【摘要】發(fā)電機(jī)電控部分由轉(zhuǎn)速控制器、勵磁控制板、同步指示器、功率分配和并網(wǎng)保護(hù)單元這幾大部分組成。由這幾部分實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)電控功能。
【關(guān)鍵詞】調(diào)速模塊;調(diào)壓模塊;并網(wǎng)保護(hù)單元
1、轉(zhuǎn)速控制
轉(zhuǎn)速控制器通過對柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整來控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓和發(fā)電頻率,使發(fā)電機(jī)達(dá)到發(fā)電要求。下面以2301A速度控制器為例介紹。
1.1怠速和額定轉(zhuǎn)速
怠速是指柴油機(jī)機(jī)在無負(fù)荷的情況下運(yùn)轉(zhuǎn),只需克服自身內(nèi)部機(jī)件的摩擦阻力,不對外輸出功率。維持發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速;額定轉(zhuǎn)速指柴油機(jī)在工作狀態(tài)下,對外輸出做功時的轉(zhuǎn)速。
1.2提速時間
柴油機(jī)從怠速加至額定轉(zhuǎn)速的時間,可調(diào)范圍(1—22s),第一次啟動設(shè)置成最大值位置,減小RAMP TIME時需要考慮不能產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)速過沖。
1.3啟動最小燃油量
即柴油機(jī)每次啟動時的最小噴油量,這個噴油量只要能夠滿足柴油機(jī)啟動需求即可,啟動柴油機(jī)觀察排煙量做適當(dāng)調(diào)整。
1.4動態(tài)穩(wěn)定性
即電力系統(tǒng)受到較大的干擾后,在自動裝置參與調(diào)節(jié)和控制的作用下,系統(tǒng)進(jìn)入一新的穩(wěn)定狀態(tài)并重新保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力。增加GAIN獲得較快的瞬態(tài)響應(yīng),在負(fù)荷擾動時要減小轉(zhuǎn)速的過沖,增加RESET,在負(fù)荷擾動時要加快轉(zhuǎn)速的回歸,減小RESET。
1.5 DROOP值
DROOP值為一個百分?jǐn)?shù)即DROOP=(空載速度-滿載速度)*100%/空載速度。是為保持機(jī)組并列運(yùn)行穩(wěn)定,運(yùn)行于孤立總線的設(shè)備常常需要設(shè)置一個DROOP值。過大的DROOP值將會導(dǎo)致突然卸載時發(fā)動機(jī)超速,負(fù)荷變化時機(jī)組反映過慢,太小的DROOP值將會導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。速度控制器連接可變電阻和PPU相連實(shí)現(xiàn)DROOP值控制轉(zhuǎn)速。
以上的速度反饋信號通過位于柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)的正時輪齒的圓周上的速度傳感器采集,正時輪上有一定數(shù)量的鋸齒,除正時點(diǎn)處齒輪寬度不同外,圓周上其余部分齒輪分布均勻,當(dāng)正時輪旋轉(zhuǎn)時,齒與傳感器產(chǎn)生一個脈沖寬度調(diào)節(jié)PWM脈沖信號,速度傳感器將這個1—30V的電信號傳送給速度控制器作為反饋。調(diào)速執(zhí)行信號將一個0—20mA電流信號傳送給柴油機(jī)控制器ECU,由ECU控制柴油機(jī)噴油量、進(jìn)氣量等參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整。
2、勵磁控制 DECS-100
勵磁控制是通過調(diào)整勵磁電流調(diào)整發(fā)電電壓,達(dá)到快速精確控制。對于大容量的同步發(fā)電機(jī),其勵磁電流達(dá)到數(shù)千安培,使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱,因此在大容量發(fā)電機(jī)中,采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng),即主勵磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī),旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后,直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。交流主勵磁機(jī)的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器后供給。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。下面以DECS-100勵磁板介紹。
DECS-100勵磁板具有發(fā)電機(jī)過壓、電壓檢測失去、勵磁繞組過電壓(過磁關(guān)斷)保護(hù)、過磁限制、低磁限制和控制發(fā)電機(jī)電壓或勵磁電流上升到給定值時間的軟啟動。
勵磁板的模擬量輸入信號母線電壓檢測,發(fā)電機(jī)電壓檢測,用于電壓反饋和計(jì)算發(fā)電機(jī)頻率。B相電流檢測,用于計(jì)算B相線電流有效值,計(jì)算發(fā)電機(jī)相角,調(diào)壓和VAR/PF控制。輔助輸入(輔助調(diào)整A、B)接受來自PPU的電壓調(diào)整信號,調(diào)整DECS-100運(yùn)行給定值(-3V—3VDC,±30%)。功率電源輸出部分勵磁電壓(+F,-F)為勵磁機(jī)的勵磁繞組提供一個可控電流。DECS-100采用這個信號計(jì)算勵磁電壓的數(shù)值,用于系統(tǒng)保護(hù)。繼電器輸出為常開不帶閉鎖的公共報警繼電器輸出點(diǎn)。RS-232通訊接口,九針陰連接器,光電隔離,用戶編程接口。
