自動(dòng)負(fù)荷分配器在發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行中的應(yīng)用

牛星軍，王曉鵬

NIU Xing-jun, WANG Xiao-peng

（鄭州金陽(yáng)電氣有限公司，鄭州 450006）

自動(dòng)負(fù)荷分配器在發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行中的應(yīng)用

The distribute the load of automatism machine at group of dynamotor’s parallel connection working

牛星軍，王曉鵬

NIU Xing-jun, WANG Xiao-peng

（鄭州金陽(yáng)電氣有限公司，鄭州 450006）

文章介紹了自動(dòng)負(fù)荷分配器的技術(shù)性能、各種功能及在發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行中作用、調(diào)試方法及其必要性。

發(fā)電機(jī)組；并聯(lián)；自動(dòng)負(fù)荷分配

0 引言

柴油發(fā)電機(jī)組兩臺(tái)或多臺(tái)并機(jī)越來(lái)越普遍，經(jīng)常由于需求功率的增加而出現(xiàn)要求柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)的情況，隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)組越來(lái)越多地應(yīng)用于國(guó)防工程、武器系統(tǒng)、野外作業(yè)等工程中。為了滿足大負(fù)荷或不間斷供電要求，往往需要將兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行中，常出現(xiàn)功率分配不均勻現(xiàn)象，過(guò)度功率分配不均勻?qū)?huì)嚴(yán)重影響電站系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，且會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重危害。

柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)首先應(yīng)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(wú)功功率兩個(gè)方面。所謂均勻分配指的是各臺(tái)發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的有功功率和無(wú)功功率都應(yīng)該和它們的額定功率成比例。

如果功率分配出現(xiàn)較大的不均衡，無(wú)論是有功功率還是無(wú)功功率，都不僅會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行的效率和經(jīng)濟(jì)性，而且甚至?xí)鹫麄€(gè)電站的故障。如果并聯(lián)發(fā)電機(jī)組的有功功率分配嚴(yán)重不平衡的話，在負(fù)載總功率較大的時(shí)候，往往是一臺(tái)發(fā)電機(jī)組已滿載或過(guò)載，而另一臺(tái)發(fā)電機(jī)仍處于輕載狀態(tài)，這樣就不能充分利用機(jī)組的容量，發(fā)揮整個(gè)電站的效能。機(jī)組過(guò)載不但會(huì)給柴油機(jī)或發(fā)電機(jī)帶來(lái)危害，而且還會(huì)引起保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，影響整個(gè)電站的運(yùn)行。反之，在負(fù)載總功率很小的時(shí)候，有功功率的不平衡又往往會(huì)在發(fā)電機(jī)組之間引起有功環(huán)流，使有的機(jī)組轉(zhuǎn)入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，這對(duì)柴油機(jī)同樣是不允許的。

并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間功率的均勻分配，并不僅僅是一個(gè)發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問(wèn)題，它還是保證整個(gè)柴油機(jī)電站供電可靠性的重要因素。無(wú)功功率分配不均勻，雖然不會(huì)對(duì)柴油機(jī)造成嚴(yán)重影響，但是發(fā)電機(jī)功率的額定值是根據(jù)視在功率確定的，無(wú)功功率不平衡，必然會(huì)引起發(fā)電機(jī)視在功率的不平衡，同樣會(huì)限制發(fā)電機(jī)組容量的發(fā)揮，特別是對(duì)于功率因數(shù)較低的電站，機(jī)組的帶負(fù)載能力不是取決于柴油機(jī)的額定功率，而是取決于發(fā)電機(jī)額定電流數(shù)值的大小。

因此，在進(jìn)行兩臺(tái)或多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，首先要選擇具有相同或相似的調(diào)速和調(diào)壓特性的柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，以利于負(fù)載變化時(shí)在并聯(lián)柴油發(fā)電機(jī)組之間的均衡分配；同時(shí)使用自動(dòng)負(fù)荷分配器用于用戶負(fù)載的不確定性和突發(fā)性變化時(shí)，對(duì)負(fù)載進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)行負(fù)荷動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)，保證每臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行中的柴油發(fā)電機(jī)組之間負(fù)荷的自動(dòng)均衡分配。

