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功能说明与康明斯知识 |
柴油发电机组并联控制的供电接线方法（图解） |
摘要：所谓的并机模式是指将至少两台以上的相同电压和转速的发电机组并联起来，相当于二合一的结合体共同承担对同一用电负载进行电力输出。简单地说便是1+1=2的过程，随着负载的增大，用户单位如今普遍喜欢采取N+1供配电模式。N+1意味着若干的柴油发电机组数量，同时输出连接电缆或母排随之急剧增加，因此接线会变得更加复杂。康明斯发电机公司特此撰文阐明柴油发电机组配置原则、并行使用的好处及多台并联的技术条件，借此防止用户由于错误接线造成柴发出现不可逆转的事故。
一、设备配置原则
柴油发电机组是由将燃烧柴油产生的热能转换为机械能的柴油发动机，和把机械能转为电能的同步发电机组成的。在电力网还未到达或供电保障性不强的地区，常用柴油发电机组发出性能与市电一样的电能供给用电设备。它也就成为市电电力网的得力助手。其配置原则如下：
（1）柴油发电发电机组的容量应能满足重要用电设备、空调、照明及其他保障负荷（如消防）的供电所需。
（2）根据现有机房条件并考虑发电机组性价比确定单台发电机组的容量。
（3）根据该机房的建设规模及多台油机并机方案的可行性、经济性考虑选择发电机组的工作电压。
二、并联运行的好处
柴油发电机并行使用以增加总系统规模并增加冗余。将几个较小的柴油发电机优先于一个较大的柴油发电机组合起来也可能更具成本效益。
1、增加功率输出
比如说，在一家大型工厂，在拥有一台已使用2年的500kVA康明斯发电机组，当工厂需要扩张时，但又不想扔掉旧的柴油发电给，而这台柴油发电机又不能满足工厂的日常用电需求，没有足够的电力可保障正常的生产。在这种情况下，可能会考虑在系统中添加第二台柴油发电机，比如另一台500kVA的康明斯发电机组，这将会为您提供1000kVA的功率。
2、增加冗余
通过向您的电力系统中添加额外的柴油发电机，您可以增加冗余并使系统更加可靠。例如，您的总功率要求为2000kVA，但您需要购买更大的柴油发电机来解决负载接受问题，比如3000kVA。相反，您可以并行购买6x500kVA的柴油发电机。如果出现单一故障，如果您配置的是一台3000kVA的柴油发电机，那么，当这一台3000kVA的柴油发电机无法运行时，您将没有电源可用。而如果你配置的是并行6x500kVA的柴油发电机，在这种情况下，当6x500kVA设备之一无法运行时，您仍然可以使用2500kVA，从而为您提供一些冗余。
3、降低配置成本
添加额外的柴油发电机似乎是一项昂贵的投入，但对于许多用例而言，与其他解决方案相比，整个系统实际上可能更便宜。比如说约500kVA的康明斯发电机组被用于许多应用。超过这个规模，应用程序的数量和生产的数量会显着下降，而且由于数量的减少，价格会上涨。通常这意味着每kVA的成本更高，当您在上面的示例系统中达到3000kVA时，价格可能会高出数倍。运输到某些目的地的成本也是一个因素，较大的发电机组需要货车足够的空间尺寸（例如货车一般是满足不了大型机组的宽度需求），而不是较小柴油发电机仅需普通货即可完成配送，减少了运输相关费用，间接上也使企业配置柴油发电机的成本减少。
三、并联系统
1、并机容量的要求
柴油发电机主要提供应急电源保障容量，发电发电机组的并机容量首先应满足以下三个条件：
（1）发电机的连续运行额定功率大于或等于稳定负荷计算功率；
（2）发电机的备用运行功率大于或等于负荷的尖峰功率；
（3）在最大的电动机起动时，发电机的瞬时电压降不大于15%～20%。
其次，数据中心配置有大量的不间断电源，它的特性是非线性负载，在供电线路上会产生谐波，使发电机输出电压波形产生失真。对于高阻抗的发电机，谐波对发电机影响更大。由于发电发电机组相对电网是有限容量系统，多台发电机并机系统除了满足稳定负荷需求外，还需考虑负载特性（电能质量）、启动性能、冲击负载（冷冻发电机组和水泵的启动电流、变压器投入时的激磁电流）对发电机使用的影响。
