康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	多台并联柴油发电机组的功率分配及PLC调整

 

摘要：随着大容量10KV备用发电机组并联广泛使用后，与市电互相切换以保证一级负荷， 同时由PLC统一控制所有切换的逻辑关系，获得了很好的效果。康明斯公司在以下介绍的PLC逻辑控制案例可以发现，高压并联发电机组的使用及并联技术已经逐渐发展成熟，由两台机组到4台、6台、8台甚至16台以及更多，都可以遵循以上案例进行拓展，而与市电切换的逻辑也是随着台数的增加呈平方级地复杂，用PLC作为一个指挥中心控制发电机组与市电切换是一个非常好的解决方案。

 

      考虑到负荷的重要性，越来越多的项目使用到备用发电机组，从几十个千瓦到几千个千瓦，随着大容量发电机组并联技术的成熟和成本的下降，投资者和建设者会逐渐考虑从低压发电机组到高压发电机组，如果是单台机组容量不够的情况下，设计人员会考虑用10kV高压发电机组代替传统的380V发电机组。

 

一、高压并联发电机组使用的优势

 

1、备用容量大

      在现在日益发展的工业上，用户的用电量需求也是越来越大，高压并联发电机组可以作为两路市电外的第三路电源，发电机组可以按总负荷的100%考虑设计，与市电相同，燃料储备可以保证发电机组满负荷运行至少24h。比起单台低压发电机只作应急电源，有天渊之别。

2、综合成本可行性强

      目前根据世界知名发电机组厂家的报价，同容量的高压机组并联的价格约比低压机组并联贵11%左右，但这只是设备的成本，综合考虑整个工程的安装情况，高压并联发电机组电缆成本可以忽略不计，低压机组并联每相需要多根大截面电缆，成本和安装费用都非常高，另外四台高压发电机组安装在一起比四台低压机组分散布置建筑面积可省50m²。当今在城市里寸土寸金，这方面高压并联机组确实具有不少优势。

3、技术成熟，可靠性强

      虽然国内鲜有有生产单台2000kW以上大容量的低压柴油发电机的国产厂家，大部分都是进口品牌。因此，在国外，大容量高压柴油发电机组的质量和可靠性已经达到相当高的水平，可靠性甚至超过了低压机组。据资料，国外最大的可以做到单台4000KW的高压发电机组并联16台。

 

 

多台发电机组并机电路图

发电机组PLC逻辑控制示意图

 

二、并联+PLC功能案例

 

      以深圳某数据中心项目为例，使用了4台2000kW高压发电机组并联运行，作为两路市电同时故障时的第三路电源，该项目同时还设计配备了10KV负载箱，在平时发电机组空载的时候进行常规试验。与往常的发电机组备自投不同的是，在该项目深化讨论的时候，由于要控制的点数比较多，逻辑比较复杂，要实现的功能和要求达40条，故经过设计人员、厂家和业主综合讨论，决定增加一个PLC专门控制这部份的逻辑运行（如图2所示）。

 

图2 柴油发电机组并联案例合闸电路图

 

 

1、正常运行方式

（1）主市电断路器52-U1和52-U2闭合；

（2）母联断路器52-T1打开；

（3）发电机断路器52-G1，52-G2，52-G3和52-G4打开；

（4）发电机馈电断路器52-GF1和52-GF2打开；

（5）断路器52-U3和52-U4打开；

（6）负载箱断路器52-LB打开；

（7）全部负荷通过断路器52-U1和52-U2由市电电网提供。

2、断路器52-U1侧市电线路NO.1失电

（1）如果断路器52-U1线路侧欠电压继电器27-U1-1负荷侧欠电压继电器27-U1-2同时检测到正常电压缺失，而同时断路器52-U2线路侧欠电压继电器27-U2-1检测到的是正常电压信号，则开关柜PLC启动1分钟延时继电器（就地可编程）。

（2）如果27-U1-1和27-U1-2当中只有一个检测到电压缺失信号，则开关柜PLC认为这是PT故障，熔断器故障，继电器跳闸或断路器52-U1分闸，系统维持正常运行模式。

（3）如果在（最小10s，可就是编程）1分钟延时到之前，27-U1-1和27-U1-2又同时重新检测到正常电压信号，则系统维持正常运行模式，1分钟延时继电器复位。

（4）如果1分钟延时到，52-U1侧欠电压继电器27-U1-1和27-U1-2仍未检测到正常电压信号，则断路器52-U1断开，母联断路器52-T1闭合，全部负荷由线路N0.2供电。

（5）当线路侧欠电压继电器27-U1-1重新检测到正常电压信号，而此时负荷由仍旧连接在52-U2侧，则通过手动方式重新切回到正常运行模式。手动切换通过操作员按切换按钮“切换从52-U2到52-U1"来实现。先断开母联断路器52-T1，再闭合线路NO.1侧断路器52-U1。整个手动切换到正常模式的过程是一个开放的转换过程“分闸-准备-合闸”。先闭合线路NO.1侧断路器52-U1，再断开52-T1。整个手动切换到正常模式的过程是一个闭合的转换过程“合闸-准备-分闸”。]

