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新聞主題 |
多臺(tái)并聯(lián)柴油發(fā)電機(jī)組的功率分配及PLC調(diào)整 |
摘要：隨著大容量10KV備用發(fā)電機(jī)組并聯(lián)廣泛使用后，與市電互相切換以保證一級(jí)負(fù)荷， 同時(shí)由PLC統(tǒng)一控制所有切換的邏輯關(guān)系，獲得了很好的效果。康明斯公司在以下介紹的PLC邏輯控制案例可以發(fā)現(xiàn)，高壓并聯(lián)發(fā)電機(jī)組的使用及并聯(lián)技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，由兩臺(tái)機(jī)組到4臺(tái)、6臺(tái)、8臺(tái)甚至16臺(tái)以及更多，都可以遵循以上案例進(jìn)行拓展，而與市電切換的邏輯也是隨著臺(tái)數(shù)的增加呈平方級(jí)地復(fù)雜，用PLC作為一個(gè)指揮中心控制發(fā)電機(jī)組與市電切換是一個(gè)非常好的解決方案。
考慮到負(fù)荷的重要性，越來越多的項(xiàng)目使用到備用發(fā)電機(jī)組，從幾十個(gè)千瓦到幾千個(gè)千瓦，隨著大容量發(fā)電機(jī)組并聯(lián)技術(shù)的成熟和成本的下降，投資者和建設(shè)者會(huì)逐漸考慮從低壓發(fā)電機(jī)組到高壓發(fā)電機(jī)組，如果是單臺(tái)機(jī)組容量不夠的情況下，設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮用10kV高壓發(fā)電機(jī)組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的380V發(fā)電機(jī)組。
一、高壓并聯(lián)發(fā)電機(jī)組使用的優(yōu)勢(shì)
1、備用容量大
在現(xiàn)在日益發(fā)展的工業(yè)上，用戶的用電量需求也是越來越大，高壓并聯(lián)發(fā)電機(jī)組可以作為兩路市電外的第三路電源，發(fā)電機(jī)組可以按總負(fù)荷的100%考慮設(shè)計(jì)，與市電相同，燃料儲(chǔ)備可以保證發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行至少24h。比起單臺(tái)低壓發(fā)電機(jī)只作應(yīng)急電源，有天淵之別。
2、綜合成本可行性強(qiáng)
目前根據(jù)世界知名發(fā)電機(jī)組廠家的報(bào)價(jià)，同容量的高壓機(jī)組并聯(lián)的價(jià)格約比低壓機(jī)組并聯(lián)貴11%左右，但這只是設(shè)備的成本，綜合考慮整個(gè)工程的安裝情況，高壓并聯(lián)發(fā)電機(jī)組電纜成本可以忽略不計(jì)，低壓機(jī)組并聯(lián)每相需要多根大截面電纜，成本和安裝費(fèi)用都非常高，另外四臺(tái)高壓發(fā)電機(jī)組安裝在一起比四臺(tái)低壓機(jī)組分散布置建筑面積可省50m²。當(dāng)今在城市里寸土寸金，這方面高壓并聯(lián)機(jī)組確實(shí)具有不少優(yōu)勢(shì)。
3、技術(shù)成熟，可靠性強(qiáng)
雖然國(guó)內(nèi)鮮有有生產(chǎn)單臺(tái)2000kW以上大容量的低壓柴油發(fā)電機(jī)的國(guó)產(chǎn)廠家，大部分都是進(jìn)口品牌。因此，在國(guó)外，大容量高壓柴油發(fā)電機(jī)組的質(zhì)量和可靠性已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，可靠性甚至超過了低壓機(jī)組。據(jù)資料，國(guó)外最大的可以做到單臺(tái)4000KW的高壓發(fā)電機(jī)組并聯(lián)16臺(tái)。
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多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并機(jī)電路圖 |
發(fā)電機(jī)組PLC邏輯控制示意圖 |
二、并聯(lián)+PLC功能案例
