lián)后，所有在線(xiàn)并聯(lián)發(fā)電機組可按比例進(jìn)行負載分配。在發(fā)電機組正常測試周期帶測試負載（低壓模擬負載）測試時(shí)，控制試驗負載（高壓電阻箱）斷路器的閉合和斷開(kāi)，不影響整個(gè)電力系統的正常運行。并聯(lián)系統可實(shí)現雙畫(huà)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。

 

圖1  柴油發(fā)電機組并聯(lián)主控制柜界面圖

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

 

      在電力系統中，為了投入并聯(lián)所進(jìn)行的調節和操作過(guò)程，稱(chēng)為同步過(guò)程。同步又可分為自同步和準同步兩種方式。

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)電機組的轉速升到接近額定轉速；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(shí)，依靠定、轉子磁場(chǎng)間所形成的電磁轉矩，即可把轉子自動(dòng)牽入同步。自同步法的優(yōu)點(diǎn)是，投入迅速，不需要增添復雜的裝置，缺點(diǎn)是投入時(shí)定子電流沖擊稍大。

2、準同步方式

      準同步方式是將待并柴油發(fā)電機組在投入系統前通過(guò)調速器調節原動(dòng)機轉速，使柴油發(fā)電機組轉速接近同步轉速；通過(guò)勵磁調整裝置調節柴油發(fā)電機組勵磁電流，使柴油發(fā)電機組端電壓接近系統電壓；在同步條件中的頻差及壓差滿(mǎn)足給定值時(shí)，選擇在零相角差到來(lái)前的合適時(shí)刻合上開(kāi)關(guān)，柴油發(fā)電機組迅速被拉入同步運行。準同步并聯(lián)運行的優(yōu)點(diǎn)是，投入瞬間電網(wǎng)和電機基本沒(méi)有沖擊。

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

      隨著(zhù)微機控制技術(shù)的發(fā)展，單片機自動(dòng)控制的并聯(lián)運行技術(shù)得到了很大的應用。由單片機控制的自動(dòng)并聯(lián)運行裝置具有體積小、成本低、控制靈活等顯著(zhù)的優(yōu)越性，因此，自動(dòng)并聯(lián)運行實(shí)現單片機控制已是一種趨勢。其原理是，根據前面柴油發(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，并根據該差率的大小自動(dòng)對柴油發(fā)電機組進(jìn)行調整，當差值非常小，認為已滿(mǎn)足條件時(shí)，發(fā)出合閘脈沖，實(shí)現同步運行。

      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，就可根據工程的具體情況，適當地選用某種并聯(lián)方式。既可做到操作簡(jiǎn)便、迅速，可靠性高，又可防止并聯(lián)瞬間出現的沖擊電流和電壓波動(dòng)。但是，柴油發(fā)電機組同步運行后，還有一個(gè)重要的環(huán)節，就是對柴油發(fā)電機組進(jìn)行功率分配。

 

四、有功和無(wú)功功率的調節與分配

 

      在多臺柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行的系統中，負載的任何變化都會(huì )引起頻率和電壓的波動(dòng)，導致并聯(lián)運行的柴油發(fā)電機組間出現功率交互振蕩。三相四線(xiàn)制中在中線(xiàn)形成的以三次諧波為載波的調幅電流，又加劇了功率振蕩?？梢?jiàn)要使并聯(lián)發(fā)電機組穩定運行，柴油發(fā)電機組均分負荷是必要的。所謂均分負荷，則力求把并聯(lián)發(fā)電機組的運行狀態(tài)調的一致，即有功功率按容量大小成比例分配，無(wú)功功率的分配則力求把所有柴油發(fā)電機組的功率因數調的一致。

1、有功功率的調節與分配

      柴油發(fā)電機組輸出的有功功率是由原動(dòng)機的機械功率轉化而來(lái)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(guò)調節調速器來(lái)實(shí)現的。而柴油發(fā)電機組要求原動(dòng)機能保持恒定的轉速，使得頻率穩定，因此，調頻與調載間有著(zhù)內在的聯(lián)系。

      目前，在我國由于地區經(jīng)濟差距比較大，各地裝配的柴油發(fā)電機組種類(lèi)繁多，功率的調節與分配方式也各種各樣，既存在手動(dòng)控制，又存在自動(dòng)控制等。下面將對自動(dòng)控制做簡(jiǎn)單的介紹。對電網(wǎng)頻率的自動(dòng)調節和功率的自動(dòng)分配，有許多不同的方案可供采用，有模擬式控制系統和數字式控制系統兩種。在控制系統的控制下能經(jīng)常地保持電網(wǎng)的頻率為額定值，電力系統的負荷則按給定比例進(jìn)行分配。

