新聞主題	多臺并聯柴油發電機組的功率分配及PLC調整

 

摘要：隨著大容量10KV備用發電機組并聯廣泛使用后，與市電互相切換以保證一級負荷， 同時由PLC統一控制所有切換的邏輯關系，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現，高壓并聯發電機組的使用及并聯技術已經逐漸發展成熟，由兩臺機組到4臺、6臺、8臺甚至16臺以及更多，都可以遵循以上案例進行拓展，而與市電切換的邏輯也是隨著臺數的增加呈平方級地復雜，用PLC作為一個指揮中心控制發電機組與市電切換是一個非常好的解決方案。

 

      考慮到負荷的重要性，越來越多的項目使用到備用發電機組，從幾十個千瓦到幾千個千瓦，隨著大容量發電機組并聯技術的成熟和成本的下降，投資者和建設者會逐漸考慮從低壓發電機組到高壓發電機組，如果是單臺機組容量不夠的情況下，設計人員會考慮用10kV高壓發電機組代替傳統的380V發電機組。

 

一、高壓并聯發電機組使用的優勢

 

1、備用容量大

      在現在日益發展的工業上，用戶的用電量需求也是越來越大，高壓并聯發電機組可以作為兩路市電外的第三路電源，發電機組可以按總負荷的100%考慮設計，與市電相同，燃料儲備可以保證發電機組滿負荷運行至少24h。比起單臺低壓發電機只作應急電源，有天淵之別。

2、綜合成本可行性強

      目前根據世界知名發電機組廠家的報價，同容量的高壓機組并聯的價格約比低壓機組并聯貴11%左右，但這只是設備的成本，綜合考慮整個工程的安裝情況，高壓并聯發電機組電纜成本可以忽略不計，低壓機組并聯每相需要多根大截面電纜，成本和安裝費用都非常高，另外四臺高壓發電機組安裝在一起比四臺低壓機組分散布置建筑面積可省50m²。當今在城市里寸土寸金，這方面高壓并聯機組確實具有不少優勢。

3、技術成熟，可靠性強

      雖然國內鮮有有生產單臺2000kW以上大容量的低壓柴油發電機的國產廠家，大部分都是進口品牌。因此，在國外，大容量高壓柴油發電機組的質量和可靠性已經達到相當高的水平，可靠性甚至超過了低壓機組。據資料，國外最大的可以做到單臺4000KW的高壓發電機組并聯16臺。

 

 

多臺發電機組并機電路圖

發電機組PLC邏輯控制示意圖

 

二、并聯+PLC功能案例

 

      以深圳某數據中心項目為例，使用了4臺2000kW高壓發電機組并聯運行，作為兩路市電同時故障時的第三路電源，該項目同時還設計配備了10KV負載箱，在平時發電機組空載的時候進行常規試驗。與往常的發電機組備自投不同的是，在該項目深化討論的時候，由于要控制的點數比較多，邏輯比較復雜，要實現的功能和要求達40條，故經過設計人員、廠家和業主綜合討論，決定增加一個PLC專門控制這部份的邏輯運行（如圖2所示）。

 

圖2 柴油發電機組并聯案例合閘電路圖

 

 

1、正常運行方式

（1）主市電斷路器52-U1和52-U2閉合；

（2）母聯斷路器52-T1打開；

（3）發電機斷路器52-G1，52-G2，52-G3和52-G4打開；

（4）發電機饋電斷路器52-GF1和52-GF2打開；

（5）斷路器52-U3和52-U4打開；

（6）負載箱斷路器52-LB打開；

（7）全部負荷通過斷路器52-U1和52-U2由市電電網提供。

2、斷路器52-U1側市電線路NO.1失電

（1）如果斷路器52-U1線路側欠電壓繼電器27-U1-1負荷側欠電壓繼電器27-U1-2同時檢測到正常電壓缺失，而同時斷路器52-U2線路側欠電壓繼電器27-U2-1檢測到的是正常電壓信號，則開關柜PLC啟動1分鐘延時繼電器（就地可編程）。

（2）如果27-U1-1和27-U1-2當中只有一個檢測到電壓缺失信號，則開關柜PLC認為這是PT故障，熔斷器故障，繼電器跳閘或斷路器52-U1分閘，系統維持正常運行模式。

（3）如果在（最小10s，可就是編程）1分鐘延時到之前，27-U1-1和27-U1-2又同時重新檢測到正常電壓信號，則系統維持正常運行模式，1分鐘延時繼電器復位。

（4）如果1分鐘延時到，52-U1側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U1-2仍未檢測到正常電壓信號，則斷路器52-U1斷開，母聯斷路器52-T1閉合，全部負荷由線路N0.2供電。