以深圳某數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目為例，使用了4臺(tái)2000kW高壓發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，作為兩路市電同時(shí)故障時(shí)的第三路電源，該項(xiàng)目同時(shí)還設(shè)計(jì)配備了10KV負(fù)載箱，在平時(shí)發(fā)電機(jī)組空載的時(shí)候進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)。與往常的發(fā)電機(jī)組備自投不同的是，在該項(xiàng)目深化討論的時(shí)候，由于要控制的點(diǎn)數(shù)比較多，邏輯比較復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)的功能和要求達(dá)40條，故經(jīng)過設(shè)計(jì)人員、廠家和業(yè)主綜合討論，決定增加一個(gè)PLC專門控制這部份的邏輯運(yùn)行（如圖2所示）。
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圖2 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)案例合閘電路圖 |
1、正常運(yùn)行方式
（1）主市電斷路器52-U1和52-U2閉合；
（2）母聯(lián)斷路器52-T1打開；
（3）發(fā)電機(jī)斷路器52-G1，52-G2，52-G3和52-G4打開；
（4）發(fā)電機(jī)饋電斷路器52-GF1和52-GF2打開；
（5）斷路器52-U3和52-U4打開；
（6）負(fù)載箱斷路器52-LB打開；
（7）全部負(fù)荷通過斷路器52-U1和52-U2由市電電網(wǎng)提供。
2、斷路器52-U1側(cè)市電線路NO.1失電
（1）如果斷路器52-U1線路側(cè)欠電壓繼電器27-U1-1負(fù)荷側(cè)欠電壓繼電器27-U1-2同時(shí)檢測(cè)到正常電壓缺失，而同時(shí)斷路器52-U2線路側(cè)欠電壓繼電器27-U2-1檢測(cè)到的是正常電壓信號(hào)，則開關(guān)柜PLC啟動(dòng)1分鐘延時(shí)繼電器（就地可編程）。
（2）如果27-U1-1和27-U1-2當(dāng)中只有一個(gè)檢測(cè)到電壓缺失信號(hào)，則開關(guān)柜PLC認(rèn)為這是PT故障，熔斷器故障，繼電器跳閘或斷路器52-U1分閘，系統(tǒng)維持正常運(yùn)行模式。
（3）如果在（最小10s，可就是編程）1分鐘延時(shí)到之前，27-U1-1和27-U1-2又同時(shí)重新檢測(cè)到正常電壓信號(hào)，則系統(tǒng)維持正常運(yùn)行模式，1分鐘延時(shí)繼電器復(fù)位。
（4）如果1分鐘延時(shí)到，52-U1側(cè)欠電壓繼電器27-U1-1和27-U1-2仍未檢測(cè)到正常電壓信號(hào)，則斷路器52-U1斷開，母聯(lián)斷路器52-T1閉合，全部負(fù)荷由線路N0.2供電。
（5）當(dāng)線路側(cè)欠電壓繼電器27-U1-1重新檢測(cè)到正常電壓信號(hào)，而此時(shí)負(fù)荷由仍舊連接在52-U2側(cè)，則通過手動(dòng)方式重新切回到正常運(yùn)行模式。手動(dòng)切換通過操作員按切換按鈕“切換從52-U2到52-U1"來實(shí)現(xiàn)。先斷開母聯(lián)斷路器52-T1，再閉合線路NO.1側(cè)斷路器52-U1。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過程是一個(gè)開放的轉(zhuǎn)換過程“分閘-準(zhǔn)備-合閘”。先閉合線路NO.1側(cè)斷路器52-U1，再斷開52-T1。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過程是一個(gè)閉合的轉(zhuǎn)換過程“合閘-準(zhǔn)備-分閘”。]
（6）如果斷路器52-U1分閘是由于保護(hù)繼電器動(dòng)作或手動(dòng)所至，將鎖住任何自動(dòng)切換。
3、斷路器52-U2側(cè)線路NO.2失電
（1）如果斷路器52-U2線路側(cè)欠電壓繼電器27-U2-1和負(fù)荷側(cè)欠電壓繼電器27-U2-2同時(shí)檢測(cè)到正常電壓缺失，而同時(shí)斷路器52-U1線路側(cè)欠電壓繼電器27-U1-1見車到的是正常電壓信號(hào)，則開關(guān)柜PLC啟動(dòng)1分鐘延時(shí)繼電器（就地可編程）。
（2）如果27-U2-1和27-U2-2當(dāng)中只有一個(gè)檢測(cè)到電壓缺失信號(hào)，則開關(guān)柜PLC認(rèn)為這是PT故障，熔斷器故障，保護(hù)繼電器跳閘或認(rèn)為斷路器52-U2分閘，維持正常運(yùn)行模式。
（3）如果在（最小10s，可就地編程）1分鐘延時(shí)到之前，27-U2-1和27-U2-2又同時(shí)重新檢測(cè)到正常電壓信號(hào)，則系統(tǒng)維持正常運(yùn)行模式，1分鐘延時(shí)繼電器復(fù)位。
