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發電機電控簡介

  【摘要】發電機電控部分由轉速控制器、勵磁控制板、同步指示器、功率分配和并網保護單元這幾大部分組成。由這幾部分實現柴油發電機電控功能。 
  【關鍵詞】調速模塊;調壓模塊;并網保護單元 
  1、轉速控制 
  轉速控制器通過對柴油機轉速的調整來控制發電機的發電電壓和發電頻率,使發電機達到發電要求。下面以2301A速度控制器為例介紹。 
  1.1怠速和額定轉速 
  怠速是指柴油機機在無負荷的情況下運轉,只需克服自身內部機件的摩擦阻力,不對外輸出功率。維持發動機穩定運轉的最低轉速;額定轉速指柴油機在工作狀態下,對外輸出做功時的轉速。 
  1.2提速時間 
  柴油機從怠速加至額定轉速的時間,可調范圍(1—22s),第一次啟動設置成最大值位置,減小RAMP TIME時需要考慮不能產生過大的轉速過沖。 
  1.3啟動最小燃油量 
  即柴油機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啟動需求即可,啟動柴油機觀察排煙量做適當調整。 
  1.4動態穩定性 
  即電力系統受到較大的干擾后,在自動裝置參與調節和控制的作用下,系統進入一新的穩定狀態并重新保持穩定運行的能力。增加GAIN獲得較快的瞬態響應,在負荷擾動時要減小轉速的過沖,增加RESET,在負荷擾動時要加快轉速的回歸,減小RESET。 
  1.5 DROOP值 
  DROOP值為一個百分數即DROOP=(空載速度-滿載速度)*100%/空載速度。是為保持機組并列運行穩定,運行于孤立總線的設備常常需要設置一個DROOP值。過大的DROOP值將會導致突然卸載時發動機超速,負荷變化時機組反映過慢,太小的DROOP值將會導致機組運行不穩定。速度控制器連接可變電阻和PPU相連實現DROOP值控制轉速。 
  以上的速度反饋信號通過位于柴油機旋轉的正時輪齒的圓周上的速度傳感器采集,正時輪上有一定數量的鋸齒,除正時點處齒輪寬度不同外,圓周上其余部分齒輪分布均勻,當正時輪旋轉時,齒與傳感器產生一個脈沖寬度調節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。調速執行信號將一個0—20mA電流信號傳送給柴油機控制器ECU,由ECU控制柴油機噴油量、進氣量等參數進行轉速調整。 
  2、勵磁控制 DECS-100 
  勵磁控制是通過調整勵磁電流調整發電電壓,達到快速精確控制。對于大容量的同步發電機,其勵磁電流達到數千安培,使得集電環嚴重過熱,因此在大容量發電機中,采用不需要電刷和集電環的旋轉整流器勵磁系統,即主勵磁機是旋轉電樞式三相同步發電機,旋轉電樞的交流電流經與主軸一起旋轉的硅整流器整流后,直接送到主發電機的轉子勵磁繞組。交流主勵磁機的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機經靜止的晶閘管整流器后供給。由于這種勵磁系統取消了集電環和電刷裝置,提高了系統運行的穩定性。下面以DECS-100勵磁板介紹。 
  DECS-100勵磁板具有發電機過壓、電壓檢測失去、勵磁繞組過電壓(過磁關斷)保護、過磁限制、低磁限制和控制發電機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,發電機電壓檢測,用于電壓反饋和計算發電機頻率。B相電流檢測,用于計算B相線電流有效值,計算發電機相角,調壓和VAR/PF控制。輔助輸入(輔助調整A、B)接受來自PPU的電壓調整信號,調整DECS-100運行給定值(-3V—3VDC,±30%)。功率電源輸出部分勵磁電壓(+F,-F)為勵磁機的勵磁繞組提供一個可控電流。DECS-100采用這個信號計算勵磁電壓的數值,用于系統保護。繼電器輸出為常開不帶閉鎖的公共報警繼電器輸出點。RS-232通訊接口,九針陰連接器,光電隔離,用戶編程接口。 
