柴油发电机组技术资料.docx

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柴油发电机组技术资料

柴油机机体侧视图

柴油发电机组与UPS的匹配

1、网络数据中心、数据交换中心、金融结算中心、重要系统调度中心等关键部门的设备都需要不间断的电源供电，都需要配套UPS。

2、通常供电模式采用：

一路市电供电+柴油发电机组备用+UPS。

3、重要供电模式采用：

两路市电供电+柴油发电机组备用+UPS。

主要是由于整流器产生的电流谐波对供电系统产生的不良影响：

1、对发电机组的电压调节器的影响

2、对UPS的同步电路的影响

1.发电机组的输出电压突然增高到440V以上，造成UPS损坏。

2.发电机组输出频率到50～60Hz，致使UPS保护动作。

3.发电机组出现严重的机械共振现象，柴油机出现有节奏的摇摆和声音起伏，严重会损坏发电机的励磁回路和AVR

4.UPS检测到过电压或过频率而自动关断整流器，由后备电池组逆变向负载供电，反复出现油机+蓄电池逆变切换供电。

上述现象的原因都有哪些呢？

下面介绍一下负载性质！

1、负载的分类（根据负载的特性）：

1）线性负载

2）非线性负载。

1、线性负载：

1）电压和电流之间是线性关系的负载，如果发电机的电压是正弦波，通过负载的电流也是正弦波，如图所示。

2）常见的线性负载有加热器、白炽照明灯、变压器、直接启动或传统降压启动方式的电动机等。

3）线性负载根据电压和电流的相位关系又分为电阻性（如电阻、电炉、白帜灯等）、电感性（如感应电动机、变压器等）、电容性（如电容器等）负载。

1、非线性负载：

1）电压和电流之间是非线性关系的负载，存在基波（50或60Hz）和谐波（3次、5次,、7次、11次等奇次谐波）存在不同的幅值和相位畸变波形。

如后附图。

2）在负载投入、运行过程中，电压、电流的关系是经常变化的，其波形也不是我们常说的正弦交流波，而是含有不光滑的畸变成分，根据数学的方法可分解为基波和一系列的高次谐波，主要是3次、5次、7次、11次等奇次谐波

