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功能說明與康明斯知識 |
柴油發電機組并聯控制的供電接線方法（圖解） |
摘要：所謂的并機模式是指將至少兩臺以上的相同電壓和轉速的發電機組并聯起來，相當于二合一的結合體共同承擔對同一用電負載進行電力輸出。簡單地說便是1+1=2的過程，隨著負載的增大，用戶單位如今普遍喜歡采取N+1供配電模式。N+1意味著若干的柴油發電機組數量，同時輸出連接電纜或母排隨之急劇增加，因此接線會變得更加復雜。康明斯發電機公司特此撰文闡明柴油發電機組配置原則、并行使用的好處及多臺并聯的技術條件，借此防止用戶由于錯誤接線造成柴發出現不可逆轉的事故。
一、設備配置原則
柴油發電機組是由將燃燒柴油產生的熱能轉換為機械能的柴油發動機，和把機械能轉為電能的同步發電機組成的。在電力網還未到達或供電保障性不強的地區，常用柴油發電機組發出性能與市電一樣的電能供給用電設備。它也就成為市電電力網的得力助手。其配置原則如下：
（1）柴油發電發電機組的容量應能滿足重要用電設備、空調、照明及其他保障負荷（如消防）的供電所需。
（2）根據現有機房條件并考慮發電機組性價比確定單臺發電機組的容量。
（3）根據該機房的建設規模及多臺油機并機方案的可行性、經濟性考慮選擇發電機組的工作電壓。
二、并聯運行的好處
柴油發電機并行使用以增加總系統規模并增加冗余。將幾個較小的柴油發電機優先于一個較大的柴油發電機組合起來也可能更具成本效益。
1、增加功率輸出
比如說，在一家大型工廠，在擁有一臺已使用2年的500kVA康明斯發電機組，當工廠需要擴張時，但又不想扔掉舊的柴油發電給，而這臺柴油發電機又不能滿足工廠的日常用電需求，沒有足夠的電力可保障正常的生產。在這種情況下，可能會考慮在系統中添加第二臺柴油發電機，比如另一臺500kVA的康明斯發電機組，這將會為您提供1000kVA的功率。
2、增加冗余
通過向您的電力系統中添加額外的柴油發電機，您可以增加冗余并使系統更加可靠。例如，您的總功率要求為2000kVA，但您需要購買更大的柴油發電機來解決負載接受問題，比如3000kVA。相反，您可以并行購買6x500kVA的柴油發電機。如果出現單一故障，如果您配置的是一臺3000kVA的柴油發電機，那么，當這一臺3000kVA的柴油發電機無法運行時，您將沒有電源可用。而如果你配置的是并行6x500kVA的柴油發電機，在這種情況下，當6x500kVA設備之一無法運行時，您仍然可以使用2500kVA，從而為您提供一些冗余。
3、降低配置成本
添加額外的柴油發電機似乎是一項昂貴的投入，但對于許多用例而言，與其他解決方案相比，整個系統實際上可能更便宜。比如說約500kVA的康明斯發電機組被用于許多應用。超過這個規模，應用程序的數量和生產的數量會顯著下降，而且由于數量的減少，價格會上漲。通常這意味著每kVA的成本更高，當您在上面的示例系統中達到3000kVA時，價格可能會高出數倍。運輸到某些目的地的成本也是一個因素，較大的發電機組需要貨車足夠的空間尺寸（例如貨車一般是滿足不了大型機組的寬度需求），而不是較小柴油發電機僅需普通貨即可完成配送，減少了運輸相關費用，間接上也使企業配置柴油發電機的成本減少。
三、并聯系統
1、并機容量的要求
柴油發電機主要提供應急電源保障容量，發電發電機組的并機容量首先應滿足以下三個條件：
（1）發電機的連續運行額定功率大于或等于穩定負荷計算功率；
（2）發電機的備用運行功率大于或等于負荷的尖峰功率；
（3）在最大的電動機起動時，發電機的瞬時電壓降不大于15%～20%。
其次，數據中心配置有大量的不間斷電源，它的特性是非線性負載，在供電線路上會產生諧波，使發電機輸出電壓波形產生失真。對于高阻抗的發電機，諧波對發電機影響更大。由于發電發電機組相對電網是有限容量系統，多臺發電機并機系統除了滿足穩定負荷需求外，還需考慮負載特性（電能質量）、啟動性能、沖擊負載（冷凍發電機組和水泵的啟動電流、變壓器投入時的激磁電流）對發電機使用的影響。
