多臺柴油發電機組的冗余并聯系統圖解
發布時間：2023-09-30 點擊：610
設備裝配與整機調試
多臺柴油發電機組的冗余并聯系統圖解
在工業發電機領域，術語“并聯發電機”通常是指2個或更多柴油發電機彼此物理連接，柴油發電機的電力輸出同步并連接到一個公共的主配電板上的總線，這會創建一個管道，允許將組合的電力輸出傳送到設施。為了并聯同步工作，連接的柴油發電機必須在幾個規格上相互匹配，包括螺距、電壓、相位和頻率。
發電機組并聯系統的設置通常最好由電氣工程師或合格的發電機技術人員處理。然而，隨著并聯系統變得越來越流行，一些制造商現在將其作為新發電機組的標準功能。新的集成可以很簡單，只需在發電機之間連接一條非專有通信電纜（通常是以太網），并使用內置控制系統來管理并聯負載。配備適當的發電機控制器能夠自動監控負載需求，并動態調整每臺發電機的負載，以實現最有效的負載分配。它甚至可以關閉然后重新啟動一臺或多臺發電機，以適應波動的負載需求。
多臺柴油發電機組并聯示意圖
一、發電機組并聯系統的優勢
1、增加電源容量
發電機組并聯系統允許可擴展性，并且能夠隨著業務的增長增加額外的電力。提前規劃特別容易，當需要更多功率容量時，可以將額外的發電機菊花鏈連接到并聯系統中。這允許企業隨著增長而支付，最大限度地減少資本支出，以便將其用于其他重要的業務支出。
2、優化效率
在大多數應用中，電氣負載不會保持恒定水平。電力需求的變化可能導致單個較大的發電機遠低于其最佳電力容量，從而降低效率并可能導致燃料問題。并聯系統可以很好地處理負載變化，發電機可以在額定容量的最佳75-80%下保持運行，最大限度地提高效率、燃料和維護成本。
3、更靈活、更輕松的維護
即使在維護期間，并聯運行的發電機也可以使應急備用電源系統保持活動狀態。通過n+1并聯配置，一臺發電機可以完全離線進行維護，而其余發電機處理所需的負載。這可能會消除維護期間對租賃設備的需求，或消除完全關閉備用電源系統進行維護的風險。
4、為關鍵負載增加冗余
并聯系統可以設計成，如果一臺發電機出現故障，電力負載會優先在系統中的其他發電機之間重新分配。這意味著即使其中一臺發電機發生故障，最關鍵的應急元件也將具有維持電力所需的冗余。從歷史上看，這一直是企業使用并行配置的主要原因之一以創建冗余并保持電源連續性。
冗余控制系統示意圖
二、發電機組并聯方法
檢查和調整待并康明斯發電機的電壓、頻率、初相位，使之滿足準同步并車的條件，然后進行合閘，使發電機拉入同步。如果由手工完成這個過程，稱為手動準同步并車操作；若由自動裝置來完成，則稱為自動并車操作。
當待并發電機組起動，并建立了電壓之后，可通過發電機控制屏上的電壓表檢測待并發電機電壓是否與運行機的電壓相等，應使電壓差在±10%以內。只要發電機調壓器工作正常，一般都能滿足這個要求，無需特別調整。手動并車操作關鍵要檢測和調整待并機的頻率和初相位，使之滿足準同步并車要求。要注意的是，不應在電網負載波動比較大（如有大功率電動機在起動、變速等）的情況下進行并車操作。一般通過“調速開關”（油門）來調節原動機轉速，使待并機的頻率接近運行機的頻率。然后進一步
檢測待并機與電網的頻率差是否小于0.5 hz，初相位是否一致。檢測這兩個并車條件的方法有同步指示燈法和整步表法。
1、同步指示燈法
根據同步指示燈的不同連接方式可分為燈光明暗法和燈光旋轉法。
（1）燈光明暗法