（4）如果1分鐘延時(shí)到，52-U2側(cè)欠電壓繼電器27-U2-1和27-U2-2仍未檢測(cè)到正常電壓信號(hào)，則斷路器52-U2斷開，母聯(lián)斷路器52-T1閉合，全部負(fù)荷由線路N0.1供電。
（5）當(dāng)線路側(cè)欠電壓繼電器27-U2-1重新檢測(cè)到正常電壓信號(hào)，而此時(shí)負(fù)荷由仍舊連接在52-U1側(cè)，則通過手動(dòng)方式重新切回到正常運(yùn)行模式。手動(dòng)切換通過操作員切換按紐“切回從52-U1到52-U2"來實(shí)現(xiàn)。先斷開母聯(lián)斷路器52-T1，在閉合線路N0.2側(cè)斷路器52-U2。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過程是一個(gè)開放的轉(zhuǎn)換過程“分閘-準(zhǔn)備-合閘”。先閉合線N0.2側(cè)斷路器52-U2，再斷開母聯(lián)斷路器52-T1。整個(gè)手動(dòng)切換到正常模式的過程是一個(gè)閉合的轉(zhuǎn)換過程“分閘-準(zhǔn)備~合閘”。
（6）如果斷路器52-U2分閘是由于保護(hù)繼電器動(dòng)作或手動(dòng)所至，將鎖住任何自動(dòng)切換。
4、線路N0.1和線路NO.2同時(shí)失電
（1）當(dāng)兩條市電線路側(cè)欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1同時(shí)檢測(cè)到失壓信號(hào)，開關(guān)柜PLC啟動(dòng)5s后和1分鐘兩個(gè)延時(shí)繼電器（可就地編程）；5s時(shí)間到，27-U1-1和27-U2-1檢測(cè)到的如仍是失壓信號(hào)，則柴油發(fā)電機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)信號(hào)自動(dòng)發(fā)送到發(fā)電機(jī)開關(guān)柜。
（2）一旦接收到啟動(dòng)信號(hào)，所有發(fā)電機(jī)將分別自動(dòng)、獨(dú)立啟動(dòng)并加速到額定電壓和頻率。最先達(dá)到90%額定電壓和頻率的發(fā)電機(jī)將通過閉合其相關(guān)聯(lián)的斷路器首先連接到發(fā)電機(jī)母線上。電氣聯(lián)鎖將保證在一旦同步裝置運(yùn)行，只有一步發(fā)電機(jī)連接到發(fā)電機(jī)母線上。
（3）其余發(fā)電機(jī)的同步裝置將自動(dòng)并獨(dú)立地調(diào)整各自發(fā)電機(jī)的頻率，當(dāng)與發(fā)電機(jī)母線上的瞬時(shí)相角差小于5°時(shí)，將發(fā)電機(jī)并列連接到發(fā)電機(jī)母線上。
（4）如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)某臺(tái)發(fā)電機(jī)未能正常啟動(dòng)，該發(fā)電機(jī)將自動(dòng)退出，并激活聲光報(bào)警干接點(diǎn)信號(hào)到遠(yuǎn)方報(bào)警盤。
（5）如在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)某臺(tái)發(fā)電機(jī)未能同步，將發(fā)出聲光報(bào)警干接點(diǎn)信號(hào)到遠(yuǎn)方報(bào)警盤。
（6）如果在（最小10s）1分鐘延時(shí)繼電器時(shí)間到之前，線路側(cè)欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1檢測(cè)到電壓恢復(fù)信號(hào)，系統(tǒng)將維持正常運(yùn)行模式，1分鐘延時(shí)繼電器自動(dòng)復(fù)位，PILC發(fā)送停機(jī)命令信號(hào)到發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將在冷卻狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行10分鐘后（可編程）自動(dòng)停機(jī)。
（7）如果在（最小10s）1分鐘延時(shí)繼電器時(shí)間到之前，線路側(cè)欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1當(dāng)中只有一個(gè)檢測(cè)到電壓恢復(fù)信號(hào)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換到有電壓線路一側(cè)，1分鐘延時(shí)繼電器自動(dòng)復(fù)位，PLC發(fā)送停機(jī)命令信號(hào)到發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)在冷卻狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行10分鐘后（可編程）自動(dòng)停機(jī)。