1 自動(dòng)負(fù)荷分配器功能介紹

GUS700自動(dòng)負(fù)荷分配器是用來(lái)在兩個(gè)或更多的發(fā)電系統(tǒng)相序一致、頻率和電壓相等、相位相同的并聯(lián)發(fā)電機(jī)組之間按照設(shè)定的比例分配負(fù)荷。它的工作原理是通過(guò)在負(fù)荷分配器上預(yù)先設(shè)置負(fù)載分配比例，把由功率測(cè)量單元測(cè)量到的實(shí)際機(jī)組有功率轉(zhuǎn)化成為一個(gè)比例電壓，給每臺(tái)機(jī)組預(yù)先設(shè)置一定比例的負(fù)荷。通過(guò)各發(fā)電機(jī)自動(dòng)負(fù)荷分配器的并機(jī)負(fù)載鏈路端的并聯(lián)，形成比較回路，將對(duì)各機(jī)組比例電壓的比較，產(chǎn)生一個(gè)和各機(jī)組預(yù)先設(shè)定負(fù)載成比例的控制電壓。該電壓的大小通過(guò)各發(fā)電機(jī)組上的電子調(diào)速器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行增減油量控制，完成功率自動(dòng)調(diào)節(jié)，即負(fù)荷比例分配自動(dòng)調(diào)節(jié)。本自動(dòng)負(fù)荷分配器具有以下功能：

1）按預(yù)先設(shè)定好的比例自動(dòng)分配負(fù)荷；

2）超功率檢測(cè)和保護(hù)功能；

3）逆功率檢測(cè)和保護(hù)功能；

4）帶載響應(yīng)調(diào)節(jié)功能；

5）功率表校正功能。

2 主要技術(shù)參數(shù)

2.1 基本規(guī)格參數(shù)

電源模式：DC24V

電源功率：不大于1.5VA

功率采樣輸入信號(hào)：電壓AC400/220 V

電流CT的二次電流為5 A（對(duì)應(yīng) 100%負(fù)荷）內(nèi)部負(fù)載電阻為0.17 Ω,功率為15 W

負(fù)荷分配誤差：±2%

超功率保護(hù)設(shè)定范圍：超功率報(bào)警20～120%

超功率報(bào)警解除0～80%

逆功率保護(hù)設(shè)定范圍：0.5～20%

沖擊：20 G

振動(dòng)：500 Hz以下

尺寸：長(zhǎng)×寬×高：250 ×166 ×50 mm。

重量： 不大于2.5 kg。

2.2 工作及承受條件

溫度： 工作條件：-40℃～+60℃；

承受條件：-45℃～+70℃。

相對(duì)濕度：+35℃時(shí)相對(duì)濕度93%。

海拔：最大海拔高度4000 m。

鹽霧：具有防鹽霧、腐蝕的能力。

霉菌：長(zhǎng)霉等級(jí)不大于GB 2423.16-1999《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)J和導(dǎo)則：長(zhǎng)霉》試驗(yàn)J的二級(jí)規(guī)定。

3 安裝和調(diào)試

3.1 安裝

GUS700自動(dòng)負(fù)荷分配器和其他電控裝置一起典型地安裝在發(fā)電機(jī)控制柜中，處于空氣流通的位置以自然風(fēng)冷卻，使用時(shí)要防止裝置的表面溫度過(guò)高，防止進(jìn)水。安裝時(shí)盡可能垂直安裝。