脉冲非线性负载产生的谐波类型及电流谐波

图表中可以看到：

1、四脉冲系统产生谐波有：

3、5、7、9、11、13、15、17、19次

2、六脉冲系统产生谐波有：

5、7、11、13、17、19次。

3、十二脉冲系统产生谐波有：

11、13次

**谐波电流比例%（p.u）：

1/3rd,1/5th,1/7th,1/9th

**总谐波畸变=谐波电流方根总数

**对应的总的畸变谐波THD分别为：

45%---30%---14%

**十二脉冲的UPS谐波危害最小

1、机组的输出功率选择。

柴油发电机组在60％以上额定负载的情况下工作对柴油发电机较为有利。

2、在考虑发电机总负荷中的UPS负载部分，需考虑的主要因素有：

UPS功率，电池充电功率，UPS整机效率，UPS的输入整流方式，UPS整流器引起的输入电流失真等，都需适当增加发电机的功率；

3、UPS的整流器对于频率漂移更为敏感，这也需增大发电机功率。

一般选择发电机功率和UPS功率都有一定的系数

1、柴油发电机组工作方式的选择。

对于非线性负载，两冲程柴油发电机组带载能力优于四冲程柴油发电机组。

1、同步发电机永磁励磁结构的说明

1、UPS输入整流方式的选择。

非线性负载会向发电机组反射大量的高次谐波，尤以5次、7次、11次谐波对发电机的危害性严重。

2、不同非线性负载对柴油发电机组输出电压失真度（THD）都有不同的影响程度。

3、以200kVA机组为例

柴油发电机组控制系统

柴油发电机原理

简而言之，就是柴油机驱动发电机运转。

在汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。

柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。

各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。

将交流或直流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

这里只描述发电机组最基本的工作原理。

要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。

发电机的励磁系统

一、相复励励磁

二、三次谐波

三、可控硅直接励磁

四、无刷励磁

柴油发电机组控制系统的组成

主回路开关

速度调节器

电压调节器

测量回路

保护回路

同期控制

电力监视

二次操作回路

稳压电源

主回路开关

长延时脱扣：

发电机额定电流110~115%

短延时：

发电机额定电流200%~300%

瞬时脱扣：

1000%~1700%

一台发电机时只设置长延时和短延时

二台发电机时只设置长延时和短延时

三台发电机时只设置长延时和短延时、瞬时

速度调节器

在不同负载情况下，柴油机电子调速器将保持柴油机的转速稳定于1000RPM（或1500RPM），从而保持发电机输出50Hz的恒定频率。

WOODWARD2301A电子调速器，它具有功能全、反应快、精度高、稳定性好、功耗低、调整方便等一系列优点。

其基本结构包括数/模转换电路；调节放大电路、负荷分配电路、输出电路及稳压电源等环节。

柴油机转速控制指标

频率稳态调整率0—5%（可调）

频率瞬态调整率±5%

频率波动率0.5%

频率稳定时间3S

速度调节器

通过调节油门大小控制速度

2301A速度调节和负荷分配模块外形

2301A速度调节和负荷分配模块主要参数及功能

电源：

20V~24V

负载信号：

90–240Vac3ø45–66Hz3ø电流

速度传感器：

100~300欧姆，1~30Vac

速度调整范围：

0~10%

同步输入：

±5Vdc

负载分配：

0~6Vdc

速度输出信号：

7.5Vdcmaxfor0to214mA

速度降：

0~10%

怠速：

55%额定转速

加速时间：

0–10s

负载增益：

最大6Vdc，5A电流

2301A速度调节和负荷分配模块端子图

速度控制系统图

怠速（LowIdleSpeed）

快速性（ActuatorCompensation）

增益电位器（Gain）

额定转速电位器（RatedSpeed）

初始燃油限制电位器（StartFuelLimit）

升速时间电位器（RampTime）

稳定性（Reset）电位器

负荷分配系统图

调差电位器（Droop）

负载增益电位器（LoadGain）

2301A速度调节和负荷分配模块接线图

负荷分配接线示意

电压调节器要求

提供发电机空载励磁。

当负荷发生变化时，发电机励磁调节单元将对发电机的励磁电流进行控制，以保证发电机输出电压的稳定及整个发电机组无功功率的均衡分配。

该单元包括PID调节器、功放电路、电压及无功测量电路、无功均衡电路组成。

交流发电机电压控制指标

电压稳态调整率±2.5%

电压调整范围±20%

电压波动率0.5%

电压稳定时间1.5S

响应时间20mS

DECS-100电压调节器

主要参数及功能

电源：

88V-250Vac，单相或三相，50-400Hz

建压电压：

>6V

负载信号：

100–600Vac，单相或三相

电流检测：

5Aac，50/60Hz,单相

励磁输出：

63Vdc，7Adc,最大135Vdc，15Adc

并列补偿：

无功降落和无工差动（横流）

磁场过压保护

磁场过电流保护

发电机过压保护

软起动功能

报警和跳闸输出

RS232接口

DECS-100电压调节器接线图

发电机并联运行的条件

待并机组与运行机组（或电网）的电压相等

待并机组与运行机组（或电网）的频率数值相等

待并机组电压的初始相位与运行机组（或电网）电压的初始相位一致

待并机组相序与运行机组（或电网）相序相同

同期柜功能

用于实现柴油发电机组的并网条件的检测和并网控制。

同期控制柜内包括同期控制单元、切换装置、接地

检查单元、相序保护单元、功率限制单元、及稳压电源。

实现的控制指标如下：

　使用频率表及选择开关来读发电机频率同步波形和同步指示灯发电机选择器和发电机断路器闭合按钮

　不需调节频率和电压，同步模块可自动调节频率和电压，可以防止误操作

同期原理及方案

实现控制指标的原理及方案如下：

　１、同期控制单元

　　为了避免误操作造成发电机组对电网或电网对发电机组的冲击，防止发电机组在并网时出现故障，在同期控制中采取了双重保护措施，断路器选用欠压脱扣方式，在同期闭锁继电器控制的基础上增加一个电子同期闭锁装置，以确保并网合闸瞬间完全在满足并网的条件下进行，否则合闸操作无效（例如同步指示灯变化还较快，或相位差偏大时）。

　２、相序保护单元

　　相序保护单元用来防止主电网相序出错。

当检测电网为反相序情况时，保护单元立即发出故障信号，以避免电源相序接反而引起的各种事故。

　３、功率限制单元

　　功率限制单元由kW（有功）限制控制电路和kVA（无功）限制控制电路两部分组成。

　　kW（有功）限制控制电路采用或门形式综合来自每台发电机组提供的有功超功率检测信号，当某台发电机出现KW数超限时，相应的比较电路发出指令，由记忆电路加以记忆并通过继电器发出封锁信号。

　　kVA（无功）限制控制电路也采用或门形式综合来自每台发电机组提供的无功超功率检测信号，当某台发电机出现kVA数超限时，相应的比较电路发出指令，由记忆电路加以记忆并通过继电器发出封锁信号。

　４、接地检测单元

　　接地检测单元采用高阻抗接地检测电路，对三相600V、380V母线及各个整流柜输出的正负直流母线的接地情况进行检测，并通过相应的信号灯显示出接地故障

同步模块外形图

同步模块主要参数及功能

额定频率50Hz~60Hz

输入电压：

115V±10%或115V±10%

相角偏置：

0~±10°

电压匹配：

1%或5%

功率：

5W

电压匹配

速度匹配

断路器闭合信号

同步模块系统块图

同步模块端子图

测量回路和电力监视

测量变压器

电流互感器

电力仪表（多功能保护继电器）

交直流接地检测

发电机回路的保护

目的：

防止发电机过载损伤

切除发电机和发电机故障

发电机断路器和馈电用保护装置进行选择切除动作，并迅速切除汇流故障

发电机并联运行时，防止原动机损伤

内容：

发电机过载保护

发电机短路保护

发电机逆功率保护

发电机欠电压保护

自动卸载

发电机保护整定值

过电流：

依据发电机的额定电流值进行整定

过电压：

约690V

欠电压：

约530V

过频：

54HZ

欠频：

46HZ

逆功率：

-7%

逆序保护

柴油发电机组其他保护功能

水温高保护

低油压保护

有功功率限制电路，防止柴油机过载

无功功率限制电路，防止发电机过载

稳压电源

整流变压器

充电电路

蓄电池

电源分配电路

IFC5系列发电机励磁电路