（5）當線路側欠電壓繼電器27-U1-1重新檢測到正常電壓信號，而此時負荷由仍舊連接在52-U2側，則通過手動方式重新切回到正常運行模式。手動切換通過操作員按切換按鈕“切換從52-U2到52-U1"來實現。先斷開母聯斷路器52-T1，再閉合線路NO.1側斷路器52-U1。整個手動切換到正常模式的過程是一個開放的轉換過程“分閘-準備-合閘”。先閉合線路NO.1側斷路器52-U1，再斷開52-T1。整個手動切換到正常模式的過程是一個閉合的轉換過程“合閘-準備-分閘”。]

（6）如果斷路器52-U1分閘是由于保護繼電器動作或手動所至，將鎖住任何自動切換。

3、斷路器52-U2側線路NO.2失電

（1）如果斷路器52-U2線路側欠電壓繼電器27-U2-1和負荷側欠電壓繼電器27-U2-2同時檢測到正常電壓缺失，而同時斷路器52-U1線路側欠電壓繼電器27-U1-1見車到的是正常電壓信號，則開關柜PLC啟動1分鐘延時繼電器（就地可編程）。

（2）如果27-U2-1和27-U2-2當中只有一個檢測到電壓缺失信號，則開關柜PLC認為這是PT故障，熔斷器故障，保護繼電器跳閘或認為斷路器52-U2分閘，維持正常運行模式。

（3）如果在（最小10s，可就地編程）1分鐘延時到之前，27-U2-1和27-U2-2又同時重新檢測到正常電壓信號，則系統維持正常運行模式，1分鐘延時繼電器復位。

（4）如果1分鐘延時到，52-U2側欠電壓繼電器27-U2-1和27-U2-2仍未檢測到正常電壓信號，則斷路器52-U2斷開，母聯斷路器52-T1閉合，全部負荷由線路N0.1供電。

（5）當線路側欠電壓繼電器27-U2-1重新檢測到正常電壓信號，而此時負荷由仍舊連接在52-U1側，則通過手動方式重新切回到正常運行模式。手動切換通過操作員切換按紐“切回從52-U1到52-U2"來實現。先斷開母聯斷路器52-T1，在閉合線路N0.2側斷路器52-U2。整個手動切換到正常模式的過程是一個開放的轉換過程“分閘-準備-合閘”。先閉合線N0.2側斷路器52-U2，再斷開母聯斷路器52-T1。整個手動切換到正常模式的過程是一個閉合的轉換過程“分閘-準備~合閘”。

（6）如果斷路器52-U2分閘是由于保護繼電器動作或手動所至，將鎖住任何自動切換。

4、線路N0.1和線路NO.2同時失電

（1）當兩條市電線路側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1同時檢測到失壓信號，開關柜PLC啟動5s后和1分鐘兩個延時繼電器（可就地編程）；5s時間到，27-U1-1和27-U2-1檢測到的如仍是失壓信號，則柴油發電機點火啟動信號自動發送到發電機開關柜。

（2）一旦接收到啟動信號，所有發電機將分別自動、獨立啟動并加速到額定電壓和頻率。最先達到90%額定電壓和頻率的發電機將通過閉合其相關聯的斷路器首先連接到發電機母線上。電氣聯鎖將保證在一旦同步裝置運行，只有一步發電機連接到發電機母線上。

（3）其余發電機的同步裝置將自動并獨立地調整各自發電機的頻率，當與發電機母線上的瞬時相角差小于5°時，將發電機并列連接到發電機母線上。

（4）如在規定的時間內某臺發電機未能正常啟動，該發電機將自動退出，并激活聲光報警干接點信號到遠方報警盤。

（5）如在預定的時間內某臺發電機未能同步，將發出聲光報警干接點信號到遠方報警盤。

（6）如果在（最小10s）1分鐘延時繼電器時間到之前，線路側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1檢測到電壓恢復信號，系統將維持正常運行模式，1分鐘延時繼電器自動復位，PILC發送停機命令信號到發電機，發電機將在冷卻狀態下繼續運行10分鐘后（可編程）自動停機。

（7）如果在（最小10s）1分鐘延時繼電器時間到之前，線路側欠電壓繼電器27-U1-1和27-U2-1當中只有一個檢測到電壓恢復信號，系統將自動切換到有電壓線路一側，1分鐘延時繼電器自動復位，PLC發送停機命令信號到發電機，發電機在冷卻狀態下繼續運行10分鐘后（可編程）自動停機。

（8）如果1分鐘延時繼電器時間到后，27-U1-1和27-U2-1檢測到的仍是失壓信號，而此時發電機組已完成同步，則52-U1、52-U2打開，52-T1維持打開狀態。然后發電機側斷路器52-GF1和52-U3先閉合，將發電機連接到52-U1負荷側母線，然后52-GF2和52-U4閉合，再將發電機連接到52-U2負荷側母線。

