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柴油發(fā)電機并機功率平衡的研究

  摘 要:柴油發(fā)電機組并機運行首先應滿(mǎn)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)功功率分配兩個(gè)方面。如果功率分配出現較大的不平衡,無(wú)論是有功功率還是無(wú)功功率,都不僅會(huì )影響機組運行的效率和經(jīng)濟性,而且甚至會(huì )引起整個(gè)電網(wǎng)的故障。因此研究同步發(fā)電機并機后的功率平衡問(wèn)題有著(zhù)非常重要的意義。本文重點(diǎn)闡述引起發(fā)電機并機后功率不平衡的原因,并從原理以及實(shí)例上分析、解決這些不平衡的問(wèn)題。 
  關(guān)鍵詞:有功功率 無(wú)功功率 功率分配 平衡 
  一、柴油發(fā)電機并機后功率不平衡的影響 
  在偏遠地區或者工地,經(jīng)常用到使用柴油發(fā)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(shí)經(jīng)常需將兩臺或以上發(fā)電機組并機運行的情況。如果沒(méi)有裝設保障功率平衡的系統,會(huì )出現有功功率和無(wú)功功率分配不均的現象,特別是無(wú)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(guò)大,出現逆功現象,嚴重時(shí)造成電流劇增,導致并車(chē)解列。造成這種故障有多方面原因,解決起來(lái)也比較復雜。 
  二、發(fā)電機并機后功率平衡理論分析 
  1. 有功功率的調節。 
  可見(jiàn),要改變發(fā)電機輸出給電網(wǎng)的有功功率 ,就必須改變原動(dòng)機提供的動(dòng)力轉矩,這一改變可以通過(guò)調節發(fā)電機的油門(mén)來(lái)達到。當功角處于0到 范圍內事,隨著(zhù) 的增大, 反而減小,電磁功率無(wú)法與輸入的機械功率相平衡,發(fā)電機轉速越來(lái)越大,發(fā)電機失去同步,故在這一區間發(fā)電機不能穩定運行。 
  2.并網(wǎng)運行時(shí)無(wú)功功率的調節。 
  由同步發(fā)電機的V形曲線(xiàn),通過(guò)調節勵磁電流可以達到調節同步發(fā)電機無(wú)功功率的目的。當在某一欠勵狀態(tài)開(kāi)始增加勵磁電流時(shí),發(fā)電機輸出的超前無(wú)功功率開(kāi)始減少,電樞電流中的無(wú)功分量開(kāi)始減少;達到正常勵磁狀態(tài)時(shí),無(wú)功功率變?yōu)榱?,電樞電流中的無(wú)功分量也變?yōu)榱?,此時(shí) ;如果繼續增加勵磁電流,發(fā)電機將輸出滯后性的無(wú)功功率,電樞電流中的無(wú)功分量又開(kāi)始增加。電樞電流隨勵磁電流的變化關(guān)系表現為一個(gè)V形曲線(xiàn)。V形曲線(xiàn)是一簇曲線(xiàn),每一條V形曲線(xiàn)對應一定的有功功率。V形曲線(xiàn)上都有一個(gè)最低點(diǎn),對應 的情況。將所有的最低點(diǎn)連接起來(lái),將得到 對應線(xiàn),該線(xiàn)左邊為欠勵狀態(tài),功率因數超前,右邊為過(guò)勵狀態(tài),功率因數滯后。 
  三、保障并機發(fā)電機有功功率和無(wú)功功率平衡的解決方法 
  1.有功平衡 
  在實(shí)際運用中,中油海某海洋石油平臺根據并機需要,給每臺發(fā)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(guò)檢測每臺發(fā)電機的有功功率后,經(jīng)過(guò)內部模塊對比后,做出相應動(dòng)作:如果兩臺發(fā)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(dòng)作,控制回路由24V電源供電,直接控制發(fā)電機油門(mén)大小,使得該發(fā)電機轉速加快,直到達到設定值,如果某一臺轉速過(guò)快,保持同樣的轉速,也就達到了有功分配的平衡。在長(cháng)時(shí)間的應用中,驗證了兩臺發(fā)電機在該模塊作用下能保持同轉速1500r/min穩定運行。 
  2 .無(wú)功平衡 
  為了保持無(wú)功功率平衡,在三臺主發(fā)電機每個(gè)機組上都加裝了可控硅自動(dòng)電壓校正器(簡(jiǎn)稱(chēng)AVR)的相復勵自激勵磁系統VR6,這種系統具有迅速建立發(fā)電機電壓、調壓指標高等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)電機間無(wú)功功率的分配取決于發(fā)電機的勵磁特性,為使無(wú)功功率分配均勻,AVR又采用了調差裝置來(lái)保持發(fā)電機組的無(wú)功電流分配。原理是當無(wú)功電流增大或減小時(shí),利用調差裝置控制勵磁電流使得無(wú)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(fā)電機的A、C相上,電流互感器LH的原邊接到B相線(xiàn)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(lián)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(wú)功電流稍有增加,Uz也增加,勵磁電流減小,對于單臺發(fā)電機來(lái)說(shuō),其電壓也隨之下降,使得無(wú)功電流又降了下來(lái),最終達到平衡。在中油海平臺的應用中,兩臺發(fā)電機的并機運行時(shí)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(yǔ) 
  通過(guò)試驗,發(fā)現在未加入功功率分配模塊LOAD SHARER T4800和VR6調壓板前,兩臺發(fā)電機會(huì )出現功率分配嚴重不均,甚至有時(shí)候會(huì )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(shí)現發(fā)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(mǎn)足并機長(cháng)時(shí)間穩定運行。對多臺發(fā)電機并機運行有著(zhù)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(xué)出版社,2002 
  [2] 熊信銀.發(fā)電廠(chǎng)電氣部分.北京:中國電力出版社,2004 
  [3] 中國航空工業(yè)設計院.工業(yè)與民用配電設計手冊.中國電力出版社,2005



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