電氣連接如圖1所示。

3.2 電氣連接

圖1 電氣連接圖

根據(jù)自動(dòng)負(fù)荷分配器上的最大電流，選擇合適的電纜線，建議選用1.5 mm2導(dǎo)線。端子5～10最大通過(guò)電流5 A，其他的端子不小于50 mA電流。除繼電器外，觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電流10 A，端子1是三相輸入的公共線N。端子2、3、4是三相電壓的輸入端子，請(qǐng)按照正確三相序連接。

注意：端子1～4為高電壓接入，接線時(shí)要防止觸電！

端子5～10是三相電流的輸入端，從5 A的電流互感器接入，互感器的額定容量按照發(fā)電機(jī)的容量選擇，電流互感器的每相功率為5 VA，端子5、7、9為電流互感器的公共端，若不再連接其他設(shè)備可將它們并聯(lián)在一起。

注意：發(fā)電機(jī)組工作時(shí)不能斷開(kāi)電流互感器二次側(cè)線圈，否則二次側(cè)線圈兩端將產(chǎn)生高壓，有危險(xiǎn)！

端子12、13通過(guò)系統(tǒng)并機(jī)開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)并接到系統(tǒng)中其它自動(dòng)負(fù)荷分配器相應(yīng)的接點(diǎn)上，如果線長(zhǎng)超過(guò)1 m必須要屏蔽，外屏蔽層應(yīng)接地。輔助觸點(diǎn)允許的電流標(biāo)準(zhǔn)為小于1 mA(滿足弱電的傳送要求，否則應(yīng)增加一只可以滿足要求的繼電器)。

端子14是自動(dòng)負(fù)荷分配器供給電子調(diào)速器的輸出端，如果線長(zhǎng)超過(guò)1m必須要屏蔽，外屏蔽層應(yīng)接地。

端子11是用于滿功率鎖定后手動(dòng)即時(shí)復(fù)位的端子。部件出廠已被連接為滿功率自動(dòng)鎖定（負(fù)荷為40%～60%鎖定），低功率自動(dòng)復(fù)位（負(fù)荷為5%～85%復(fù)位），滿功率輸出連接端子為20、21，此輸出繼電器用于多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)時(shí)自動(dòng)開(kāi)/停下一臺(tái)機(jī)組，也可作為超功率報(bào)警用，輸出常開(kāi)觸點(diǎn)，額定電流5A/AC250 V。

端子16、17為逆功率復(fù)位開(kāi)關(guān)，該部件出廠將內(nèi)部繼電器保持逆功率鎖定狀態(tài)，逆功率停機(jī)用。若逆功率繼電器鎖定后須手動(dòng)復(fù)位，可用按鈕將端子16和17斷開(kāi)。

端子18、19是逆功率繼電器的輸出端子，常開(kāi)觸點(diǎn)額定電流為：5 A/AC250 V。

端子15提供正比于有功功率的DC電壓，給系統(tǒng)作為有功功率的指示儀表用，儀表靈敏度為1 mA電流，儀表由（功率表校準(zhǔn)）電位器進(jìn)行校準(zhǔn)。

端子23是電池負(fù)極，也是電子調(diào)速器接地參考點(diǎn)。此端子不能被其他電源線借用接到電池負(fù)極或用接地環(huán)的形式連接，應(yīng)單獨(dú)接電池負(fù)極。

3.3 預(yù)設(shè)置和核對(duì)

1）負(fù)荷分配調(diào)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)電位器“負(fù)荷分配”，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到最大位置；

2）負(fù)載響應(yīng)調(diào)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)電位器“帶載響應(yīng)”，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)到1/4轉(zhuǎn)的位置；

3）調(diào)整電子調(diào)速器設(shè)定轉(zhuǎn)速，使其滿足系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速的要求；

4）電流互感器校對(duì)和滿足DC電壓測(cè)量。

在功率因數(shù)為0.8時(shí)，通0～5 A的電流，測(cè)量端子15功率信號(hào)對(duì)應(yīng)DC：0～7.5 V，滿負(fù)荷有功功率為DC7.5 V，取決于發(fā)電機(jī)帶負(fù)載及自動(dòng)負(fù)荷分配器適配的電流互感器的變比。

