康明斯动力设备（深圳）有限公司

摘要：现代社会中，各种信息设备以及企业生产对供电提出了高质量、高可靠的要求。为此，UPS与柴油发电机组，以它们各自的特点相辅相成地构成的不间断供电系统成为最佳选择。在这里，UPS基本上是并车冗余应用的，而柴油发电机组也常是并车冗余运行的。并且这种技术已在许多供电方案中得到广泛应用。本文中介绍柴油发电机组并车运行的技术条件、调控模式及应用实践。

一、并车运行的作用

      大型的网络监控中心、银行结算中心、空中管制中心等，根据自身的工作性质和特点都对供电系统的性能和可靠性提出了很高的要求；采用两路市电供电、配置两组并车冗余运行的大功率UPS构成双总线系统、同时安装几台"N+1"模式并车冗余运行的柴油发电机组与UPS构成一个高可靠、高质量、智能化的不间断供电体系，已是普遍采用的技术方案。如图1所示。

      柴油发电机组的作用是:一且两路市电都中断，UPS目口时将蓄电池的直流电逆变成交流电供给负载工作。然后并车冗余运行的柴油发电机组也部起动起来，通过自动转换开关（ATS）切换到直接给UPS提供与市电一样的电能，从而使UPS又像平常那样依靠交流电不间断地给设备供电。这时"N+1"模式并车冗余运行的柴油发电机组不仅为UPS提供性能良好的电力，而且提供了高可靠的电能;假如运行中一台发电机组出现问题退出并车，其他发电机组会带上全部负载仍正常运行。可见并车冗余运行的发电机组完全代替了两路市电供电的功能。

      通常情况下，并车冗余运行模式的柴油发电机组并不直接连接负载，而是通过UPS供给负载电能。柴油发电机组为增加原有发电机组的输出功率而采用并车运行的方式要比UPS多一些。它们常被用于市电电力供应保障性不强，一年总有几次停电或拉闸限电地区的工矿企业。由于现代机械制造技术的进步、机电一体化的广泛应用、智能控制技术的普及，现代柴油发电机组不仅制造精良，各项性能指标大为提高，运行的可靠性也大大增强。

      通常情况下，只要按规范做好维护保养工作，作为备用发电机组，在起动运行后柴油发电机组因故障停机的几率极其微小。在各类工厂新增设备后，原有柴油发电机组已不能满足后备供电需要时，考虑再增加一台同样的发电机组与其并车使输出功率增加一倍，不失为一种经济实用的选择。

      作为扩容应用的并车柴油发电机组一般不考虑冗余而只强调均分负载，它们都是接近满负荷地直接驱动用电设备。其系统组成和电路如图2所示。

二、并车系统运行的步骤

1、并车条件

      为了增加后备电源的弹性，或者因为负载太大，这时便需要考虑将两台或以上的发电机组并联（即并车）输出备用电源。并车须符合几种状态：

（1）电压一致

（2）频率一致

（3）相序一致

（4）相位角一致

      一般备用发电机组并车最好采用全自动装置，并且需要自动均衡负载。康明斯的有功功率负载分配由同步板分配，它会对两台发电机组的电压、电流、相位作出比较，然后将负载平均分配到两台发电机组，而误差少于5%（对于不同功率的发电机组并车，可以通过整调或设置负载分配因数来平衡）。无功功率则由康明斯最新开发的数字式自动调压器负责，数字式自动调压器其伏特/赫兹特性可调，并且稳态调整率为0.25%；所以两台发电机组的无功功率分配偏差不大于5%；两台发电机组的内部环流不大于1%。

      最先进的并车装置是可以使多部发电机组同时并车工作，并根据负载的多少而自动将发电机组并车或停机，以达到最佳的经济效益，并使发电机组运行保持最佳状态。此外还可以用远程监控，对发电机组的运行参数作分析及报告。

2、并车注意事项

      柴油发电机组并车首先应满足功率均匀分配的要求。所谓均匀分配指的是各台发电机所承担的有功功率和无功功率都应该和它们的额定功率成比例。国内对并车运行发电机组的功率分配有明确的要求，在交流发电机组并车运行时，当负载在总额定功率的20%-100%范围内变化时，应能稳定运行，其功率分配误差应符合以下要求：

