康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	康明斯发电机并联运行试验的方法和结果

 

摘要：由于康明斯并联发电系统涉及到柴油机、发电机、配电板、功率管理（PMS）、并机开关等多个品牌的组成，一般需要在柴油发电机组安装完毕后进行实地试验。特别针对拥有2台以上柴油发电机组设备的用户，当发电机组要实现并车进入恒频模式时，必须要先达到并联的基本条件。因此，柴油发电机要先运行在下垂模式，把准备并联的发电机调整到合适的电压、频率、相位上，完成并联入网；PMS再转换成恒频模式，放权给柴油机的就地负载分配控制。

 

一、发电机并联投入条件和方法

 

      并联柴油发电机组的电能供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用发电设备。 其目的是增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故，同时，也减少了备用容量。 由于电力系统容量很大，一台电动机的起动、加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压和频率能保持在要求的恒定范围内。 

1、并联投入条件

      为了避免并联合闸时引起电流、功率以及由此引起的发电机内部的机械应力的冲击，将要投入电网的发电机应满足下列条件：

（1）发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。

（2）投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致，即U_G=U_S。

（3）发电机的频率等于电网的频率，即f_G=f_S。

（4）发电机的相序必须与电网相序一致。

2、不满足并联投入条件的后果

（1）频率相等，相序一致，但发电机电压和电网电压不相等。电路等效图和相量图如图1所示。

（2）电压相等，相序一致，但发电机频率和电网频率不相等。电路等效图和相量图如图2所示。

（3）电压相等，频率相等，但发电机相位和电网相位不相等。

      相序不同是绝对不允许投入的。因为即使某相满足了前面三个条件，但其它两相由于相序不同而使电压相位相差120° ，它将引起很大的冲击环流，危害电机的安全运行。由于柴油机有一定的转向，而且发电机出线都用颜色黄、绿、红标明，在装置开关时，首先就要布置好相序，所以在发电厂一般不会出现相序错误。

3、并联投入方法

      把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程（或称并车)，整步方法分为准整步和自整步。

（1）准整步：把发电机调整到完全合乎并联投入，然后投入电网，这种方法叫准整步。

（2）自整步：首先校验发电机的相序，并按照规定的转向(和定子旋转磁场的转向一致)把发电机拖动到接近同步速旋转，把励磁绕组通过一限流电阻短路(不加励磁)，然后把发电机投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力矩，把转子自动地拉入同步。   

      进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时，励磁绕 组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。通常的做法是把灭磁电阻接入闭合的励磁回路作为限流电阻。 自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。 

 

图1  发电机电压不相等时的并联合闸

图2  发电机频率不相等时的并联合闸

 

二、并联发电机组试验方案

 

1、试验目的

      检查两台柴油发电机并联运行的正确性。经过修理后两台柴油发电机并联正确，使两台发电机按比例合理承担公共负载，充分发挥每台发电机的能力。两台柴油发电机的并联系统如图3、图4所示。

2、初步并联运行方案

（1）当大、小柴油发电机并网均载运行时，大、小机的负载是按比例分配的;在突加或者突卸负载时，柴油机自身的调速特性能保证瞬时加在两台机上的比例是相近的，在此基础上PMS再做负载分配和频率调整。在现场调试过程中，PMS调速脉冲宽度与频率与柴油机的调速曲线匹配，使大小机负载分配更加完美;

（2）当小机运行在固定负载模式下，操作人员手动设定小机负载功率，大机功率随负载波动。此时突加或突卸负载，柴油机自身的调速特性能保证在瞬时加在两台机上的比例是相近的，在此基础上PMS再做负载分配和频率调整;。当大机负载超（例如90%）或低于（例如10%）设定值时，PMS自动退出固定负载模式;

（3）当小机在网大机并车时，或大机在网小机并车时，柴油机自身的调速特性能保证在瞬时小机不能过载或者逆功，在此基础上PMS再做负载分配和频率调整;

（4）大、小机都在网小机卸载时，PMS会慢慢卸载小机功率，当小机功率低于PMS设定值时断开开关;

（5）大、小机都在网大机卸载时，PMS会慢慢卸载大机功率，当大机功率低于PMS设定值时断开开关。此设定值要与柴油机厂家确认，以保证在设定值足够低的情况下大机负载能慢慢转移到小机上。

 

图3  柴油发电机组并联运行效果图

图4  多台柴油发电机组功率管理方案图示

 

3、试验方法

① 首先调节各台柴油机的调速器，使其调速特性趋向一致，其特性曲线斜率接近。

② 调节每台发电机的励磁，使各台发电机在额定电压下的电压调节特性单向下降，其斜率也接近。

③ 用同步指示器（或灯光熄灭法和灯光旋转法）判断各发电机是否满足并联条件，如满足，可将两台发电机并联，并空载运行。

④ 空载运行后，先加有功功率为总有功功率70％的负载，调节原动机转速，使有功功率按比例分配，然后再加无功功率，为总额定负载的75%。调节发电机励磁，使每台发电机无功功率按比例分配。

⑤ 最后，按两台柴油发电机组总额定功率的75、100‰、75％、50‰、20％、50和75％的顺序进行试验。同时记录各种不同负载下的数据：发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数网络电压、总有功功率、无功功率和网络功率因数等。每种负载运行的时间不少于5min。

⑥ 做总负载的转移试验。

      将负载降至两台机组总负载的50％。若两台发电机的功率相同，先调节1号发电机使其有功功率接近额定，然后转移无功功率使其额定，再使1号机承担的负载达到稳定，使2号机接近空载，历时5min。最后将负载转移到2号机上，使1号机接近空载，历时5min，即可解列。如果两台电机功率不伺，在转移负载时，应使小功率电机的负载不超过额定。

⑦ 如果不用柴油机拖动发电机，用电动机拖动时，试验方法同上述。

4、试验结果分析

      两台规格相同的发电机并列时，有功与无功功率分配计算差度不超过±10％。两台规格不同的发电机并列时，容量大的发电机不应大于额定有功或无功功率的±10，容量较小的发电机不应大于额定有功或无功功率的±25％，以两者中较小的数值进行考核。

 

 总结：

      柴油发电机并联运行中影响有功功率分配稳定、均衡的还有调速器线性、执行器和高压油泵齿条连杆安装、执行期油门反馈电位器精度、机械零位等因素；影响无功功率分配的还有AVR调压线性，旋转整流器等因素。但只要是合格的调速器和调压系统，关键因素还是稳态调速率和静态电压调整率这两个特性的调整，这是决定柴油发电机组并联运行稳定，负荷均衡的关键因素。

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