由于勵磁故障發(fā)電機(jī)升不起電壓故障多發(fā)生在旋轉(zhuǎn)整流器個別斷.短路,線頭脫落,勵磁板等原因。
3、同步指示器(CSQ-3)
CSQ-3是基于微處理技術(shù)的儀器,提供控制發(fā)電機(jī)與主電網(wǎng)同步相關(guān)參數(shù)的顯示,通過測量及比較發(fā)電機(jī)和主電網(wǎng)的電壓、頻率以及相角,可用于所有手動/半自動同步控制的場合。通過面板可進(jìn)行相位窗口Δφ、電壓差ΔU、同步繼電器延時Td及同步脈沖長度TR等參數(shù)的設(shè)定。
紅色LED的旋轉(zhuǎn)循環(huán)顯示頻率差,旋轉(zhuǎn)越快表示頻率差越大,每秒旋轉(zhuǎn)一圈相當(dāng)于1Hz的頻率差。亮的紅色LED位置顯示發(fā)電機(jī)和主電網(wǎng)的電壓相位差,36個LED表示0-360度相角,零點(diǎn)位于時鐘12點(diǎn)位置。儀表自動檢測/計(jì)算同步參數(shù)是否在預(yù)設(shè)的同步范圍內(nèi)。
CSQ-3實(shí)現(xiàn)手動操作合閘。工作模式開關(guān)在手動位置,到額定轉(zhuǎn)速后手動調(diào)節(jié)電壓和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)開關(guān),使電壓和頻率達(dá)到額定。觀察同步指示器的紅色指示燈慢速旋轉(zhuǎn),正上方的指示燈亮?xí)r,按下同步合閘按鈕合閘。
4、并網(wǎng)保護(hù)單元功率分配器(PPU)
PPU基于微處理器技術(shù)集成了發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行及同步之后所有必要的控制和保護(hù)。緊湊設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)控制器,能控制獨(dú)立運(yùn)行,并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組,與主網(wǎng)并聯(lián)和發(fā)電機(jī)的、短路、過流、逆功保護(hù)。
標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)保護(hù)功能有:逆功保護(hù)和過電流保護(hù)。其中發(fā)電機(jī)逆功保護(hù)可設(shè)定范圍為額定功率的0%—50%,通常設(shè)置為5%。延時保護(hù)時間為0.1s—100s,通常設(shè)置為10s。發(fā)電機(jī)過流保護(hù)可設(shè)定范圍為額定功率的50%—200%,通常設(shè)置為115%。延時保護(hù)時間為0.1s—100s,通常設(shè)置為10s。PPU還具有其他可選功能如過壓保護(hù),欠壓保護(hù)過頻保護(hù),欠頻保護(hù),過載保護(hù),電流不平衡保護(hù),電壓不平衡保護(hù),主網(wǎng)保護(hù)等。這些保護(hù)可以有效的保護(hù)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
發(fā)電機(jī)并網(wǎng)采用準(zhǔn)同期法并列時,必須應(yīng)滿足相序相同和波形相似,電壓、頻率,相位相同這3個條件,一般當(dāng)電壓相差在±10%以內(nèi)時,沖擊電流不太大,對發(fā)電機(jī)也沒有什么危險。如果并列時電壓相差較多,那么在并列時除了產(chǎn)生很大的電流沖擊外,還會使系統(tǒng)電壓下降,可能造成事故。一般在并列時,應(yīng)使待并發(fā)電機(jī)的電壓稍高于系統(tǒng)電壓。如果待并發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的相位不同,并列時引起的沖擊電流將產(chǎn)生同期力矩,使并網(wǎng)發(fā)電機(jī)立刻牽入同步。如果相位差在土10%以內(nèi)時,產(chǎn)生的沖擊電流和同期力矩不會造成嚴(yán)重影響。如果相位差很大時,沖擊電流和同期力矩將很大,可能達(dá)到三相短路電流的2倍,它將使定子端和轉(zhuǎn)軸受到一個很大的沖擊應(yīng)力,可能造成定子端部繞組嚴(yán)重變形,聯(lián)軸器螺栓被剪斷等嚴(yán)重后果。如果待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率差值在0.5—1Hz之間不會對電網(wǎng)產(chǎn)生影響,如果差值較大就會對電網(wǎng)的供電質(zhì)量和設(shè)備造成影響。
各個發(fā)電機(jī)PPU之間通過Modbus通訊協(xié)議控制并網(wǎng)時的自動調(diào)節(jié)同步、并網(wǎng)后的發(fā)電機(jī)之間的功率分配。各自PPU通過向GOV和AVR輸送±20mA的電信號控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和勵磁量和頻率控制。
以上幾大功能模塊實(shí)現(xiàn)了柴油發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電、并網(wǎng)發(fā)電的電控部分和各種發(fā)電機(jī)保護(hù),使發(fā)電機(jī)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]ABB大學(xué).ABB電控系統(tǒng)操作培訓(xùn),2008.6
[2]王洪明,喬德軍.《發(fā)電機(jī)故障排查手冊》
作者簡介
盧凱挺(1986- ),男,漢族,黑龍江綏化,2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院,主要從事電氣維護(hù)。