  由于勵磁故障發電機升不起電壓故障多發生在旋轉整流器個別斷.短路,線頭脫落,勵磁板等原因。 
  3、同步指示器(CSQ-3) 
  CSQ-3是基于微處理技術的儀器,提供控制發電機與主電網同步相關參數的顯示,通過測量及比較發電機和主電網的電壓、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等參數的設定。 
  紅色LED的旋轉循環顯示頻率差,旋轉越快表示頻率差越大,每秒旋轉一圈相當于1Hz的頻率差。亮的紅色LED位置顯示發電機和主電網的電壓相位差,36個LED表示0-360度相角,零點位于時鐘12點位置。儀表自動檢測/計算同步參數是否在預設的同步范圍內。 
  CSQ-3實現手動操作合閘。工作模式開關在手動位置,到額定轉速后手動調節電壓和轉速調節開關,使電壓和頻率達到額定。觀察同步指示器的紅色指示燈慢速旋轉,正上方的指示燈亮時,按下同步合閘按鈕合閘。 
  4、并網保護單元功率分配器(PPU) 
  PPU基于微處理器技術集成了發電機同步運行及同步之后所有必要的控制和保護。緊湊設計的發電機控制器,能控制獨立運行,并聯運行的機組,與主網并聯和發電機的、短路、過流、逆功保護。 
  標準發電機保護功能有:逆功保護和過電流保護。其中發電機逆功保護可設定范圍為額定功率的0%—50%,通常設置為5%。延時保護時間為0.1s—100s,通常設置為10s。發電機過流保護可設定范圍為額定功率的50%—200%,通常設置為115%。延時保護時間為0.1s—100s,通常設置為10s。PPU還具有其他可選功能如過壓保護,欠壓保護過頻保護,欠頻保護,過載保護,電流不平衡保護,電壓不平衡保護,主網保護等。這些保護可以有效的保護發電機和電網的供電質量。 
  發電機并網采用準同期法并列時,必須應滿足相序相同和波形相似,電壓、頻率,相位相同這3個條件,一般當電壓相差在±10%以內時,沖擊電流不太大,對發電機也沒有什么危險。如果并列時電壓相差較多,那么在并列時除了產生很大的電流沖擊外,還會使系統電壓下降,可能造成事故。一般在并列時,應使待并發電機的電壓稍高于系統電壓。如果待并發電機電壓與系統電壓的相位不同,并列時引起的沖擊電流將產生同期力矩,使并網發電機立刻牽入同步。如果相位差在土10%以內時,產生的沖擊電流和同期力矩不會造成嚴重影響。如果相位差很大時,沖擊電流和同期力矩將很大,可能達到三相短路電流的2倍,它將使定子端和轉軸受到一個很大的沖擊應力,可能造成定子端部繞組嚴重變形,聯軸器螺栓被剪斷等嚴重后果。如果待并網發電機頻率與電網頻率差值在0.5—1Hz之間不會對電網產生影響,如果差值較大就會對電網的供電質量和設備造成影響。 
  各個發電機PPU之間通過Modbus通訊協議控制并網時的自動調節同步、并網后的發電機之間的功率分配。各自PPU通過向GOV和AVR輸送±20mA的電信號控制柴油機轉速和勵磁量和頻率控制。 
  以上幾大功能模塊實現了柴油發電機的單機發電、并網發電的電控部分和各種發電機保護,使發電機能夠安全穩定的運行。 
  參考文獻 
  [1]ABB大學.ABB電控系統操作培訓,2008.6 
  [2]王洪明,喬德軍.《發電機故障排查手冊》 
  作者簡介 
  盧凱挺(1986- ),男,漢族,黑龍江綏化,2008年畢業于大慶石油學院,主要從事電氣維護。



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