      模擬式控制系統原理如圖3所示。負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(gè)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，當有功功率分配不均衡時(shí)，并行電纜之間將產(chǎn)生電流信號，負荷分配器偵測到該信號時(shí)，自動(dòng)對該柴油發(fā)電機組進(jìn)行調整，實(shí)現有功功率的調節與分配。

      數字式控制系統則主要是用單片機來(lái)進(jìn)行控制功率的調節與分配，控制器外觀(guān)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），再根據功差的大小對調速器發(fā)出調節信號，以達到消除功差的目的，從而實(shí)現有功功率的調節與分配。

 

圖3  柴油發(fā)電機組并機控制原理模擬圖

圖4  柴油發(fā)電機組數字智能控制器

 

2、無(wú)功功率的自動(dòng)分配

      改變并聯(lián)運行的同步柴油發(fā)電機組無(wú)功功率的分配是通過(guò)改變各臺柴油發(fā)電機組的勵磁電流來(lái)實(shí)現的，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(wú)功功率的分配與電壓的調節是密不可分的。柴油發(fā)電機組的自動(dòng)電壓調節器能改變勵磁電流，以自動(dòng)維持柴油發(fā)電機組端電壓的恒定，同時(shí)其附加裝置也調整了無(wú)功功率，使并聯(lián)運行的柴油發(fā)電機組間的無(wú)功功率得到合理的分配。柴油發(fā)電機組間的無(wú)功功率的分配，又取決于電壓調節器的電壓調整特性。最常用的是采用均具有有差電壓調整特性的柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行，為了達到這一要求，通常在柴油發(fā)電機組間增設調差裝置和均壓連線(xiàn)。

（1）調差裝置

      在按電壓偏差AU，調壓的勵磁系統中，調差系數足，一般是很小的，甚至幾乎接近是無(wú)差的。這樣，在柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行時(shí)，就會(huì )使無(wú)功功率的分配不穩定。為了使調壓特性曲線(xiàn)具有足夠傾斜度的有差調整特性，且Ke相同，以穩定而平均的分配無(wú)功功率，所以，在調壓器上加裝可以改變調差系數的裝置。

（2）均壓連線(xiàn)

      均壓線(xiàn)根據連接在勵磁硅整流器的直流側還是交流側可以分為直流均壓線(xiàn)和交流均壓線(xiàn)。

① 直流均壓線(xiàn)

      直流均壓線(xiàn)接線(xiàn)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(xiàn)來(lái)使各柴油發(fā)電機組的勵磁電流在任何時(shí)候都相等，以保證各柴油發(fā)電機組的無(wú)功負荷在任何時(shí)候都平均分配，如圖2所示。當兩臺柴油發(fā)電機組的勵磁電流不同時(shí)，均壓線(xiàn)上將出現平衡電流，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(xiàn)

      直流均壓線(xiàn)接線(xiàn)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(xiàn)，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(jiàn)，將兩臺柴油發(fā)電機組調壓裝置的移相電抗器通過(guò)均壓線(xiàn)并聯(lián)。當兩臺柴油發(fā)電機組出現電壓差時(shí)，通過(guò)均壓線(xiàn)使柴油發(fā)電機組輸出電壓均衡，以保持無(wú)功負荷分配均衡，交流均壓線(xiàn)對無(wú)功負荷分配好、均壓電流小，但并聯(lián)運行時(shí)沖擊電流較大。

 

圖5  柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統直流均壓連線(xiàn)法.

圖6  柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統交流均壓連線(xiàn)法

 

總結：

      貫穿于柴油機發(fā)電站并聯(lián)運行的兩個(gè)重要環(huán)節是并聯(lián)運行和調頻調載。目前，常見(jiàn)的情況是，并聯(lián)運行用同步控制器，調頻調載用負荷分配器。我們可以通過(guò)先進(jìn)的單片機與自動(dòng)控制技術(shù)將這兩個(gè)功能集成在一個(gè)模塊上，很顯然，這比傳統的控制裝置要優(yōu)良的多，不僅節省了安裝空間，還有控制靈活、精確、可靠性高、便于改進(jìn)等顯著(zhù)的優(yōu)越性。在此基礎上，我們還可以對該模塊的功能進(jìn)行擴展，最后可實(shí)現柴油發(fā)電機組自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)并聯(lián)運行、自動(dòng)調頻調載、自動(dòng)解列、自動(dòng)停機、各種保護與報警等功能，構成一個(gè)完備的柴油機電站控制系統。

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