新聞主題	高電壓柴油發電機組的配電系統

摘要：一般來說，高壓柴油發電機的輸出電壓在6300V-10.5KV之間，頻率為50Hz或60HZ。為了保證電力質量的穩定性，各種類型的高壓發電機組配電系統都必須遵循國際電氣委員會（IEC）制定的標準。高壓配電系統一般由進線柜、PT柜、饋線柜和接地電阻柜等組成。其中，進線柜由真空斷路器、CT、PT、避雷器、絕緣監視和電流、電壓等儀表及后備保護和差動保護裝置或繼電器組成。PT柜主要是PT和電壓表等組成。饋線柜由真空斷路器、避雷器、CT、PT、絕緣監視裝置和電壓、電流等儀表及后備保護裝置等組成，接地電阻柜由接地電阻、CT和真空接觸器及電流繼電器等組成。

 

一、影響輸出電壓和頻率的因素

 

      高壓柴油發電機組通常采用N＋1的冗余備份方式，當檢測到兩路市電均失電后，柴油發電機組并機啟動，達到帶載條件后向10kV并機母線提供應急電源。并機母線采用分段單母線聯絡接線方式，正常情況下發電機組同時向兩段并機母線供電，母線分段開關斷開。高壓配電系統如圖1所示。

1．機械因素

      高壓柴油發電機的機械部件受到磨損、松動和疲勞等因素的影響時，往往會導致輸出電壓和頻率的變化。因此，對高壓柴油發電機的機械部件進行定期的維護檢修，能夠有效提高其輸出電壓和頻率的穩定性。

2．燃料質量

      高壓柴油發電機的燃料質量也會直接影響其輸出電壓和頻率的穩定性。不同質量的燃料，其燃燒溫度和速度都會產生一定的差異，進而影響發電機的輸出電壓和頻率。

3．負載變化

      高壓柴油發電機的負載大小及其變化也是影響其輸出電壓和頻率穩定性的一個重要因素。當負載過大或者突然變化時，可能會導致發電機輸出電壓和頻率失去平衡，從而影響相關設備的正常工作。

     此外，高壓柴油發電機組的日常巡檢也是非常重要的內容，包括油機進線柜、出線柜開關位置、油路系統的自動泵油功能、液位、油機油水分離器含水情況、機油液位、冷卻液顏色、設備異響、進氣排風系統、 噪音、冬季低溫環境下的水套加熱系統等方面的檢查。

 

圖1  10KV柴油發電機配電系統架構圖

 

二、高壓柴發的配電系統組成

 

      一個高壓柴油發電機組所配備的供電系統中開關柜的方案主要有進線柜、并機柜、饋線柜、接地電阻柜、PT電壓互感器柜、雙電源轉換柜等組成。當然，并不是每個供電系統所有的方案都有，一般都是由各個方案排列組合而成。

1．進線柜

（1）一般采用金屬鎧裝抽出式開關柜。該開關柜采取中置式布置，是目前國內12kV 成套配電設備市場中用量最大、技術性能較高的一種產品。

（2）高壓發電機組出口開關一般配置抽出式空氣斷路器。

（3）發電機組保護裝置配置差動保護裝置及后備保護裝置，實現對發電機組的差動、過電流、過電壓及定子接地等故障保護。

（4）智能操作顯示裝置（可選配）：具備溫濕度控制器（配套負載）、帶電顯示器，遠方/就地，分/和閘，儲能等功能。

（5）對于發電機組并機設計時，進線柜不需要配置接地刀開關。

2．PT柜

      PT柜主要由殼體、手車、電壓互感器、熔斷器、避雷器、帶電顯示器等組成，結構如圖2所示。其中，電壓互感器有多種接線方式，比如VV接線、YY接線，還有帶開口三角的接線。圖3就是帶開口三角的YY接線。

（1）對母線電壓進行采集，供發電機組同期測量使用。

（2）作為機房低壓用電設備電源，選型時需要根據后端負載的容量進行選型。每臺發電機組進線開關柜均配置小母線PT，用于發電機自身輸出電的測量。

 

圖2  高壓發電機組PT柜結構組成示意圖

圖3  高壓柴發機組PT柜元器件接線圖

 

3．饋線柜

      饋線就是供電線，饋線是總的說法，出線是對于饋線柜而言的。若從負載來看，饋線柜的出線也是向它供電的線，也可稱為饋線。饋線柜是將線路重新分配的接線柜。

      所謂的饋電柜，就是通過該柜子把電能饋出（分配）給不同負荷（用戶）的電力配電裝置。電源從進線柜進入，通過母排給幾個饋線柜配電，饋線柜將電源送至各用電設備；饋線柜屬于配電柜，配電柜是一個非常籠統的名稱，只要和配電沾邊的，都可以叫配電柜。

