柴油发电机组两台并机越来越普遍,经常由于需求功率的增加而出现要求柴油发电机组并机的服务,随着现代化建设的发展,发电机组越来越多地应用于国防工程、武器系统、野外作业等工程中。为了满足大负荷或不间断供电要求,往往需要将两台或多台机组并联运行。机组并联运行中,常出现功率分配不均匀现象,过度功率分配不均匀将会严重影响电站系统运行的安全性和可靠性,且会对发电机组产生严重危害。这种危害性根源于系统的环流问题,也是并联电站调试中最常见、也是最难以解决的问题。我公司技术人员根据调试并联机组的一些经验,提出了环流产生的原因、影响功率平均分配的一些因素及解决方法。

    环流产生的静态分析

    以模块化并联控制系统为例,发电机组的并联调试一般先把并联机组空载并联时的环流调平衡、足够小且稳定运行,再通过负荷分配器把有功功率调平衡,其中关键是解决空载并联时的环流问题。以两台机组并联为例,空载并联常出现的问题:

    (1)环流过大,远远超过并联机组额定电流的10%;

    (2)并联后,环流随运行时间逐渐变大,直至逆功率报警;

    (3)环流不稳定,随机性忽大忽小。

    如何解决这些问题?我们以两台等功率机组并联为例,先分析一下环流产生的原因。

    环流U1:1#机组端电压,U2:2#机组端电压,R3:两台机组并联运行所带负荷,I0:环流,I1:1#机组的输出电流,I2:2#机组的输出电流. 海锋柴油发电机组提供技术支持。若使两台机组并联运行,在任何负荷下环流I0都为0,则必须U1=U2,即两台机组在任何负荷下运行其端电压都相等。空载并联相当于负荷无穷大,其空载端电压U01、U02也应相等。即U01=U02(1-2)我们知道,有功功率的平均分配取决于柴油机及其调速系统的特性,而无功功率的分配则取决于发电机及其励磁系统的特性,也就是发电机组本身的调压特性。调压特性是一条U=f(I)曲线,U为发电机组端电压,I为电流。为方便分析问题,通常用一条直线近似取代该曲线。假设有两台并联发电机组,分别具有如图2所示的调压特性,设定:δ1=tgβ1、δ2=tgβ2,δ1:1#机组的调压特性,δ2:2#机组的调压特性。

    由以上分析可知:

    (1)将两台机组并联,首先要将两台机组的空载电压、调压特性调整到完全相同,这是保证两台机组无功功率完全平均分配的前提条件,也是后续调整两台机组功率平均分配的基础。当上述两项调整平衡后,才能保证并联运行的两台机组输出端电压在任意负荷下都相等,同时保证功率平均分配,才能保证环流为0(理想状态)。表明:环流产生的根本原因是两台机组空载电压不是完全相等或调压特性有差异,造成输出端电压不相等而产生了环流。

    (2)两台机组的空载电压、调压特性都相等,而两台机组的输出电流不相等,也就是两台机组的功率分配不均匀,也会造成U1和U2不相等,而产生环流。

    (3)影响无功功率分配的因素还有很多,像自动电压调节器特性、用均压线环节的稳定作用等,在此不再分析。

    功率分配的动态平衡分析以两台等功率发电机组并联为例。GB/T12786 -2006自动化内燃机电站通用技术条件规定:在20～80%标定定额之间有功功率分配差度≤±10%,而两台并联机组之间的有功功率平均分配主要是靠两台机组负荷分配器之间的平衡链来完成的。平衡链工作原理图。­

    通过调整负荷分配器的“负荷分配”电位器,可以将两台负荷分配器的功率分配参数调整相等,即η1=η2。假设两台机组所带负荷绝对相等,即P1=P2,那么u1=u2,I0=0。这是完全平衡的理想状态。实际上这是一个动态的平衡过程:假设两台机组分别带P1、P2的负荷正在平稳的并联运行,其中P1=P2。