2、并机控制
为保证响应速度，并机系统同步控制采用准同期方式，系统采用随机并联方式，即系统中任一台首先达到额定输出的发电机组，都可以先合闸到母线供电，其他发电机组与该发电机组同步后再依次合闸供电。
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并车接线端子指示图 |
（1）每台发电发电机组控制柜（GCP）控制一台发电发电机组，配备自动同步与负载分配模块，通过控制发电机组得转速与电压，来实现发电机组互相之间的并联及负载均衡。同时也通过广角模拟表，来监控发电发电机组输出，如电压、电流、功率因数、有功、无功等，以保证操作人员一眼就可以看到多台发电机组的多项参数。GCP 可以与相应发电机组一起安装，以节省空间，降低总成本。对应发电机组的高压开关由GCP 来控制其分/合。
（2）主控柜（MCP）用来协调控制整个系统的运行，通过PLC 编程，实现系统的逻辑控制，包括投入和切除发电机组，优先级设定等。
（3）发电机系统（发电机组、并联、高压开关等）平时处在自动模式，通过外部送来的信号（比如可以是市电进线失压信号），由并联控制系统来监视市电状况。
（4）市电失电/故障时，并联系统收到信号，通过设定的时间延迟（PLC设定，可根据实际情况灵活修改）后，给全部发电机组送出启动信号（信号送至GCP，GCP 再送信号至各发电机组的机上控制器），6 台发电机组同时启动。率先达到90%额定频率和额定电压的发电机组，GCP 发出信号，自动闭合真空断路器，发电机组合闸到应急母线。其他发电机与母线同步后，自动合闸到母线。
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柴发并联系统母排接线图 |
3、负载管理
假设用户一共采用6台发电机组自动并联运行，系统自动分配负载，按下述逻辑实现负载管理。
（1）系统负载管理按N+1模式来控制，全部发电机组并联运行1~10 分钟（PLC 设定，可调）后，如系统全部负载小于单机额定容量的360%（可调）且持续时间超过1 分钟，则系统自动切除第6 台发电机组，此时全部负载可以只用5台发电机组带，通过N+1 的冗余负载管理设计，来保证供电可靠性；
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1号机并车接线图 |
（2）如负载继续下降至小于单机容量的270%且持续时间超过1 分钟，则系统自动切除第5 台发电机组；如负载继续下降至小于单机容量的180%且持续时间超过1 分钟，则系统自动切除第4 台发电机组；如负载继续下降至小于单机容量的90%且持续时间超过1分钟，则系统自动切除第3台发电机组。系统最小保证两台发电机组在线运行。
（3）如系统负载增加，至大于单机额定容量的120%，则系统自动启动第3 台发电机组，并自动同步后合闸，向负载供电；如系统全部负载增加，至大于单机额定容量的240%，则系统自动启动第4 台发电机组，并自动同步后合闸，向负载供电。其他发电机组的运行以此类推。
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2号机并车接线图 |
（4）系统带载运行中，任一台发电机组故障，则系统自动报警，同时启动一台冗余发电机组投入使用。
（5）市电恢复，则全部在线发电机组通过主控柜MCP断开发电机组进线断路器，发电发电机组自动冷却延时后停机。
（6）当主控制处于手动模式时，整个应急发电系统处于手动状态，可手动启动发电机组，手动并联，手动停机等。试验功能可通过手动模式来实现。并联系统应配备数字式自动负载分荷（Load Sharing）控制器，将负载在各发电机组间均匀分担。
上述逻辑控制功能可在现场设定，无需硬件改动，即可灵活扩容。
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