將三盞同步指示燈分別跨接在待并車發電機和運行發電機的對應相上，每個燈泡兩端的電壓就是兩對應相之間的電壓差值。燈泡上所加電壓的大小隨相位差的變化而變化，在頻率不相等時，其相位差隨時間進行周期性的變化，燈泡就明暗交替變化。當相位差為0時，三個燈泡所加電壓為零，同時熄滅，當相位差為180°時，三盞燈泡所加電壓最大，燈泡最亮。設頻率差為δf，則相位差為2πδf，燈光變化一個周期所需時間為ts=1。頻差δf越大，燈光變化的周期越短，當燈光變化周期大于2 s時，才能符合頻差并車條件。為了可靠抓獲在同相位點（即燈全滅時）合閘，一般調整頻差0.25hz（周期≥4s），然后，在燈光全滅的中間期果斷合閘。
（2）燈光旋轉法
將三盞同步指示燈的其中一盞接在電網與待并機的對應a相上，其余兩盞分別交叉跨接在電網的b相（c相）與待并機的c相（b相）上（即三盞同步指示燈一盞對接，兩盞叉接）。當頻率差為δf時，三盞燈泡輪流熄滅，頻差越大燈光旋轉的速度越快，頻差方向改變，燈光旋轉的方向也改變。手動準同步并車操作時，應選擇三盞同步指示燈順時針方向旋轉，在旋轉一周的時間為3～5s，同時對接相燈熄滅而兩盞叉接相燈同樣亮時，果斷合閘。
燈光旋轉法不僅能檢測頻差的大小，而且可以檢測頻差的方向，燈光明暗法，只能檢測頻差的大小，頻差的方向需通過兩頻率表讀數的比較才能知道。
如果出現燈光明暗法變成燈光旋轉法、或燈光旋轉法變成燈光明暗法，原因有兩種可能，一是待并機與電網相序相反；另一種是同步指示燈接線錯誤。
發電機組并聯接線圖
2、整步表法
為了驗證發電機組是否滿足并聯條件，可用電壓表檢查電勢，是直接接法或交叉接法女并聯的方法叫“準整步法”。此時還有用“自準步法”進行并聯，分述如下。
（1）準整步表法
用整步表將被試發電機并聯于電網，實際發電機里的并聯裝置，一般是在相序預先正確的情況下，然后再考慮并聯方法，有的采用操作簡單而裝置復雜的自動控制裝置，只屬操作按鈕即可；有的則采用習慣上叫，“同期小盤“上的準步表（又叫同步指示器）來尋找合閘時機進行并聯運“同期小盤“上還裝有兩只電壓表合兩只頻率表，用來監測同步發電機和電網的電壓和頻率，用整步表將同步發電機投入并聯運行的原理，其實質與燈光法相同，也即用整步表指示出同步發電機與電網的頻率差與相位差，但相序必須正確，生產實際中一般是在安裝時就已考慮其相序的問題了，實驗室不用燈光法時，可用相序表來測量發電機的相序使之和電網的相序一致.通常用的整步表根據其原理的不同可分為電動式和磁電式兩種。其接線和使用方法稍有不同。
（2）自整步表法
用上述方法并聯的優點是能使新投入的發電機和另一臺發電仙不受或受輕微的沖擊，但手工操作較費時，當然采用自動控制裝置時新發電機并網運行，情況尚為好些，但其裝置比較復雜，而當電網某機組出現事故，突然退出運行而要求起動另外一臺機組并聯與電網時，由于此電網的電壓和頻率都在不斷的變化，要具備準整步條件比較困難，情況又比較緊急，于是就采用“自整步法”來實現發電機的并聯運行。其方法是：“先將發電機的勵磁組，經過約等于勵磁若組電阻10倍的電阻短路，當發電機的轉速升至同步速時（電繼和電網的頻率差在5%），先合上并聯開關，接著加上勵磁，即可利用電機的“自整步作用“使它迅速牽入同步。
三、發電機并網后的功率調節
同步發電機并網后，常常屬要改變它的有功功率和無功功率。如希望增加發電機輸出的有功功率，根據功率平衡的觀點，只要增加原電機的輸入功率。根據直流電動機的理論，若轉速不變，要提高直流電動機的輸出功率則應減少直流電動機的勵磁電流或升高直流電動機的電樞電壓。當有功功率一定時，要改變并網同步發電機的無功功率，根據公式
p2=muiacosφ=常數
p2=m(ue0)/xs*sinδ=常數
二式中均為必然滿足
iacosφ=常數
e0sinδ=常數
有功功率保持不變時，調節發電機的無功功率的方法，就是改變發電機的勵磁電流。