4．接地電阻柜

（1）當單機運行時，采取中性點經低電阻的接地方式，如圖4所示。

（2）當并聯運行時，采取中性點經開關或真空接觸器裝置后并聯接入的接地電阻方式，如圖5所示。

（3）當電力系統出現故障時（例如電網部分短路或開路等），配電系統中性點將產生偏移，此時中性點接地電阻將輸出配電系統中性點強制接地，并限制其故障電流，使電力系統有時間進行檢測、診斷、保護和切換，從而避免了線路或設備可能遭受的損壞。由于中性點電阻能吸附大量的諧振能量，在有電阻器的接地方式中，從根本上抑制了系統諧振過電壓的產生。

5．雙電源轉換柜

 

      通常，用于應急供電的柴油發電機組應處于自啟動狀態，用于備用電源的可不受此限制。當市電中斷時，應急的柴油發電機組應立即啟動，高壓柴油發電機組應在60s內供電。

（1）每段市電母線上的控制器監測本段母線市電電源進線前的PT狀態，當同組兩路市電電源進線前的PT均失電、且市電電源進線開關無保護分閘時，延時5 s發出發電機組啟動信號至發電機組并機控制系統。

（2）發電機并機控制系統同時接收到同組兩臺市電母線上的控制器發來的啟動信號后，所有發電機組啟動，并在應急母線上完成并機，并機發電機組臺數達到7臺（可根據負荷調整數量）時，發電機組完成并機，并機控制系統閉合并機母線上的饋電開關，并機母線向市電母線輸出電能。

（3）市電母線上控制器監測到備用電源進線開關前PT帶電后，延時2 s發出信號斷開本段母線上的市電進線開關，斷開本段母線上次要變壓器的饋電開關，保留一路主要變壓器饋電開關在線，延時2 s閉合本段母線上的備用電源進線開關。

（4）每延時5 s，閉合本段母線上饋電至任意一組的次要變壓器饋電開關。此時，完成市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載過程。

（5）市電電源向備用電源的切換和備用電源分步加載完成后，在與供電單位確定其他市電電源無失電風險時，備用電源可根據實際負載需要適當退出部分柴發機組（可由機組功率管理模塊自動控制完成）。

（6）市電恢復后，手動恢復到市電供電狀態。若柴發機組測試時任意2路市電失電，此時應為手動操作，不涉及控制邏輯。

6．并機自啟動裝置

      備用電源設置并機控制系統，并機控制系統由發電機組設備供應商深化設計。并機控制系統實現對整個備用電源系統的監視和控制。每段市電配電母線處設置一臺控制器：

（1）控制功能可由PLC實現，也可由綜保繼電器實現。控制器具備自動、手動功能，備用電源系統啟動測試功能。

（2）市電電源的兩臺控制器具備通信功能，以實現相互監視運行和故障狀態；同步控制信號，確保同組兩段母線相同電源類型的進線開關和饋電至同組變壓器的兩個饋電開關同時分閘或合閘。

（3）控制器監視和控制功能至少應包括（1#和2#市電同理）：

① 監測市電電源進線前PT201A的狀態，通過PT201A監測市電電源進線狀態。

② 監測市電電源進線開關S201A的手車位置（試驗、工作）、開關位置狀態（閉合、分斷），開關保護動作分閘信號、故障狀態；控制S201A分合閘。

③ 監測備用電源進線前PT211A的狀態，通過PT211A監測備用電源進線狀態。

④ 監測備用電源進線開關S211A的手車位置（試驗、工作）、開關位置狀態（閉合、分斷），開關保護動作分閘信號、故障狀態；控制S211A分合閘。

⑤ 監測饋線開關S212A手車位置（試驗、工作）、開關位置狀態（閉合、分斷），開關保護動作分閘信號、故障狀態；控制S212A分合閘。

⑥ 監測饋線開關S213A手車位置（試驗、工作）、開關位置狀態（閉合、分斷），開關保護動作分閘信號、故障狀態；控制S213A分合閘。

⑦ 監測饋線開關S214A手車位置（試驗、工作）、開關位置狀態（閉合、分斷），開關保護動作分閘信號、故障狀態；控制S214A分合閘。

⑧ 監測饋線開關S215A手車位置（試驗、工作）、開關位置狀態（閉合、分斷），開關保護動作分閘信號、故障狀態；控制S215A分合閘。

⑨ 監測饋線開關S216A手車位置（試驗、工作）、開關位置狀態（閉合、分斷），開關保護動作分閘信號、故障狀態；控制S216A分合閘。

⑩ 控制器PLC - A發送發電機組啟動信號給發電機組并機控制系統。

 

圖4  高壓柴發機組接地電阻柜內部接線圖

圖5  高壓柴油發電機組接地原理圖

 

總結：

      不同用途對用電可靠性的要求不同，直接關系到高壓發電機組配電系統的建設投資和運營成本，供配電系統應做到安全可靠、技術先進、經濟合理。本文中配電設計對市電、發電及UPS電源進行合理、充分組合，引入PT柜等先進設備，使柴油發電機組在市電停電，設備故障、檢修，線路故障、檢修等各種情況下正常運行，保證可靠性高的、建設成本高的供配電系統向重要的負荷供電，從而兼顧了高壓供電可靠性和建設成本。

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