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柴油發電機組兩臺并機越來越普遍,經常由于需求功率的增加而出現要求柴油發電機組并機的服務,隨著現代化建設的發展,發電機組越來越多地應用于國防工程、武器系統、野外作業等工程中。為了滿足大負荷或不間斷供電要求,往往需要將兩臺或多臺機組并聯運行。機組并聯運行中,常出現功率分配不均勻現象,過度功率分配不均勻將會嚴重影響電站系統運行的安全性和可靠性,且會對發電機組產生嚴重危害。這種危害性根源于系統的環流問題,也是并聯電站調試中最常見、也是最難以解決的問題。我公司技術人員根據調試并聯機組的一些經驗,提出了環流產生的原因、影響功率平均分配的一些因素及解決方法。

環流產生的靜態分析

以模塊化并聯控制系統為例,發電機組的并聯調試一般先把并聯機組空載并聯時的環流調平衡、足夠小且穩定運行,再通過負荷分配器把有功功率調平衡,其中關鍵是解決空載并聯時的環流問題。以兩臺機組并聯為例,空載并聯常出現的問題:

(1)環流過大,遠遠超過并聯機組額定電流的10%;

(2)并聯后,環流隨運行時間逐漸變大,直至逆功率報警;

(3)環流不穩定,隨機性忽大忽小。

如何解決這些問題?我們以兩臺等功率機組并聯為例,先分析一下環流產生的原因。

環流U1:1#機組端電壓,U2:2#機組端電壓,R3:兩臺機組并聯運行所帶負荷,I0:環流,I1:1#機組的輸出電流,I2:2#機組的輸出電流. 海鋒柴油發電機組提供技術支持。若使兩臺機組并聯運行,在任何負荷下環流I0都為0,則必須U1=U2,即兩臺機組在任何負荷下運行其端電壓都相等?？蛰d并聯相當于負荷無窮大,其空載端電壓U01、U02也應相等。即U01=U02(1-2)我們知道,有功功率的平均分配取決于柴油機及其調速系統的特性,而無功功率的分配則取決于發電機及其勵磁系統的特性,也就是發電機組本身的調壓特性。調壓特性是一條U=f(I)曲線,U為發電機組端電壓,I為電流。為方便分析問題,通常用一條直線近似取代該曲線。假設有兩臺并聯康明斯400KW柴油發電機組,分別具有如圖2所示的調壓特性,設定:δ1=tgβ1、δ2=tgβ2,δ1:1#機組的調壓特性,δ2:2#機組的調壓特性。

由以上分析可知:

(1)將兩臺機組并聯,首先要將兩臺機組的空載電壓、調壓特性調整到完全相同,這是保證兩臺機組無功功率完全平均分配的前提條件,也是后續調整兩臺機組功率平均分配的基礎。當上述兩項調整平衡后,才能保證并聯運行的兩臺機組輸出端電壓在任意負荷下都相等,同時保證功率平均分配,才能保證環流為0(理想狀態)。表明:環流產生的根本原因是兩臺機組空載電壓不是完全相等或調壓特性有差異,造成輸出端電壓不相等而產生了環流。

(2)兩臺機組的空載電壓、調壓特性都相等,而兩臺機組的輸出電流不相等,也就是兩臺機組的功率分配不均勻,也會造成U1和U2不相等,而產生環流。

(3)影響無功功率分配的因素還有很多,像自動電壓調節器特性、用均壓線環節的穩定作用等,在此不再分析。

功率分配的動態平衡分析以兩臺等功率發電機組并聯為例。GB/T12786 -2006自動化內燃機電站通用技術條件規定:在20～80%標定定額之間有功功率分配差度≤±10%,而兩臺并聯機組之間的有功功率平均分配主要是靠兩臺機組負荷分配器之間的平衡鏈來完成的。平衡鏈工作原理圖。

通過調整負荷分配器的“負荷分配”電位器,可以將兩臺負荷分配器的功率分配參數調整相等,即η1=η2。假設兩臺機組所帶負荷絕對相等,即P1=P2,那么u1=u2,I0=0。這是完全平衡的理想狀態。實際上這是一個動態的平衡過程:假設兩臺機組分別帶P1、P2的負荷正在平穩的并聯運行,其中P1=P2。