（6）如果断路器52-U1分闸是由于保护继电器动作或手动所至，将锁住任何自动切换。

3、断路器52-U2侧线路NO.2失电

（1）如果断路器52-U2线路侧欠电压继电器27-U2-1和负荷侧欠电压继电器27-U2-2同时检测到正常电压缺失，而同时断路器52-U1线路侧欠电压继电器27-U1-1见车到的是正常电压信号，则开关柜PLC启动1分钟延时继电器（就地可编程）。

（2）如果27-U2-1和27-U2-2当中只有一个检测到电压缺失信号，则开关柜PLC认为这是PT故障，熔断器故障，保护继电器跳闸或认为断路器52-U2分闸，维持正常运行模式。

（3）如果在（最小10s，可就地编程）1分钟延时到之前，27-U2-1和27-U2-2又同时重新检测到正常电压信号，则系统维持正常运行模式，1分钟延时继电器复位。

（4）如果1分钟延时到，52-U2侧欠电压继电器27-U2-1和27-U2-2仍未检测到正常电压信号，则断路器52-U2断开，母联断路器52-T1闭合，全部负荷由线路N0.1供电。

（5）当线路侧欠电压继电器27-U2-1重新检测到正常电压信号，而此时负荷由仍旧连接在52-U1侧，则通过手动方式重新切回到正常运行模式。手动切换通过操作员切换按纽“切回从52-U1到52-U2"来实现。先断开母联断路器52-T1，在闭合线路N0.2侧断路器52-U2。整个手动切换到正常模式的过程是一个开放的转换过程“分闸-准备-合闸”。先闭合线N0.2侧断路器52-U2，再断开母联断路器52-T1。整个手动切换到正常模式的过程是一个闭合的转换过程“分闸-准备~合闸”。

（6）如果断路器52-U2分闸是由于保护继电器动作或手动所至，将锁住任何自动切换。

4、线路N0.1和线路NO.2同时失电

（1）当两条市电线路侧欠电压继电器27-U1-1和27-U2-1同时检测到失压信号，开关柜PLC启动5s后和1分钟两个延时继电器（可就地编程）；5s时间到，27-U1-1和27-U2-1检测到的如仍是失压信号，则柴油发电机点火启动信号自动发送到发电机开关柜。

（2）一旦接收到启动信号，所有发电机将分别自动、独立启动并加速到额定电压和频率。最先达到90%额定电压和频率的发电机将通过闭合其相关联的断路器首先连接到发电机母线上。电气联锁将保证在一旦同步装置运行，只有一步发电机连接到发电机母线上。

（3）其余发电机的同步装置将自动并独立地调整各自发电机的频率，当与发电机母线上的瞬时相角差小于5°时，将发电机并列连接到发电机母线上。

（4）如在规定的时间内某台发电机未能正常启动，该发电机将自动退出，并激活声光报警干接点信号到远方报警盘。

（5）如在预定的时间内某台发电机未能同步，将发出声光报警干接点信号到远方报警盘。

（6）如果在（最小10s）1分钟延时继电器时间到之前，线路侧欠电压继电器27-U1-1和27-U2-1检测到电压恢复信号，系统将维持正常运行模式，1分钟延时继电器自动复位，PILC发送停机命令信号到发电机，发电机将在冷却状态下继续运行10分钟后（可编程）自动停机。

（7）如果在（最小10s）1分钟延时继电器时间到之前，线路侧欠电压继电器27-U1-1和27-U2-1当中只有一个检测到电压恢复信号，系统将自动切换到有电压线路一侧，1分钟延时继电器自动复位，PLC发送停机命令信号到发电机，发电机在冷却状态下继续运行10分钟后（可编程）自动停机。

（8）如果1分钟延时继电器时间到后，27-U1-1和27-U2-1检测到的仍是失压信号，而此时发电机组已完成同步，则52-U1、52-U2打开，52-T1维持打开状态。然后发电机侧断路器52-GF1和52-U3先闭合，将发电机连接到52-U1负荷侧母线，然后52-GF2和52-U4闭合，再将发电机连接到52-U2负荷侧母线。

（9）当27-U1-1和27-U2-1同时重新检测到电压恢复信号，而此时负荷仍连接在发电机系统侧，可手动切回到正常电源侧。这一过程可由操作者通过安装在控制盘“市电/发电机切换”部分上的“切回到市电电源”按钮来实现。一旦按下按钮，先分别断开断路器52-GF1，52-U3，52-GF2和52-U4，然后闭合断路器52-U1和52-U2。从发电机切换到市电的手动切换过程是一个开放的过程“分闸-备-合闸”。