（9）當27-U1-1和27-U2-1同時重新檢測到電壓恢復信號，而此時負荷仍連接在發電機系統側，可手動切回到正常電源側。這一過程可由操作者通過安裝在控制盤“市電/發電機切換”部分上的“切回到市電電源”按鈕來實現。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。從發電機切換到市電的手動切換過程是一個開放的過程“分閘-備-合閘”。

      一旦按下按鈕，發電機組將首先和52-U1側電源同步。當兩個電源達到同步指標（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整時間（最大180s），允許負荷重新連接到線路NO.1上，然后斷開52-GF1和52-U3。

      完成和52-U1側電源同步后，發電機再和52-U2側電源同步，當兩個電源達到同步指標（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整時間（最大180s），允許負荷重新連接到線路N0.2上，然后斷開52-GF2和52-U4。從發電機切換到市電的手動切換過程是一個封閉的“合閘-準備-分閘"。切換完成后，發電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動停機。

（10）在上一步從發電機切換回市電過程中，如果發電機與52-U1側電源在30s（可編程）內同步失敗，系統將自動放棄和52-U1側電源同步，轉而和52-U2側電源同步，同時在控制盤上發出聲光報警信號，并發送干接點到遠方報警盤。當發電機和52-U2側電源達到同步指標（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整時間（最大180s），允許負荷重新連接到線路N0.2上，然后斷開52-GF2和52-U4斷路器。然后發電機再試圖通過52-T1和52-U2同步。

      當同步成功后，52-T1閉合，52-GF1和52-U3維持閉合一段時間（最大180s）后斷開。52-U1自始至終維持打開狀態。整個切換過程是一個封閉的過程“合閘-準備-分閘”。發電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動停機。

（11）在切換回正常電源過程中，當發電機組和52-U1切換成功，而在30s內（可編程）與52-U2同步失敗后，系統將自動放棄和52-U2同步，試圖通過52-T1和52-U1同步。當同步成功后，52-T1瞬時閉合使兩個電源同步，52-GF2和52-U4維持閉合一段時間（最大180s）后斷開，52-U2自始至終維持打開狀態。發電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動停機。

（12）當27-U1-1和27-U2-1當中只有一個檢測到電壓恢復信號，而此時負荷連接在發電機母線上，操作者可通過安裝在控制盤“市電/發電機切換”部分上的“切回到市電電源按鈕"手動將系統切回到電源恢復的一路進線上。一旦按下按鈕，先分別打開斷路器52-GF1，52-U3，52-GF2和52-U4，再閉合市電恢復側的線路斷路器52-U1或52-U2，整個切換過程是一個開放的過程“合閘-準備-分閘”一旦按下按鈕，發電機母線將自動和帶電一側開關柜母線同步。市電帶電側斷路器（52-U1或52-U2）閉合。相應的發電機斷路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）仍維持閉合一段可調整時間（最大180s），允許負荷重新連接到市電線路上然后打開。然后發電機系統通過母聯斷路器52-T1和帶電一側市電系統同步。

      當兩個系統達到指標（頻率偏差小于5°，電壓偏差小于5%），斷路器52-T1閉合，另一個發電機饋線斷路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）打開。整個過程是一個封閉的過程“合閘-準備-分閘”。發電機將在冷卻方式下繼續運行10分鐘（可編程），然后自動停機。

（13）斷路器52-U1或52-U2由于繼電器保護或人工切斷將鎖出（Lock-out）任何發電機啟動和切換操作。

（14）當斷路器52~U1或52-U2當中任何一個由于繼電保護人工切斷或人工斷開而失電后，將只會導致閉合斷路器一側的線路切換到發電機系統，處于斷開狀態的斷路器線路一側將被鎖住，不會切換到發電機系統。

5、發電機常規試驗

（1）市電線路側斷路器52-U1和52-U2閉合；

（2）母聯斷路器52-T1打開；

（3）發電機饋電斷路器52-GF1和52-GF2打開（4）斷路器52-U3和52-U4打開；

（5）負載箱斷路器52-LB閉合；

（6）4臺發電機將分別帶負荷箱測試。測試通過操作員按安裝在發電機開關柜52-G1、52-G2、52-G3、52-G4上的“啟動發電機”按鈕來實現。一旦操作員按下其中一個按鈕，點火信號將發送到指定的發電機上；

（7）一旦接收到點火信號，該發電機將自動啟動并加速到額定電壓和頻率。當發電機達到90%額定電源和頻率時，將通過閉合與該發電機相關聯的斷路器將發電機連接到發電機母線上：

（8）系統PLC的編程應能使發電機在測試過程中，如果突遇市電中斷，將立刻中止試驗并自動切換到正常運行模式。由10KV系統PLC發來的信號立刻中止負載箱運行，并跳閘與之相關的斷路器52-LB。

 

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