2、并機控制
為保證響應速度，并機系統同步控制采用準同期方式，系統采用隨機并聯方式，即系統中任一臺首先達到額定輸出的發電機組，都可以先合閘到母線供電，其他發電機組與該發電機組同步后再依次合閘供電。
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并車接線端子指示圖 |
（1）每臺發電發電機組控制柜（GCP）控制一臺發電發電機組，配備自動同步與負載分配模塊，通過控制發電機組得轉速與電壓，來實現發電機組互相之間的并聯及負載均衡。同時也通過廣角模擬表，來監控發電發電機組輸出，如電壓、電流、功率因數、有功、無功等，以保證操作人員一眼就可以看到多臺發電機組的多項參數。GCP 可以與相應發電機組一起安裝，以節省空間，降低總成本。對應發電機組的高壓開關由GCP 來控制其分/合。
（2）主控柜（MCP）用來協調控制整個系統的運行，通過PLC 編程，實現系統的邏輯控制，包括投入和切除發電機組，優先級設定等。
（3）發電機系統（發電機組、并聯、高壓開關等）平時處在自動模式，通過外部送來的信號（比如可以是市電進線失壓信號），由并聯控制系統來監視市電狀況。
（4）市電失電/故障時，并聯系統收到信號，通過設定的時間延遲（PLC設定，可根據實際情況靈活修改）后，給全部發電機組送出啟動信號（信號送至GCP，GCP 再送信號至各發電機組的機上控制器），6 臺發電機組同時啟動。率先達到90%額定頻率和額定電壓的發電機組，GCP 發出信號，自動閉合真空斷路器，發電機組合閘到應急母線。其他發電機與母線同步后，自動合閘到母線。
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柴發并聯系統母排接線圖 |
3、負載管理
假設用戶一共采用6臺發電機組自動并聯運行，系統自動分配負載，按下述邏輯實現負載管理。
（1）系統負載管理按N+1模式來控制，全部發電機組并聯運行1~10 分鐘（PLC 設定，可調）后，如系統全部負載小于單機額定容量的360%（可調）且持續時間超過1 分鐘，則系統自動切除第6 臺發電機組，此時全部負載可以只用5臺發電機組帶，通過N+1 的冗余負載管理設計，來保證供電可靠性；
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1號機并車接線圖 |
（2）如負載繼續下降至小于單機容量的270%且持續時間超過1 分鐘，則系統自動切除第5 臺發電機組；如負載繼續下降至小于單機容量的180%且持續時間超過1 分鐘，則系統自動切除第4 臺發電機組；如負載繼續下降至小于單機容量的90%且持續時間超過1分鐘，則系統自動切除第3臺發電機組。系統最小保證兩臺發電機組在線運行。
（3）如系統負載增加，至大于單機額定容量的120%，則系統自動啟動第3 臺發電機組，并自動同步后合閘，向負載供電；如系統全部負載增加，至大于單機額定容量的240%，則系統自動啟動第4 臺發電機組，并自動同步后合閘，向負載供電。其他發電機組的運行以此類推。
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2號機并車接線圖 |
（4）系統帶載運行中，任一臺發電機組故障，則系統自動報警，同時啟動一臺冗余發電機組投入使用。
（5）市電恢復，則全部在線發電機組通過主控柜MCP斷開發電機組進線斷路器，發電發電機組自動冷卻延時后停機。
（6）當主控制處于手動模式時，整個應急發電系統處于手動狀態，可手動啟動發電機組，手動并聯，手動停機等。試驗功能可通過手動模式來實現。并聯系統應配備數字式自動負載分荷（Load Sharing）控制器，將負載在各發電機組間均勻分擔。
上述邏輯控制功能可在現場設定，無需硬件改動，即可靈活擴容。
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