      一旦按下按钮，发电机组将首先和52-U1侧电源同步。当两个电源达到同步指标（频率偏差小于5度，电压偏差小于5%），断路器52-U1闭合，断路器52-GF1和52-U3仍维持闭合一段可调整时间（最大180s），允许负荷重新连接到线路NO.1上，然后断开52-GF1和52-U3。

      完成和52-U1侧电源同步后，发电机再和52-U2侧电源同步，当两个电源达到同步指标（频率偏差小于5度，电压偏差小于5%），断路器52-U2闭合，断路器52-GF2和52-U4仍维持闭合一段可调整时间（最大180s），允许负荷重新连接到线路N0.2上，然后断开52-GF2和52-U4。从发电机切换到市电的手动切换过程是一个封闭的“合闸-准备-分闸"。切换完成后，发电机将在冷却方式下继续运行10分钟（可编程），然后自动停机。

（10）在上一步从发电机切换回市电过程中，如果发电机与52-U1侧电源在30s（可编程）内同步失败，系统将自动放弃和52-U1侧电源同步，转而和52-U2侧电源同步，同时在控制盘上发出声光报警信号，并发送干接点到远方报警盘。当发电机和52-U2侧电源达到同步指标（频率偏差小于5度，电压偏差小于5%）后，断路器52-U2闭合，断路器52-GF2和52-U4仍维持闭合一段可调整时间（最大180s），允许负荷重新连接到线路N0.2上，然后断开52-GF2和52-U4断路器。然后发电机再试图通过52-T1和52-U2同步。

      当同步成功后，52-T1闭合，52-GF1和52-U3维持闭合一段时间（最大180s）后断开。52-U1自始至终维持打开状态。整个切换过程是一个封闭的过程“合闸-准备-分闸”。发电机将在冷却方式下继续运行10分钟（可编程），然后自动停机。

（11）在切换回正常电源过程中，当发电机组和52-U1切换成功，而在30s内（可编程）与52-U2同步失败后，系统将自动放弃和52-U2同步，试图通过52-T1和52-U1同步。当同步成功后，52-T1瞬时闭合使两个电源同步，52-GF2和52-U4维持闭合一段时间（最大180s）后断开，52-U2自始至终维持打开状态。发电机将在冷却方式下继续运行10分钟（可编程），然后自动停机。

（12）当27-U1-1和27-U2-1当中只有一个检测到电压恢复信号，而此时负荷连接在发电机母线上，操作者可通过安装在控制盘“市电/发电机切换”部分上的“切回到市电电源按钮"手动将系统切回到电源恢复的一路进线上。一旦按下按钮，先分别打开断路器52-GF1，52-U3，52-GF2和52-U4，再闭合市电恢复侧的线路断路器52-U1或52-U2，整个切换过程是一个开放的过程“合闸-准备-分闸”一旦按下按钮，发电机母线将自动和带电一侧开关柜母线同步。市电带电侧断路器（52-U1或52-U2）闭合。相应的发电机断路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）仍维持闭合一段可调整时间（最大180s），允许负荷重新连接到市电线路上然后打开。然后发电机系统通过母联断路器52-T1和带电一侧市电系统同步。

      当两个系统达到指标（频率偏差小于5°，电压偏差小于5%），断路器52-T1闭合，另一个发电机馈线断路器（52-GF1和52-U3，或者52-GF2和52-U4）打开。整个过程是一个封闭的过程“合闸-准备-分闸”。发电机将在冷却方式下继续运行10分钟（可编程），然后自动停机。

（13）断路器52-U1或52-U2由于继电器保护或人工切断将锁出（Lock-out）任何发电机启动和切换操作。

（14）当断路器52~U1或52-U2当中任何一个由于继电保护人工切断或人工断开而失电后，将只会导致闭合断路器一侧的线路切换到发电机系统，处于断开状态的断路器线路一侧将被锁住，不会切换到发电机系统。

5、发电机常规试验

（1）市电线路侧断路器52-U1和52-U2闭合；

（2）母联断路器52-T1打开；

（3）发电机馈电断路器52-GF1和52-GF2打开（4）断路器52-U3和52-U4打开；

（5）负载箱断路器52-LB闭合；

（6）4台发电机将分别带负荷箱测试。测试通过操作员按安装在发电机开关柜52-G1、52-G2、52-G3、52-G4上的“启动发电机”按钮来实现。一旦操作员按下其中一个按钮，点火信号将发送到指定的发电机上；

（7）一旦接收到点火信号，该发电机将自动启动并加速到额定电压和频率。当发电机达到90%额定电源和频率时，将通过闭合与该发电机相关联的断路器将发电机连接到发电机母线上：

（8）系统PLC的编程应能使发电机在测试过程中，如果突遇市电中断，将立刻中止试验并自动切换到正常运行模式。由10KV系统PLC发来的信号立刻中止负载箱运行，并跳闸与之相关的断路器52-LB。

 

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