【摘要】發(fā)電機(jī)電控部分由轉(zhuǎn)速控制器、勵(lì)磁控制板、同步指示器、功率分配和并網(wǎng)保護(hù)單元這幾大部分組成。由這幾部分實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)電控功能。
【關(guān)鍵詞】調(diào)速模塊；調(diào)壓模塊；并網(wǎng)保護(hù)單元
1、轉(zhuǎn)速控制
轉(zhuǎn)速控制器通過(guò)對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整來(lái)控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓和發(fā)電頻率，使發(fā)電機(jī)達(dá)到發(fā)電要求。下面以2301A速度控制器為例介紹。
1.1怠速和額定轉(zhuǎn)速
怠速是指柴油機(jī)機(jī)在無(wú)負(fù)荷的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，只需克服自身內(nèi)部機(jī)件的摩擦阻力，不對(duì)外輸出功率。維持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速；額定轉(zhuǎn)速指柴油機(jī)在工作狀態(tài)下，對(duì)外輸出做功時(shí)的轉(zhuǎn)速。
1.2提速時(shí)間
柴油機(jī)從怠速加至額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間，可調(diào)范圍（1—22s），第一次啟動(dòng)設(shè)置成最大值位置，減小RAMP TIME時(shí)需要考慮不能產(chǎn)生過(guò)大的轉(zhuǎn)速過(guò)沖。
1.3啟動(dòng)最小燃油量
即柴油機(jī)每次啟動(dòng)時(shí)的最小噴油量，這個(gè)噴油量只要能夠滿足柴油機(jī)啟動(dòng)需求即可，啟動(dòng)柴油機(jī)觀察排煙量做適當(dāng)調(diào)整。
1.4動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性
即電力系統(tǒng)受到較大的干擾后，在自動(dòng)裝置參與調(diào)節(jié)和控制的作用下，系統(tǒng)進(jìn)入一新的穩(wěn)定狀態(tài)并重新保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力。增加GAIN獲得較快的瞬態(tài)響應(yīng)，在負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)要減小轉(zhuǎn)速的過(guò)沖，增加RESET，在負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)要加快轉(zhuǎn)速的回歸，減小RESET。
1.5 DROOP值
DROOP值為一個(gè)百分?jǐn)?shù)即DROOP=（空載速度-滿載速度）*100%/空載速度。是為保持機(jī)組并列運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行于孤立總線的設(shè)備常常需要設(shè)置一個(gè)DROOP值。過(guò)大的DROOP值將會(huì)導(dǎo)致突然卸載時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)超速，負(fù)荷變化時(shí)機(jī)組反映過(guò)慢，太小的DROOP值將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。速度控制器連接可變電阻和PPU相連實(shí)現(xiàn)DROOP值控制轉(zhuǎn)速。
以上的速度反饋信號(hào)通過(guò)位于柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)的正時(shí)輪齒的圓周上的速度傳感器采集，正時(shí)輪上有一定數(shù)量的鋸齒，除正時(shí)點(diǎn)處齒輪寬度不同外，圓周上其余部分齒輪分布均勻，當(dāng)正時(shí)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒與傳感器產(chǎn)生一個(gè)脈沖寬度調(diào)節(jié)PWM脈沖信號(hào)，速度傳感器將這個(gè)1—30V的電信號(hào)傳送給速度控制器作為反饋。調(diào)速執(zhí)行信號(hào)將一個(gè)0—20mA電流信號(hào)傳送給柴油機(jī)控制器ECU，由ECU控制柴油機(jī)噴油量、進(jìn)氣量等參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整。
2、勵(lì)磁控制 DECS-100
勵(lì)磁控制是通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁電流調(diào)整發(fā)電電壓，達(dá)到快速精確控制。對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過(guò)熱，因此在大容量發(fā)電機(jī)中，采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，即主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。下面以DECS-100勵(lì)磁板介紹。
DECS-100勵(lì)磁板具有發(fā)電機(jī)過(guò)壓、電壓檢測(cè)失去、勵(lì)磁繞組過(guò)電壓（過(guò)磁關(guān)斷）保護(hù)、過(guò)磁限制、低磁限制和控制發(fā)電機(jī)電壓或勵(lì)磁電流上升到給定值時(shí)間的軟啟動(dòng)。
勵(lì)磁板的模擬量輸入信號(hào)母線電壓檢測(cè)，發(fā)電機(jī)電壓檢測(cè)，用于電壓反饋和計(jì)算發(fā)電機(jī)頻率。B相電流檢測(cè)，用于計(jì)算B相線電流有效值，計(jì)算發(fā)電機(jī)相角，調(diào)壓和VAR/PF控制。輔助輸入（輔助調(diào)整A、B）接受來(lái)自PPU的電壓調(diào)整信號(hào)，調(diào)整DECS-100運(yùn)行給定值（-3V—3VDC，±30%）。功率電源輸出部分勵(lì)磁電壓（+F，-F）為勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組提供一個(gè)可控電流。DECS-100采用這個(gè)信號(hào)計(jì)算勵(lì)磁電壓的數(shù)值，用于系統(tǒng)保護(hù)。繼電器輸出為常開(kāi)不帶閉鎖的公共報(bào)警繼電器輸出點(diǎn)。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(lì)磁故障發(fā)電機(jī)升不起電壓故障多發(fā)生在旋轉(zhuǎn)整流器個(gè)別斷.短路，線頭脫落，勵(lì)磁板等原因。
