柴油发电机组在国内主要用于应急供电的场所和没有公共电网供电的地方。前者平时正常由公共电网供电,只是当公共电网发生故障时,柴油发电机组投入运行供电,两路电源互相隔离;后者依赖于柴油发电机组供电。两种场合都不存在柴油发电机组与公共电网的并联运行方式。近年来,一些已建或在建大型项目保安段的事故电源——备用柴油发电机组采用了与公共电网的并联运行方式,在用电设备不停电的前提下,实现了备用柴油发电机组的带载试验和两路电源之间不间断切换的功能。本文就这种柴油发电机组的并网运行模式作了一些技术上的探讨分析。
1、同步并网运行的条件
柴油发电机组与公共电网的并联必须具备以下四个条件:
(1 )发电机的频率和电网频率相 同;
(2 )发电机和电网的电压波形相 同;
(3)发电机和电网电压大小、相位相同 ;
(4)发电机和电网的相序相同。
*2 条由发电机设计、制造自动满足,*4条在机组完成安装后满足,只有* 1条和*3条必须在并网运行前每次都需要对机组进行调整。
2、并网运行的负载调整条件
并网运行的柴油发电机组,其输出电压、频率基本被大容量电网钳制为定值,调节柴油机油门和发电机励磁电流的大小,可改变柴油发电机组负载的有功和无功的功率值,但这要求该机组单机运行时具备一定范围内的稳态频率降和稳态电压降的特性,即在该机组并网运行时的转速
- 有功功率特性和电压 - 无功功率特性呈现为微微下斜的曲线(近似于直线)。
独立供电的单台柴油发电机组,其输出频率、电压的大小则由柴油机油门的开度和发电机励磁电流的大小决定,发出的有功功率和无功功率值由其所带的实际负载决定,理论上要求该机组在其功率范围内具备稳态零转速降和稳态零电压降的特性,实际要求在柴油发电机组国家标准中有具体规定。
目前,国内外中等及以上功率的柴油机和发电机基本上都分别配备了模拟式或数字式自动电子调速器和自动电子调压器。较少数适配于中小功率柴油机的电子调速器型号为独立运行版,即稳态转速降设置固化为零,不好调整,其它绝大多数型号均可在出厂调试时,根据柴油发电机的运行模式要求预先选择设定好。斯坦福发电机标配的自动调压系统为独立运行版,需选配安装附加的调差电流互感器,才能投入并网运行。
3、并网运行时的安全与特殊保护并网运行的柴油发电机组在电网上的负载一般要求不**过其额定负载的90%,控制系统除具备常规的过电流保护功能
外,应能够设定机组有功功率和无功功率的运行上限故障动作保护值。此外,机组负载运行时要求平稳,出现快速负载变化应有报警,从电网向机组转移负载以及从机组向电网转移负载的速度不宜过快,负载转移的较大速度应有限制。
化工厂事故用柴油发电机组要求可运行于单机供电和并网供电两种模式,所以在控制系统中必须考虑两种运行模式的切换所带来的对控制要求的变化,否则就会影响电网、机组和负载运行的安全性。
柴油发电机组以单机供电方式运行时,由于柴油发电机组为有限容量的发电装置,其外部线路发生短路故障时的短路电流不大,故在选择出口空气断路器时,短路遮断容量只作较低要求,主要考虑的是对过电流及短路电流故障保护动作的选
择性。并网运行的柴油发电机组出口发生短路故障时,由于电网近乎于无限容量装 置,故产生的短路冲击电流非常大,化工厂内的低压侧短路电流会达到
40KA 以上,所以应根据电网系统提供的参数来选择出口空气开关的分断能力。
并网运行的柴油发电机组一旦发生故障原因所导致的柴油机供油切断,并不会马上自动停机,发电机反而从电网吸收有功电能,转入电动机运行方式,驱动柴油机继续运转,如果此过程持续下去会导致柴油发电机组的损坏,故控制系统必须设立逆功率保护。当然,如果由于并网前柴油发电机组的频率略低于电网频率,那并网瞬间造成的少量逆功也是正常的,逆功率保护应有选择性。
柴油机驱动功率一定,改变发电机的励磁电流,则可以调节并网机组的无功功率的输出,通常情况下,控制发电机以额定功率因素下的感性无功功率输出。当然,减少发电机的励磁电流或并网前发电机的电压低于电网电压,也会从电网上吸收感性无功功率,吸收过大的感性无功功率会造成机组运行的稳定性变差,所以,应设有容性功率因素限制值的报警功能。
4、并网运行方式的现状及应用前景
应该说,柴油发电机组的并网运行技术在国外是成熟良好的,有非常专业的公司生产与此相关的控制功能产品,如:美国 WOODWARD 公司的
EGCP-II 和GCP30、英国 DEEPSEA 公司的增强型5 5 0 、丹麦 D E I F 公司的 G P C 、捷克COMAP 公司
IN-TEL 和 IGEN
等,这些产品基本上都采用了先进的数字控制制造技术,集成**组的控制保护、同步并网控制、有功和无功负载控制、远方通讯等多项功能,操作与编程方便,应用安全、可靠,既可以应用于机组自动并网,也可应用于多机组的自动并联。相比而言,国内目前在这方面开发比较滞后,只有个别模拟型并车控制器,功能单一,控制精度不高,使用也不太方便。
以**些化工厂内备用柴油发电机组安装了人工并网装置,即调速、调压过程由人为操纵,操作员通过观察同步表、功率表、功率因数表来完成并网空气开关的投合和负载控制的任务,这种方式需要操作员拥有较高的技术素质,这种并车装置投入实际投入运行的并不多。随着柴油发电机组的并网运行技术的引进与消化,近年来一些化工厂陆续采用了自动并网技术,人工完成的操作过程由事先设定的程序模式固化自动实现,降低了人为操作失误带来的风险,取得了很好的效果。
柴油发电机组并网运行方式和独立运行方式相比,虽然运行的电气环境不同,控制系统的复杂度、安全性、制造成本较单机运行有所增加,但对停电时间有严格限制的化工厂保安电源场所,允许网电与柴油发电机组并网运行可以说是一个比较好的解决方案。并网与解列的过程简述如下:化工厂网电保安段电源故障,柴油发电机组应急启动柴油发电机出口开关合闸给保安段供电,当保安段网电电源恢复,操作员给并机控制装置发送网电与柴油发电机组发电并列请求信号,并机装置给柴油发电机组自动调速、调压与网电校同期,达同步脉冲合闸点后,给网电保安段断路器发同期合闸指令,网电与柴油发电机组并列,并列后柴油发电机组运行于固定功率模式,即柴油发电机组运行在不**过其额定功率的方式下,这是由并机装置中的负载分配控制单元来完成的。负载分配控制单元通过测量机组功率来调频调载达到控制负荷的目的;柴油发电机组出口断路器的解列是操作员给一个解列请求信号,自动并车装置控制柴油发电机组平滑降速把保安段负荷平滑转移到网电并检测
到柴油发电机组负荷为其额定负荷的
5%后,将柴油发电机组出口开关分闸解列,这样减少保安段二次停电的发生,用电设备可以在无须失电的情况下,实现机组电与市电之间无缝隙的过渡切换。
发电机组租赁的缺点:
1.机组自身比敞开型机组重,长途运输成本高;
2.不适合高温环境下使用;