將發(fā)電機(jī)卸載，檢查電壓相序及電流互感器的相序及相位，然后加載。在三相對(duì)稱下分別短路端子5和6、7和8、及9和10。電壓將分別減少1/3。如果斷路某一相電流時(shí)電壓不減少反而增加，此相電流互感器相位接錯(cuò)，必須校對(duì)電流互感器相位，才運(yùn)行發(fā)電機(jī)。

3.4 帶載性能調(diào)整

1）空載調(diào)整：調(diào)整準(zhǔn)備并列的發(fā)電機(jī)使其每個(gè)發(fā)電機(jī)空載的頻率（50 Hz或60 Hz）正常準(zhǔn)確、每臺(tái)發(fā)電機(jī)的空載電壓一致，并列后精細(xì)調(diào)整電子調(diào)速器，控制有功功率接近為零。同時(shí)，也調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器直至系統(tǒng)環(huán)流接近零，盡量使各發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相同；

2）帶載進(jìn)行系統(tǒng)負(fù)荷分配調(diào)整：所有發(fā)電機(jī)組將是共享負(fù)載，如果發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在輕負(fù)載時(shí)，反時(shí)針?lè)较蜻m當(dāng)調(diào)整“負(fù)荷分配”，將被調(diào)整接受更大程度上的負(fù)載，使系統(tǒng)平衡對(duì)稱。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定額定負(fù)載，使發(fā)電機(jī)所承受的負(fù)荷小于最大負(fù)荷。順時(shí)針調(diào)節(jié)相應(yīng)負(fù)荷減少。

3）逆時(shí)針調(diào)節(jié)“帶載響應(yīng)”1/4轉(zhuǎn)，若要增強(qiáng)瞬態(tài)響應(yīng)，應(yīng)逐漸地順時(shí)針調(diào)整，使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)負(fù)荷響應(yīng)同步。然后觀察發(fā)電機(jī)載荷變化，順時(shí)針調(diào)整太快，會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3.5 逆功率保護(hù)點(diǎn)調(diào)整

逆功率保護(hù)繼電器出廠時(shí)調(diào)到20%（電流互感器輸出1A逆向電流）時(shí)動(dòng)作的設(shè)定點(diǎn)。應(yīng)用調(diào)準(zhǔn)的范圍是建立在電流互感器次級(jí)輸出5 A電流為基礎(chǔ)的0.5%～20%，用戶應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)、電流互感器變比和模擬逆功率的運(yùn)用，確定設(shè)定逆功率繼電器的報(bào)警點(diǎn)。

注意：每個(gè)電流互感器連接的極性，然后應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載模擬相反條件給與調(diào)準(zhǔn)，正確調(diào)整電流互感器的相位連接。

3.6 超功率保護(hù)點(diǎn)調(diào)整

超功率保護(hù)功能可以典型地使用在主動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)系統(tǒng)其它發(fā)電機(jī)，當(dāng)功率要求增加，則自動(dòng)增加一臺(tái)的發(fā)電機(jī)。當(dāng)功率要求減少，則自動(dòng)關(guān)掉一臺(tái)發(fā)電機(jī)。

超功率繼電器，根據(jù)發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷參數(shù)：電流互感器次級(jí)5 A功率因數(shù)為0.8時(shí)的電流為發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷。出廠時(shí)被設(shè)置為80%為“報(bào)警”；下降到20%為“解除”。“報(bào)警”優(yōu)先于“解除”。所以用戶使用不同的電流互感器變比會(huì)有差別，可能需要重新調(diào)整。若須重新調(diào)整可先將“滿功率設(shè)定”的“報(bào)警”電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，“滿功率設(shè)定”的“解除”電位器也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底。然后慢慢地增加發(fā)電機(jī)負(fù)荷至過(guò)負(fù)荷繼電器運(yùn)行點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)“滿功率設(shè)定”的“報(bào)警”電位器，直到“滿功率”指示燈點(diǎn)亮和繼電器動(dòng)作。再慢慢地減小發(fā)電機(jī)負(fù)荷，直至關(guān)閉負(fù)荷繼電器運(yùn)行點(diǎn)，順時(shí)針調(diào)整“滿功率設(shè)定”的“解除”電位器，直至“繼電器解除”狀態(tài)，使?jié)M負(fù)荷指示燈熄滅，并且繼電器斷開(kāi)。