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在工業發電機領域，術語“并聯發電機”通常是指2個或更多柴油發電機彼此物理連接，柴油發電機的電力輸出同步并連接到一個公共的主配電板上的總線，這會創建一個管道，允許將組合的電力輸出傳送到設施。為了并聯同步工作，連接的柴油發電機必須在幾個規格上相互匹配，包括螺距、電壓、相位和頻率。
發電機組并聯系統的設置通常最好由電氣工程師或合格的發電機技術人員處理。然而，隨著并聯系統變得越來越流行，一些制造商現在將其作為新發電機組的標準功能。新的集成可以很簡單，只需在發電機之間連接一條非專有通信電纜（通常是以太網），并使用內置控制系統來管理并聯負載。配備適當的發電機控制器能夠自動監控負載需求，并動態調整每臺發電機的負載，以實現最有效的負載分配。它甚至可以關閉然后重新啟動一臺或多臺發電機，以適應波動的負載需求。
多臺柴油發電機組并聯示意圖
一、發電機組并聯系統的優勢
1、增加電源容量
發電機組并聯系統允許可擴展性，并且能夠隨著業務的增長增加額外的電力。提前規劃特別容易，當需要更多功率容量時，可以將額外的發電機菊花鏈連接到并聯系統中。這允許企業隨著增長而支付，最大限度地減少資本支出，以便將其用于其他重要的業務支出。
2、優化效率
在大多數應用中，電氣負載不會保持恒定水平。電力需求的變化可能導致單個較大的發電機遠低于其最佳電力容量，從而降低效率并可能導致燃料問題。并聯系統可以很好地處理負載變化，發電機可以在額定容量的最佳75-80%下保持運行，最大限度地提高效率、燃料和維護成本。
3、更靈活、更輕松的維護
即使在維護期間，并聯運行的發電機也可以使應急備用電源系統保持活動狀態。通過n+1并聯配置，一臺發電機可以完全離線進行維護，而其余發電機處理所需的負載。這可能會消除維護期間對租賃設備的需求，或消除完全關閉備用電源系統進行維護的風險。
4、為關鍵負載增加冗余
并聯系統可以設計成，如果一臺發電機出現故障，電力負載會優先在系統中的其他發電機之間重新分配。這意味著即使其中一臺發電機發生故障，最關鍵的應急元件也將具有維持電力所需的冗余。從歷史上看，這一直是企業使用并行配置的主要原因之一以創建冗余并保持電源連續性。
冗余控制系統示意圖
二、發電機組并聯方法
檢查和調整待并康明斯發電機的電壓、頻率、初相位，使之滿足準同步并車的條件，然后進行合閘，使發電機拉入同步。如果由手工完成這個過程，稱為手動準同步并車操作；若由自動裝置來完成，則稱為自動并車操作。
當待并發電機組起動，并建立了電壓之后，可通過發電機控制屏上的電壓表檢測待并發電機電壓是否與運行機的電壓相等，應使電壓差在±10%以內。只要發電機調壓器工作正常，一般都能滿足這個要求，無需特別調整。手動并車操作關鍵要檢測和調整待并機的頻率和初相位，使之滿足準同步并車要求。要注意的是，不應在電網負載波動比較大（如有大功率電動機在起動、變速等）的情況下進行并車操作。一般通過“調速開關”（油門）來調節原動機轉速，使待并機的頻率接近運行機的頻率。然后進一步
檢測待并機與電網的頻率差是否小于0.5 hz，初相位是否一致。檢測這兩個并車條件的方法有同步指示燈法和整步表法。
1、同步指示燈法
根據同步指示燈的不同連接方式可分為燈光明暗法和燈光旋轉法。
（1）燈光明暗法
將三盞同步指示燈分別跨接在待并車發電機和運行發電機的對應相上，每個燈泡兩端的電壓就是兩對應相之間的電壓差值。燈泡上所加電壓的大小隨相位差的變化而變化，在頻率不相等時，其相位差隨時間進行周期性的變化，燈泡就明暗交替變化。當相位差為0時，三個燈泡所加電壓為零，同時熄滅，當相位差為180°時，三盞燈泡所加電壓最大，燈泡最亮。設頻率差為δf，則相位差為2πδf，燈光變化一個周期所需時間為ts=1。頻差δf越大，燈光變化的周期越短，當燈光變化周期大于2 s時，才能符合頻差并車條件。為了可靠抓獲在同相位點（即燈全滅時）合閘，一般調整頻差0.25hz（周期≥4s），然后，在燈光全滅的中間期果斷合閘。