（1）各台发电机实际承担的有功功率与按额定功率比例分配的计算值之差，在发电机额定功率相同时应不超过发电机额定有功功率的±10%；

（2）当发电机额定功率不同时，应不超过最大发电机额定有功功率±10% ，最小发电机额定有功功率的±20%，各台发电机实际承担的无功功率与按发电机额定功率比例分配的计算值之差，应不超过最大发电机额定无功功率的±10%。

① 如果功率分配出现较大的不均衡，无论是有功功率还是无功功率，都不仅会影响发电机组运行的效率和经济性，而且甚至会引起整个电站的故障。

② 如果并车发电机组的有功功率分配严重不平衡的话，在负载总功率较大的时候，往往是一台发电机组已满载或过载，而另一台发电机仍处于轻载状态，这样就不能充分利用发电机组的容量，发挥整个电站的效能。

③ 发电机组过载不但会给柴油机或发电机带来危害，而且还会引起保护设备动作，影响整个电站的运行。反之，在负载总功率很小的时候，有功功率的不平衡又往往会在发电机组之间引起有功环流，使有的发电机组转入电动机状态，这对柴油机同样是不允许的。

 3、并车模式

（1）同型号规格和容量比不大于3：1的发电机组并联

      型号规格相同和容量比不大于3：1的发电机组在20%～100%总额定功率范围内应能稳定地并车运行，且可平稳转移负载的有功功率和无功功率，其有功功率和无功功率的分配差度应不大于表1的规定。

表1    有功功率和无功功率的分配差度

*当使用该容差时，并车运行发电机组的有功标定负载或无功标定负载的总额按容差值减小。

（2）容量比大于3：1的发电机组并联

      容量比大于3：1的发电机组并车，各发电机组承担负载的有功功率和无功功率分配差度按产品技术条件的规定。

三、并联运行的调试

      大量的工程实践表明，一般情况下，现在郡采用同型号同规格的柴油发电机组构成并联运行，即使将原有的发电机组扩容也是如此。这是因为这样选择可以为发电机组的安装、调试、运行以及维护、保养等带来许多方便。在每台参与并联的发电机组控制柜中插入并机板，并且互联并机线（符合RS485通讯协议，其网络结构如图3，调试窗如图4所示），就方便地组成了柴油发电机组的并联运行系统。并机板也称并机卡，是以32位微处理器为核心的智能化电子装置，具有速度和电压调整、同步、并联、有功及无功负载平均分配、电气参数测量、有功与无功功率设定、电气保护等强大的测控功能。

      在各发电机组的安装、调试过程中，除了按技术规范做好并联的各种接线外，要特别注意各发电机组接向输出电压并联母排的相序U、V、W要相应一致，并且母排与市电网的相序也要一一对应相同。调试最好先在空载的情况下进行；自动或手动将并联母排和各负载之间的开关断开，然后把组成并联运行的各发电机组都开动起来，观察各发电机组控制柜面板上的指示灯和LCD显示屏。由于各发电机组的并机板都予先对频率、电压、功率等主要参数进行了标准设定，各发电机组的运行大都离不开这些参数范围，通常情况下会顺利地自动并机。这时控制柜面板上的显示屏会自动弹出并机的相关参数，还可听到发电机输出开关自动闭合的响声。如果并联的各发电机组都开机后，两、三分钟仍并不上机，参数误差大的发电机组会自动报警，同时将偏差大的项显示在屏上。在这样的情况下，可以先将其它发电机组关机，只留该发电机组运行。然后通过控制柜面板上的键盘迸入参数调节选项，利用软件对偏差参数进行修正。或者直接在并机板上仔细调节相关的电位器等硬件，针对参数的误差微调发动机的转速或同步发电机的电压。因为参与并联运行的柴油发电机组都应具有2%—5%稳态调速率与5%范围内的稳态电压调整率。经过入为微调以后，再将其它发电机组开动起来，就能实现各发电机组的并联运行。在空载条件下调试好的并联运行的柴油发电机组，再带上负载也可以平稳地运行工作。

      实际上，各发电机组切入并联运行的瞬间、运行过程中、特别是负载接入、撤离时，各发电机组的相关参数不可能时时一致。这就完全靠功能强大的微处理器指令并机板实时测控各发电机组的并机数据，部使其在满足并联运行的条件下稳定地工作。发电机组并联运行的过程也就是并机板对并机参数实时动态测控的过程。