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柴油發電機并機功率平衡的研究

  摘 要:柴油發電機組并機運行首先應滿足功率均勻分配的要求。功率均勻分配包含有功功率和無功功率分配兩個方面。如果功率分配出現較大的不平衡,無論是有功功率還是無功功率,都不僅會影響機組運行的效率和經濟性,而且甚至會引起整個電網的故障。因此研究同步發電機并機后的功率平衡問題有著非常重要的意義。本文重點闡述引起發電機并機后功率不平衡的原因,并從原理以及實例上分析、解決這些不平衡的問題。 
  關鍵詞:有功功率 無功功率 功率分配 平衡 
  一、柴油發電機并機后功率不平衡的影響 
  在偏遠地區或者工地,經常用到使用柴油發電機的情況。而在供電系統的日常管理中,由于所需功率增大時經常需將兩臺或以上發電機組并機運行的情況。如果沒有裝設保障功率平衡的系統,會出現有功功率和無功功率分配不均的現象,特別是無功功率分配不均的情況,即一機組顯容性,一機組顯感性,機組承受負載電流過大,出現逆功現象,嚴重時造成電流劇增,導致并車解列。造成這種故障有多方面原因,解決起來也比較復雜。 
  二、發電機并機后功率平衡理論分析 
  1. 有功功率的調節。 
  可見,要改變發電機輸出給電網的有功功率 ,就必須改變原動機提供的動力轉矩,這一改變可以通過調節發電機的油門來達到。當功角處于0到 范圍內事,隨著 的增大, 反而減小,電磁功率無法與輸入的機械功率相平衡,發電機轉速越來越大,發電機失去同步,故在這一區間發電機不能穩定運行。 
  2.并網運行時無功功率的調節。 
  由同步發電機的V形曲線,通過調節勵磁電流可以達到調節同步發電機無功功率的目的。當在某一欠勵狀態開始增加勵磁電流時,發電機輸出的超前無功功率開始減少,電樞電流中的無功分量開始減少;達到正常勵磁狀態時,無功功率變為零,電樞電流中的無功分量也變為零,此時 ;如果繼續增加勵磁電流,發電機將輸出滯后性的無功功率,電樞電流中的無功分量又開始增加。電樞電流隨勵磁電流的變化關系表現為一個V形曲線。V形曲線是一簇曲線,每一條V形曲線對應一定的有功功率。V形曲線上都有一個最低點,對應 的情況。將所有的最低點連接起來,將得到 對應線,該線左邊為欠勵狀態,功率因數超前,右邊為過勵狀態,功率因數滯后。 
  三、保障并機發電機有功功率和無功功率平衡的解決方法 
  1.有功平衡 
  在實際運用中,中油海某海洋石油平臺根據并機需要,給每臺發電機的配電板加入了相同的有功功率分配模塊LOAD SHARER T4800。首先將T4800頻率,電壓,電流等參數設置相等,然后通過檢測每臺發電機的有功功率后,經過內部模塊對比后,做出相應動作:如果兩臺發電機中的某一臺轉速低于設定值,連接在輸出端子上的繼電器動作,控制回路由24V電源供電,直接控制發電機油門大小,使得該發電機轉速加快,直到達到設定值,如果某一臺轉速過快,保持同樣的轉速,也就達到了有功分配的平衡。在長時間的應用中,驗證了兩臺發電機在該模塊作用下能保持同轉速1500r/min穩定運行。 
  2 .無功平衡 
  為了保持無功功率平衡,在三臺主發電機每個機組上都加裝了可控硅自動電壓校正器(簡稱AVR)的相復勵自激勵磁系統VR6,這種系統具有迅速建立發電機電壓、調壓指標高等優點。發電機間無功功率的分配取決于發電機的勵磁特性,為使無功功率分配均勻,AVR又采用了調差裝置來保持發電機組的無功電流分配。原理是當無功電流增大或減小時,利用調差裝置控制勵磁電流使得無功電流得到有效的平衡。 
  調差裝置的工作原理。它由電流互感器LH、可調電阻IR、單相測量變壓器組成TV組成,測量變壓器TV原邊接在發電機的A、C相上,電流互感器LH的原邊接到B相線路。電阻IR接在電流互感器的副邊,它的壓降就是調差裝置的輸出。調差裝置的輸出端和電壓校正器電壓檢測電路中的單相測量變壓器TV副邊串聯連接,調差裝置的輸出端和單相測量變壓器TV副邊的電壓為Uz。Uz是決定勵磁電流的,當兩機間達到瞬間平衡后,2號副機無功電流稍有增加,Uz也增加,勵磁電流減小,對于單臺發電機來說,其電壓也隨之下降,使得無功電流又降了下來,最終達到平衡。在中油海平臺的應用中,兩臺發電機的并機運行時保持功率因數在0.90—0.95之間運行,功率因數相差不到0.03,非常接近。 
  四、結語 
  通過試驗,發現在未加入功功率分配模塊LOAD SHARER T4800和VR6調壓板前,兩臺發電機會出現功率分配嚴重不均,甚至有時候會出現一臺機組呈容性,一臺感性的現象,各種參數不穩定,不能實現發電機并機持續。加入上述兩種組件以后,效果明顯,兩臺機組能保持功率基本平衡,并且完全能夠滿足并機長時間穩定運行。對多臺發電機并機運行有著重要的指導意義。 
  參考文獻 
  [1] 何仰贊. 電力系統分析上、下(第三版).武漢:華中科技大學出版社,2002 
  [2] 熊信銀.發電廠電氣部分.北京:中國電力出版社,2004 
  [3] 中國航空工業設計院.工業與民用配電設計手冊.中國電力出版社,2005



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