在端子15測(cè)量功率比例信號(hào)DC：0～7.5 V；電流互感器次級(jí)5 A、功率因數(shù)0.8時(shí)。端子15這個(gè)信號(hào)用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)0～1 mA的儀表。

4 系統(tǒng)故障指南

1） 檢測(cè)三相AC電壓，三相電壓必須與三相電流的相序相同，同時(shí)確認(rèn)零線；

2）測(cè)量端子22、23的DC電源，測(cè)量端子14與23電壓為DC：5±0.1 V；

3）在無(wú)負(fù)荷情況下測(cè)量端子12與13，正常為DC：0±0.5 V，端子12與23正常為：DC5.0 V, 端子13與23正常為：DC5.0 V；

4）重新檢查電流互感器，測(cè)量電流互感器的輸入的等效電流；

5）如果發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行不穩(wěn)定，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)“帶載響應(yīng)”直到恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。如果調(diào)到小于25%，其帶載靈敏度下降，最佳設(shè)定為1/4轉(zhuǎn)位置；

6）如果仍然出現(xiàn)不穩(wěn)定，斷開(kāi)并行電纜，連接端子12和13。系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，否則校驗(yàn)發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的穩(wěn)定性；

7）在調(diào)整負(fù)荷分配之前應(yīng)首先要確認(rèn)發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)壓器（AVR）的無(wú)功電流/電壓下垂相位正確，否則負(fù)荷分配器無(wú)法調(diào)整，整個(gè)并機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常工作；

8）調(diào)整和校對(duì)內(nèi)部參數(shù)應(yīng)用DC和AC電壓接入GUS700自動(dòng)負(fù)荷分配器。在不帶負(fù)荷下斷開(kāi)14端子與電子調(diào)速器，測(cè)量端子14電壓值應(yīng)為DC5 V。

5 結(jié)論

自動(dòng)負(fù)荷分配器在并聯(lián)運(yùn)行的各機(jī)組的使用，能準(zhǔn)確按預(yù)先設(shè)定好的比例自動(dòng)把負(fù)荷分配在各個(gè)機(jī)組上，能夠快速跟隨負(fù)荷的變化對(duì)各機(jī)組上的負(fù)荷做出調(diào)整，并且具有超負(fù)荷檢測(cè)和保護(hù)、逆功率檢測(cè)和保護(hù)，在出現(xiàn)上述現(xiàn)象迅速關(guān)閉發(fā)電機(jī)組，以保護(hù)發(fā)電機(jī)組的安全。超功率檢測(cè)和保護(hù)功能也可以應(yīng)用在自動(dòng)化多機(jī)并聯(lián)中，當(dāng)負(fù)荷超過(guò)現(xiàn)有機(jī)組的容量時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟下一臺(tái)機(jī)組，使多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性更高，提高單位能耗比，減少溫室氣體排放。自動(dòng)負(fù)荷分配器使并聯(lián)的各機(jī)組安全可靠地運(yùn)行，對(duì)防止和消除事故，減少操作人員精神緊張和降低勞動(dòng)強(qiáng)度有積極作用。

TP391

A

1009-0134(2010)12(上)-0144-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(上).47

2010-08-20

牛星軍（1968 -），男，河南南陽(yáng)人，工程師，本科，研究方向?yàn)殡姎馀c自動(dòng)化。