（8）如果1分鐘延時(shí)繼電器時(shí)間到后，27-U1-1和27-U2-1檢測(cè)到的仍是失壓信號(hào)，而此時(shí)發(fā)電機(jī)組已完成同步，則52-U1、52-U2打開，52-T1維持打開狀態(tài)。然后發(fā)電機(jī)側(cè)斷路器52-GF1和52-U3先閉合，將發(fā)電機(jī)連接到52-U1負(fù)荷側(cè)母線，然后52-GF2和52-U4閉合，再將發(fā)電機(jī)連接到52-U2負(fù)荷側(cè)母線。
（9）當(dāng)27-U1-1和27-U2-1同時(shí)重新檢測(cè)到電壓恢復(fù)信號(hào)，而此時(shí)負(fù)荷仍連接在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)側(cè)，可手動(dòng)切回到正常電源側(cè)。這一過程可由操作者通過安裝在控制盤“市電/發(fā)電機(jī)切換”部分上的“切回到市電電源”按鈕來實(shí)現(xiàn)。一旦按下按鈕，先分別斷開斷路器52-GF1，52-U3，52-GF2和52-U4，然后閉合斷路器52-U1和52-U2。從發(fā)電機(jī)切換到市電的手動(dòng)切換過程是一個(gè)開放的過程“分閘-備-合閘”。
一旦按下按鈕，發(fā)電機(jī)組將首先和52-U1側(cè)電源同步。當(dāng)兩個(gè)電源達(dá)到同步指標(biāo)（頻率偏差小于5度，電壓偏差小于5%），斷路器52-U1閉合，斷路器52-GF1和52-U3仍維持閉合一段可調(diào)整時(shí)間（最大180s），允許負(fù)荷重新連接到線路NO.1上，然后斷開52-GF1和52-U3。
完成和52-U1側(cè)電源同步后，發(fā)電機(jī)再和52-U2側(cè)電源同步，當(dāng)兩個(gè)電源達(dá)到同步指標(biāo)（頻率偏差小于5度，電壓偏差小于5%），斷路器52-U2閉合，斷路器52-GF2和52-U4仍維持閉合一段可調(diào)整時(shí)間（最大180s），允許負(fù)荷重新連接到線路N0.2上，然后斷開52-GF2和52-U4。從發(fā)電機(jī)切換到市電的手動(dòng)切換過程是一個(gè)封閉的“合閘-準(zhǔn)備-分閘"。切換完成后，發(fā)電機(jī)將在冷卻方式下繼續(xù)運(yùn)行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機(jī)。
（10）在上一步從發(fā)電機(jī)切換回市電過程中，如果發(fā)電機(jī)與52-U1側(cè)電源在30s（可編程）內(nèi)同步失敗，系統(tǒng)將自動(dòng)放棄和52-U1側(cè)電源同步，轉(zhuǎn)而和52-U2側(cè)電源同步，同時(shí)在控制盤上發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并發(fā)送干接點(diǎn)到遠(yuǎn)方報(bào)警盤。當(dāng)發(fā)電機(jī)和52-U2側(cè)電源達(dá)到同步指標(biāo)（頻率偏差小于5度，電壓偏差小于5%）后，斷路器52-U2閉合，斷路器52-GF2和52-U4仍維持閉合一段可調(diào)整時(shí)間（最大180s），允許負(fù)荷重新連接到線路N0.2上，然后斷開52-GF2和52-U4斷路器。然后發(fā)電機(jī)再試圖通過52-T1和52-U2同步。
當(dāng)同步成功后，52-T1閉合，52-GF1和52-U3維持閉合一段時(shí)間（最大180s）后斷開。52-U1自始至終維持打開狀態(tài)。整個(gè)切換過程是一個(gè)封閉的過程“合閘-準(zhǔn)備-分閘”。發(fā)電機(jī)將在冷卻方式下繼續(xù)運(yùn)行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機(jī)。
（11）在切換回正常電源過程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)組和52-U1切換成功，而在30s內(nèi)（可編程）與52-U2同步失敗后，系統(tǒng)將自動(dòng)放棄和52-U2同步，試圖通過52-T1和52-U1同步。當(dāng)同步成功后，52-T1瞬時(shí)閉合使兩個(gè)電源同步，52-GF2和52-U4維持閉合一段時(shí)間（最大180s）后斷開，52-U2自始至終維持打開狀態(tài)。發(fā)電機(jī)將在冷卻方式下繼續(xù)運(yùn)行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機(jī)。