3、同步指示器（CSQ-3）
CSQ-3是基于微處理技術(shù)的儀器，提供控制發(fā)電機(jī)與主電網(wǎng)同步相關(guān)參數(shù)的顯示，通過(guò)測(cè)量及比較發(fā)電機(jī)和主電網(wǎng)的電壓、頻率以及相角，可用于所有手動(dòng)/半自動(dòng)同步控制的場(chǎng)合。通過(guò)面板可進(jìn)行相位窗口Δφ、電壓差ΔU、同步繼電器延時(shí)Td及同步脈沖長(zhǎng)度TR等參數(shù)的設(shè)定。
紅色LED的旋轉(zhuǎn)循環(huán)顯示頻率差，旋轉(zhuǎn)越快表示頻率差越大，每秒旋轉(zhuǎn)一圈相當(dāng)于1Hz的頻率差。亮的紅色LED位置顯示發(fā)電機(jī)和主電網(wǎng)的電壓相位差，36個(gè)LED表示0-360度相角，零點(diǎn)位于時(shí)鐘12點(diǎn)位置。儀表自動(dòng)檢測(cè)/計(jì)算同步參數(shù)是否在預(yù)設(shè)的同步范圍內(nèi)。
CSQ-3實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作合閘。工作模式開(kāi)關(guān)在手動(dòng)位置，到額定轉(zhuǎn)速后手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，使電壓和頻率達(dá)到額定。觀察同步指示器的紅色指示燈慢速旋轉(zhuǎn)，正上方的指示燈亮?xí)r，按下同步合閘按鈕合閘。
4、并網(wǎng)保護(hù)單元功率分配器（PPU）
PPU基于微處理器技術(shù)集成了發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行及同步之后所有必要的控制和保護(hù)。緊湊設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)控制器，能控制獨(dú)立運(yùn)行，并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，與主網(wǎng)并聯(lián)和發(fā)電機(jī)的、短路、過(guò)流、逆功保護(hù)。
標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)保護(hù)功能有：逆功保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。其中發(fā)電機(jī)逆功保護(hù)可設(shè)定范圍為額定功率的0%—50%，通常設(shè)置為5%。延時(shí)保護(hù)時(shí)間為0.1s—100s，通常設(shè)置為10s。發(fā)電機(jī)過(guò)流保護(hù)可設(shè)定范圍為額定功率的50%—200%，通常設(shè)置為115%。延時(shí)保護(hù)時(shí)間為0.1s—100s，通常設(shè)置為10s。PPU還具有其他可選功能如過(guò)壓保護(hù)，欠壓保護(hù)過(guò)頻保護(hù)，欠頻保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，電流不平衡保護(hù)，電壓不平衡保護(hù)，主網(wǎng)保護(hù)等。這些保護(hù)可以有效的保護(hù)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
發(fā)電機(jī)并網(wǎng)采用準(zhǔn)同期法并列時(shí)，必須應(yīng)滿足相序相同和波形相似，電壓、頻率，相位相同這3個(gè)條件，一般當(dāng)電壓相差在±10%以?xún)?nèi)時(shí)，沖擊電流不太大，對(duì)發(fā)電機(jī)也沒(méi)有什么危險(xiǎn)。如果并列時(shí)電壓相差較多，那么在并列時(shí)除了產(chǎn)生很大的電流沖擊外，還會(huì)使系統(tǒng)電壓下降，可能造成事故。一般在并列時(shí)，應(yīng)使待并發(fā)電機(jī)的電壓稍高于系統(tǒng)電壓。如果待并發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的相位不同，并列時(shí)引起的沖擊電流將產(chǎn)生同期力矩，使并網(wǎng)發(fā)電機(jī)立刻牽入同步。如果相位差在土10%以?xún)?nèi)時(shí)，產(chǎn)生的沖擊電流和同期力矩不會(huì)造成嚴(yán)重影響。如果相位差很大時(shí)，沖擊電流和同期力矩將很大，可能達(dá)到三相短路電流的2倍，它將使定子端和轉(zhuǎn)軸受到一個(gè)很大的沖擊應(yīng)力，可能造成定子端部繞組嚴(yán)重變形，聯(lián)軸器螺栓被剪斷等嚴(yán)重后果。如果待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率差值在0.5—1Hz之間不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，如果差值較大就會(huì)對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量和設(shè)備造成影響。
各個(gè)發(fā)電機(jī)PPU之間通過(guò)Modbus通訊協(xié)議控制并網(wǎng)時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié)同步、并網(wǎng)后的發(fā)電機(jī)之間的功率分配。各自PPU通過(guò)向GOV和AVR輸送±20mA的電信號(hào)控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁量和頻率控制。
以上幾大功能模塊實(shí)現(xiàn)了柴油發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電、并網(wǎng)發(fā)電的電控部分和各種發(fā)電機(jī)保護(hù)，使發(fā)電機(jī)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]ABB大學(xué).ABB電控系統(tǒng)操作培訓(xùn)，2008.6
[2]王洪明，喬德軍.《發(fā)電機(jī)故障排查手冊(cè)》
作者簡(jiǎn)介
盧凱挺（1986- ），男，漢族，黑龍江綏化，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，主要從事電氣維護(hù)。
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