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大容量柴油发电机组多机并车运行应用与设计研

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大容量柴油发电机组多机并车运行应用与设计研

责任编辑:7m比分足球比分??? 发布时间:2020-10-12 ??? 【

摘要:文章通过对矿山大型柴油发电机多机组并车运行设计,具体论述了柴油发电机组的组成、工作原理、机组容量计算、机组选择时的基本考虑因素等;对多机组柴油发电机并车运行的并车条件、并车控制、并车运行保护及优点等分别进行了详细的分析阐述与评价。通过实例证明,采用多机并车运行的柴油发电机组作为备用电源,具有高可靠性、稳定性、抗冲击能力强及快速自启动等功能,值得推广应用。

关键词:柴油发电机;多机组;并车;自动控制;可靠稳定;快启动

近十年来,伴随着中国经济的飞速发展,国家电网的建设也达到了空前的规模。但在一些特殊地区,例如偏远山区、林区、高原地区,电网供电能力还相对比较薄弱,高压大容量输电线路短时还难以覆盖整个地区,制约着当地经济的发展。处于此类地区的企业,往往设置备用电源来满足企业的供电。

柴油发电机组具有它独特的优越性,仍作为目前常用的备用电源。正常情况下,柴油发电机组处于备用状态,当市电故障或市电检修时,发电机组自动启动,向部分负荷供电。它具有可靠稳定性能、高热效率、污染排放量少、机动灵活、占地面积小、建设周期短等优点,得到了广泛应用。

1 工程案例

铜山铜矿位于黑河市嫩江县多宝山镇,地处黑龙江省西北部,为紫金矿业集团全资子集团多宝山铜业集团的下属矿山。矿山采用地下开采,采矿规模为10000t/d,采矿场西回风井主通风机(~10kV、2×400kW)、东回风井主通风机(~10kV、2×560kW)、井下排水泵(~10kV、4×1250kW、3用1备)、井下照明负荷(~0.4kV、120kW)为一级电力负荷。一级负荷安装功率7040kW,工作功率5790kW。

矿山地处大兴安岭林业保护区范围内,从矿区地区变电所只能取得两回路35kV电源,无法取得双重电源。为了增加供电可靠性,满足一级负荷需采用双重电源供电要求,结合矿区目前电网的实际供电情况,设置柴油发电机组作为备用电源。

2 单机柴油发电机组基本设计

2.1 机组组成及工作原理

单台柴油发电机组主要由柴油发动机、三相交流同步发电机及电压调节装置、机组控制器等部件组成。它是以柴油等为燃料,以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。

2.2 机组容量计算

本设计柴油发电机组供电负荷主要为风机、水泵、照明等一般性负载,按稳定负荷计算发电机容量:

式中:SG为按稳定负荷计算的发电机视在功率(kVA);P为发电机总负荷计算功率(kW);η为所带负荷的综合效率,一般取0.82~0.88;cosφ为发电机的额定功率因数,一般取0.80。

发电机的使用容量应考虑海拔、气压、湿度、温度等环境的影响,根据环境温度、海拔高度进行修正。矿山所在地海拔在500~600m,按大气温度25℃、相对湿度60%进行修正,修正系数取0.92,故发电机最终计算视在功率SG=8515/0.92=9255kVA。

柴油发电机组计算功率较大,考虑将多台机组并车运行输出备用电源,设计选用4套柴油发电机组(3用1备),单机组输出有功功率2500kW,视在功率3125kVA。

柴油发电机组运行负荷率P%=5790/2500/3=77%,符合规范不应低于15%且不宜高于85%规定。

2.3 机组选择

负载的特性及大小是选择发电机组最关键的因素,本设计柴油发电机组供电负荷主要为一般性负载,为10kV大型马达负载,水泵、风机等均采用高压变频器恒转矩控制,启动电流较小,为不频繁起动负载。柴油发电机的性能等级为G2类,电压特性与电网类似,当负载发生变化时,允许暂时的允许范围内的电压和频率的偏差。柴油发电机组主要为高压负荷供电且多机并车运行,机组选择输出电压~10kV。高压柴油发电机组设差动保护装置。

机组选用高速柴油发动机作动力源,配无刷励磁三相交流同步发电机。机组装配快速自起动装置、电源自动切换装置及自动电压调整装置,机组自启动信号可取自高压进线端。机组采用电力起动,适用于遥控和自动。选用的柴油发电机组主要技术参数如表1所示。