（12）當(dāng)27-U1-1和27-U2-1當(dāng)中只有一個(gè)檢測(cè)到電壓恢復(fù)信號(hào)，而此時(shí)負(fù)荷連接在發(fā)電機(jī)母線上，操作者可通過安裝在控制盤“市電/發(fā)電機(jī)切換”部分上的“切回到市電電源按鈕"手動(dòng)將系統(tǒng)切回到電源恢復(fù)的一路進(jìn)線上。一旦按下按鈕，先分別打開斷路器52-GF1，52-U3，52-GF2和52-U4，再閉合市電恢復(fù)側(cè)的線路斷路器52-U1或52-U2，整個(gè)切換過程是一個(gè)開放的過程“合閘-準(zhǔn)備-分閘”一旦按下按鈕，發(fā)電機(jī)母線將自動(dòng)和帶電一側(cè)開關(guān)柜母線同步。市電帶電側(cè)斷路器（52-U1或52-U2）閉合。相應(yīng)的發(fā)電機(jī)斷路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）仍維持閉合一段可調(diào)整時(shí)間（最大180s），允許負(fù)荷重新連接到市電線路上然后打開。然后發(fā)電機(jī)系統(tǒng)通過母聯(lián)斷路器52-T1和帶電一側(cè)市電系統(tǒng)同步。
當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到指標(biāo)（頻率偏差小于5°，電壓偏差小于5%），斷路器52-T1閉合，另一個(gè)發(fā)電機(jī)饋線斷路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）打開。整個(gè)過程是一個(gè)封閉的過程“合閘-準(zhǔn)備-分閘”。發(fā)電機(jī)將在冷卻方式下繼續(xù)運(yùn)行10分鐘（可編程），然后自動(dòng)停機(jī)。
（13）斷路器52-U1或52-U2由于繼電器保護(hù)或人工切斷將鎖出（Lock-out）任何發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和切換操作。
（14）當(dāng)斷路器52~U1或52-U2當(dāng)中任何一個(gè)由于繼電保護(hù)人工切斷或人工斷開而失電后，將只會(huì)導(dǎo)致閉合斷路器一側(cè)的線路切換到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，處于斷開狀態(tài)的斷路器線路一側(cè)將被鎖住，不會(huì)切換到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。
5、發(fā)電機(jī)常規(guī)試驗(yàn)
（1）市電線路側(cè)斷路器52-U1和52-U2閉合；
（2）母聯(lián)斷路器52-T1打開；
（3）發(fā)電機(jī)饋電斷路器52-GF1和52-GF2打開（4）斷路器52-U3和52-U4打開；
（5）負(fù)載箱斷路器52-LB閉合；
（6）4臺(tái)發(fā)電機(jī)將分別帶負(fù)荷箱測(cè)試。測(cè)試通過操作員按安裝在發(fā)電機(jī)開關(guān)柜52-G1、52-G2、52-G3、52-G4上的“啟動(dòng)發(fā)電機(jī)”按鈕來實(shí)現(xiàn)。一旦操作員按下其中一個(gè)按鈕，點(diǎn)火信號(hào)將發(fā)送到指定的發(fā)電機(jī)上；
（7）一旦接收到點(diǎn)火信號(hào)，該發(fā)電機(jī)將自動(dòng)啟動(dòng)并加速到額定電壓和頻率。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到90%額定電源和頻率時(shí)，將通過閉合與該發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的斷路器將發(fā)電機(jī)連接到發(fā)電機(jī)母線上：
（8）系統(tǒng)PLC的編程應(yīng)能使發(fā)電機(jī)在測(cè)試過程中，如果突遇市電中斷，將立刻中止試驗(yàn)并自動(dòng)切換到正常運(yùn)行模式。由10KV系統(tǒng)PLC發(fā)來的信號(hào)立刻中止負(fù)載箱運(yùn)行，并跳閘與之相關(guān)的斷路器52-LB。
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