電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組的設計

喻小濤，陳傳勇，朱 彬

（泰豪電源技術有限公司，江西 南昌 330020）

0 引 言

一般情況下，單臺柴油發電機組只會與一路保安段電源同期并聯切換，但是有很多電廠，存在多路保安工作和備用電源，當保安段工作和備用電源恢復供電時，存在柴油發電機組與多路保安段工作和備用電源同期并聯切換，而只通過柴發并網模塊不能實現柴油發電機組與多路保安段工作和備用電源同期切換，需要通過柴發并網模塊與PLC組合才能實現柴油發電機組分別與多路保安段工作和備用電源同期切換。

通過柴發并網模塊與PLC組合可以實現機組分別與多路保安電源同期并聯切換，確保多路保安電源的不間斷供電。因此，為了滿足電廠的上述應用需求，設計研發了電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組。

1 電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組的設計要求

1.1 電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組技術參數要求

電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組技術參數見表1。

表1 電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組技術參數

1.2 電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組性能指標要求

本項目所選用的柴油發電機組應達到GB/T 2820.1—2009《往復式內燃機驅動的交流發電機組》中規定的G3等級要求，因此，此次設計的電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組性能指標要求參照G3等級見表2。

表2 電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組性能指標

2 電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組設計

2.1 電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組結構設計

單臺柴油發電機組主要由發動機、發電機、聯軸器、底盤、排氣消聲系統、散熱器、蓄電池組系統等組成。結構形式為：發動機、發電機、散熱器、蓄電池組系統安裝在底盤上，其中發電機和發動機通過聯軸器連接，并通過減震器安裝在底盤上，機組控制柜采用獨立柜并且安裝在機組附近，通過機組接線轉接盒實現與機組的控制連接，操作面板離地高度適中，便于人員操作；整個機組安裝時，在底盤與機房基礎間加橡膠墊，用地腳螺栓安裝在基礎上；排氣消聲系統以懸掛式安裝方式安裝在機房天花板的支吊架上。機組結構布置如圖1所示。

圖1 機組結構布置圖

2.2 單臺柴油發電機組與多路保安電源同期并聯切換方案

如圖2所示，電廠有多路保安段電源（保安A段工作電源、保安A段備用電源、保安B段工作電源、保安B段備用電源）時，自動模式下通過保安段失壓信號或DCS遠方啟動信號啟動柴油發電機組，發電參數正常后，柴發出口開關1ZK1自動合閘，當檢測到保安PC段電壓正常后且保安段仍失壓，先跳開失壓保安段工作和備用電源進線開關（3ZK1、3ZK2、4ZK1、4ZK2），再合相應柴發電源開關（2ZK1、2ZK2），由柴油發電機組給失電的保安A、B段供電；當保安段工作和備用電源恢復后，DCS發恢復保安A段工作電源信號給PLC，PLC輸出同期采樣切換信號給柴發并網模塊，并網模塊開始采樣保安A段工作電源電壓，同時PLC輸出開始反同期信號給柴發并網模塊，此時并網模塊調節發電電壓（調壓）和頻率（調速）[1]，當達到同步后，并網模塊輸出已同步信號給PLC，由PLC控制保安A段工作電源進線開關3ZK1合閘，合閘成功后PLC輸出已并網信號給并網模塊，此時通過并網模塊實現負載平穩轉移切換，柴發帶固定功率（可設）同期20 s后分閘柴發電源開關2ZK1；同理，保安A段備用電源、保安B段工作電源、保安B段備用電源恢復過程同上，當確認所有保安段電源均恢復正常后，DCS發遠程停機命令，柴發出口開關1ZK1分閘，同時機組冷卻散熱停機。機組工作原理框圖如圖3所示。

圖2 一次系統圖

圖3 工作原理框圖

2.3 滅火星消音降噪方案

柴油發電機組中的消聲器能有效降低機組排氣噪聲，減小噪聲對環境的影響。但本項目為電廠用發電機組，使用場所要求較高，而發動機排煙溫度又高達500 ℃，如果不對排氣氣流做處理，消聲器排煙出口處的排煙氣流中易帶未能燃盡的火星，在具有可燃性氣體環境下使用容易引起安全隱患。因此，本設計在消聲器中設置滅火星膨脹腔，起到熄滅火星的作用，提高發電機組使用的安全性。同時滅火星膨脹腔下方設置集灰盒，集灰盒底部設有堵頭，以便清除集灰。此外，為降低消聲器表面溫度，更安全地使用消聲器，同時提高表面銀粉漆使用壽命，消聲器四周設置隔熱層，如圖4所示[2]。

圖4 滅火星消聲器

2.4 100%突加負載調節方案

為實現機組100%突加負載功能，設計中通過調節發電機AVR的參數來實現突加100%負載。為了使發電機組在負載變化的情況下（突加和突卸負載），可遵循ISO8528-3和ISO8528-5電壓和頻率下降的規則，并能承受更大的負載沖擊。當發電機組在突加負載的情況下，我們采用負載緩沖模塊調整參數，當負載緩沖模塊檢測到發動機頻率超過4%時，負載緩沖模塊會快速降低13%的電壓，這將減少發電機組25%的負載，有助于發動機轉速和發電機電壓的快速恢復。

根據圖5給出的發電機AVR軟件里面電壓和頻率的曲線關系，可以看出通過增大電壓和頻率的比值，當柴油發電機組突加100%負載時，發電電壓下降的幅度大，發電機組所帶的有功負載減少，此時機組能夠快速恢復發電電壓和轉速，從而實現發電機組突加100%也能夠保持正常運行[3]。

圖5 突加負載時電壓和頻率曲線

2.5 機房進排風電動百葉窗控制方案

機房安裝有2個進風和1個排風電動百葉窗，為了實現機組的連續正常，要求機組在啟動前打開進排風電動百葉窗，如果進排風電動百葉窗沒有打開，即機組控制器在設定的時間內沒有電動百葉窗打開的位置反饋信號，機組禁止啟動，同時控制器報電動百葉窗故障，只有進排風電動百葉窗完全打開后才允許機組啟動運行，避免機組在封閉的機房內運行出現高水溫現象；電動百葉窗關閉的條件是機組完全停止后延時關閉，這樣有利于機組的冷卻散熱，同時可以避免機組還沒有完全停機百葉窗提前關閉，造成損壞電動百葉窗[4]。圖6所示為通過控制器PLC程序控制電動百葉窗的程序。

圖6 電動百葉窗控制程序

3 結 論

此次研發設計的電廠多路保安電源同期并聯切換柴油發電機組主要為電廠提供安全、穩定、可靠的備用電源。通過現場帶載測試，結果表明：該機組各項技術性能指標均達到或優于設計時要求的指標。該機組采用功能全面的智能控制系統和PLC控制，能顯示發電機組的各種參數，實現機組自啟動、自動與多路保安電源并網等功能，并能對機組多種異常狀況提供自動保護報警、停機功能；該機組能夠實現100%突加負載不停機，滿足電廠負載的使用需求，同時該機組采用滅火星消音降噪技術，有效降低機組排氣噪聲，減小噪聲對環境的影響，提高發電機組使用的安全性。滿足在可燃性氣體環境下使用。