表1 柴油发电机组主要技术参数表

选择外形尺寸较小、结构紧凑、重量较轻且辅助设备较少的产品,以减少机房的面积和高度,响应节能、节材等绿色设计理念。

3 多机并车系统设计

多机组并车,要求各机组电压、频率、相序、相位角、转速等一致。机组并车采用全自动装置,具有全自动同步、并车合闸控制、全自动均衡负载、负载软性转移及各种保护功能。它会对并车机组的电压、电流、相位等参数作出比较,然后将负载平均分配到各台机组。

3.1 主回路供电系统设计

4台机组并车运行,10kV母线采用单母线接线,电气主接线图如图1所示。

图1 多机组并车电气主接线图

运行方式:正常运行时,变电所由市电电源供电,当市电电源故障断电后,柴油发电机自启动,并机成功后向变电所两段10kV母线供电。

自动装置:柴油发电机备用电源与市电电源设自动切换装置,只有市电电源均断电后,自动切换装置动作并完成电源切换,变电所10kV母线改由柴油发电机供电。

电气联锁:柴油发电机备用电源与市电电源设电气联锁,禁止柴油发电机备用电源与市电电源并列运行,当市电电源进线断路器全部断开后,柴油发电机备用电源进线断路器才允许合闸。

3.2 并车控制系统设计

并车控制系统用于多台发电机组并车控制,可以完成对市电断路器转换,实现机组远程起动、加载和卸载顺序控制、负载需求控制、负载优先级控制、市电切换管理、系统智能监控、电池管理系统(BMS)信息提供、机组测试控制等,并车控制系统框图如图2所示。

图2 多机组并车控制系统框图

并车控制方式:

(1)自动并车。同步模块自动调整发电机组转速,当单台发电机组输出电源频率、相位等参数与母排电源对应参数达到同期点时,同步模块自动给出发电机组同期合闸信号,自动同步并车装置原理框图如图3所示。

(2)自动负载分配。采用全电子式无差自动负载分配系统,机组并车成功后,系统自动根据机组功率大小比例平均分配总负载,负载自动均衡原理图如图4所示。由空载至满载,自动负载分配偏差率可控制在5%以内,反应灵敏性高,调节精度高。

(3)调峰功能。并车运行机组数量由系统根据负载容量自动控制,发电机组全程在经济状态下运行。当系统中需要增加负载或有大功率电机负荷启动时,系统提供信号使备用机组启动、并车,以防发电机组过载运行并减少电动机启动电流对系统的冲击。

图3 自动同步并车装置原理框图

图4 负载自动均衡原理图

(4)软性加、减载和零功率分闸。调峰过程采用软性加、减载,负载在机组间的转移按一定的设定坡度软性转移,而非瞬时转移,负载在转移过程中对整个并车系统无冲击,整个系统电压平稳无波动。当一台机组同期并车后,该机组按设定的坡度软性加载,并使其分配到与其他机组同功率百分比的负载;当整个系统负载率减小到需要卸载一台机组时,在待卸载机组自动分闸前,先将该机组的负载全部软性转移到其他机组,采用零功率分闸。

4 机组并车运行保护功能及优点

4.1 保护功能

当运行中的某台发电机组引擎发生故障时(如引擎燃油阻塞),造成该机组不能正常发电,此时控制系统会快速自动切断该机组,并发出警报,避免其他机组拖动该故障机组进入电动机状态,加重系统负担。当负载出现过电流保护时,负载供电回路将会跳闸断电,同时对故障负载供电的发电机组自动冷却停机,在负载故障解除后且市电恢复前,系统能自启动发电机组对负载供电[9]

机组故障联动跳闸。当机组在运行中因功率不足带载熄火、水温过高、电压不稳等问题而需保护停机时,其并车开关将联动跳闸,并车柜上故障指示灯点亮。此保护动作后,可避免并联母线大电流突然分断时高尖脉冲的产生,保护机组励磁系统不被烧毁,避免待停机组因逆功率运转而拖累其他运行机组、拖垮整个并车系统。

4.2 优点

负载大小与机组投切始终保持同步,并车装置自动调整机组投切,机组始终保持在最佳经济状态下运行。降低机组损耗、减少机组故障、节约燃料消耗、降低企业成本、增加企业效益。多机组并车后形成一个相对独立电网,供电容量与质量显著提高,输出电源电压、频率稳定可靠,可承受大功率负荷启动时对发电机组的冲击。发电机组集中布置,整体紧凑、机动灵活;发电机组集中控制,电力调度周期短,企业管理方便。柴油发电机组使用要注重平时的维护与保养,使其能在关键时刻顺利启动、平稳运行并发挥最大效能。


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