（2）燈光旋轉法
將三盞同步指示燈的其中一盞接在電網與待并機的對應a相上，其余兩盞分別交叉跨接在電網的b相（c相）與待并機的c相（b相）上（即三盞同步指示燈一盞對接，兩盞叉接）。當頻率差為δf時，三盞燈泡輪流熄滅，頻差越大燈光旋轉的速度越快，頻差方向改變，燈光旋轉的方向也改變。手動準同步并車操作時，應選擇三盞同步指示燈順時針方向旋轉，在旋轉一周的時間為3～5s，同時對接相燈熄滅而兩盞叉接相燈同樣亮時，果斷合閘。
燈光旋轉法不僅能檢測頻差的大小，而且可以檢測頻差的方向，燈光明暗法，只能檢測頻差的大小，頻差的方向需通過兩頻率表讀數的比較才能知道。
如果出現燈光明暗法變成燈光旋轉法、或燈光旋轉法變成燈光明暗法，原因有兩種可能，一是待并機與電網相序相反；另一種是同步指示燈接線錯誤。
發電機組并聯接線圖
2、整步表法
為了驗證發電機組是否滿足并聯條件，可用電壓表檢查電勢，是直接接法或交叉接法女并聯的方法叫“準整步法”。此時還有用“自準步法”進行并聯，分述如下。
（1）準整步表法
用整步表將被試發電機并聯于電網，實際發電機里的并聯裝置，一般是在相序預先正確的情況下，然后再考慮并聯方法，有的采用操作簡單而裝置復雜的自動控制裝置，只屬操作按鈕即可；有的則采用習慣上叫，“同期小盤“上的準步表（又叫同步指示器）來尋找合閘時機進行并聯運“同期小盤“上還裝有兩只電壓表合兩只頻率表，用來監測同步發電機和電網的電壓和頻率，用整步表將同步發電機投入并聯運行的原理，其實質與燈光法相同，也即用整步表指示出同步發電機與電網的頻率差與相位差，但相序必須正確，生產實際中一般是在安裝時就已考慮其相序的問題了，實驗室不用燈光法時，可用相序表來測量發電機的相序使之和電網的相序一致.通常用的整步表根據其原理的不同可分為電動式和磁電式兩種。其接線和使用方法稍有不同。
（2）自整步表法
用上述方法并聯的優點是能使新投入的發電機和另一臺發電仙不受或受輕微的沖擊，但手工操作較費時，當然采用自動控制裝置時新發電機并網運行，情況尚為好些，但其裝置比較復雜，而當電網某機組出現事故，突然退出運行而要求起動另外一臺機組并聯與電網時，由于此電網的電壓和頻率都在不斷的變化，要具備準整步條件比較困難，情況又比較緊急，于是就采用“自整步法”來實現發電機的并聯運行。其方法是：“先將發電機的勵磁組，經過約等于勵磁若組電阻10倍的電阻短路，當發電機的轉速升至同步速時（電繼和電網的頻率差在5%），先合上并聯開關，接著加上勵磁，即可利用電機的“自整步作用“使它迅速牽入同步。
三、發電機并網后的功率調節
同步發電機并網后，常常屬要改變它的有功功率和無功功率。如希望增加發電機輸出的有功功率，根據功率平衡的觀點，只要增加原電機的輸入功率。根據直流電動機的理論，若轉速不變，要提高直流電動機的輸出功率則應減少直流電動機的勵磁電流或升高直流電動機的電樞電壓。當有功功率一定時，要改變并網同步發電機的無功功率，根據公式
p2=muiacosφ=常數
p2=m(ue0)/xs*sinδ=常數
二式中均為必然滿足
iacosφ=常數
e0sinδ=常數
有功功率保持不變時，調節發電機的無功功率的方法，就是改變發電機的勵磁電流。
柴油發電機組內燃機大修,一次恢復性的修理
發電機自動電壓調節器的工作原理
上柴發電機運行過程中突然熄火的故障原因及處理方法
康明斯發電機組的使用和保養方法
康明斯和濰柴發電機哪個耐用？
玉柴發電機維修：柴油機曲軸齒輪的安裝
柴油濾清器及燃油水分離器的作用，該如何保養？
柴油發電機的進排風系統要求有哪些？