电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组的设计

喻小涛，陈传勇，朱 彬

（泰豪电源技术有限公司，江西 南昌 330020）

0 引 言

一般情况下，单台柴油发电机组只会与一路保安段电源同期并联切换，但是有很多电厂，存在多路保安工作和备用电源，当保安段工作和备用电源恢复供电时，存在柴油发电机组与多路保安段工作和备用电源同期并联切换，而只通过柴发并网模块不能实现柴油发电机组与多路保安段工作和备用电源同期切换，需要通过柴发并网模块与PLC组合才能实现柴油发电机组分别与多路保安段工作和备用电源同期切换。

通过柴发并网模块与PLC组合可以实现机组分别与多路保安电源同期并联切换，确保多路保安电源的不间断供电。因此，为了满足电厂的上述应用需求，设计研发了电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组。

1 电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组的设计要求

1.1 电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组技术参数要求

电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组技术参数见表1。

表1 电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组技术参数

1.2 电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组性能指标要求

本项目所选用的柴油发电机组应达到GB/T 2820.1—2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组》中规定的G3等级要求，因此，此次设计的电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组性能指标要求参照G3等级见表2。

表2 电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组性能指标

2 电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组设计

2.1 电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组结构设计

单台柴油发电机组主要由发动机、发电机、联轴器、底盘、排气消声系统、散热器、蓄电池组系统等组成。结构形式为：发动机、发电机、散热器、蓄电池组系统安装在底盘上，其中发电机和发动机通过联轴器连接，并通过减震器安装在底盘上，机组控制柜采用独立柜并且安装在机组附近，通过机组接线转接盒实现与机组的控制连接，操作面板离地高度适中，便于人员操作；整个机组安装时，在底盘与机房基础间加橡胶垫，用地脚螺栓安装在基础上；排气消声系统以悬挂式安装方式安装在机房天花板的支吊架上。机组结构布置如图1所示。

图1 机组结构布置图

2.2 单台柴油发电机组与多路保安电源同期并联切换方案

如图2所示，电厂有多路保安段电源（保安A段工作电源、保安A段备用电源、保安B段工作电源、保安B段备用电源）时，自动模式下通过保安段失压信号或DCS远方启动信号启动柴油发电机组，发电参数正常后，柴发出口开关1ZK1自动合闸，当检测到保安PC段电压正常后且保安段仍失压，先跳开失压保安段工作和备用电源进线开关（3ZK1、3ZK2、4ZK1、4ZK2），再合相应柴发电源开关（2ZK1、2ZK2），由柴油发电机组给失电的保安A、B段供电；当保安段工作和备用电源恢复后，DCS发恢复保安A段工作电源信号给PLC，PLC输出同期采样切换信号给柴发并网模块，并网模块开始采样保安A段工作电源电压，同时PLC输出开始反同期信号给柴发并网模块，此时并网模块调节发电电压（调压）和频率（调速）[1]，当达到同步后，并网模块输出已同步信号给PLC，由PLC控制保安A段工作电源进线开关3ZK1合闸，合闸成功后PLC输出已并网信号给并网模块，此时通过并网模块实现负载平稳转移切换，柴发带固定功率（可设）同期20 s后分闸柴发电源开关2ZK1；同理，保安A段备用电源、保安B段工作电源、保安B段备用电源恢复过程同上，当确认所有保安段电源均恢复正常后，DCS发远程停机命令，柴发出口开关1ZK1分闸，同时机组冷却散热停机。机组工作原理框图如图3所示。

图2 一次系统图

图3 工作原理框图

2.3 灭火星消音降噪方案

柴油发电机组中的消声器能有效降低机组排气噪声，减小噪声对环境的影响。但本项目为电厂用发电机组，使用场所要求较高，而发动机排烟温度又高达500 ℃，如果不对排气气流做处理，消声器排烟出口处的排烟气流中易带未能燃尽的火星，在具有可燃性气体环境下使用容易引起安全隐患。因此，本设计在消声器中设置灭火星膨胀腔，起到熄灭火星的作用，提高发电机组使用的安全性。同时灭火星膨胀腔下方设置集灰盒，集灰盒底部设有堵头，以便清除集灰。此外，为降低消声器表面温度，更安全地使用消声器，同时提高表面银粉漆使用寿命，消声器四周设置隔热层，如图4所示[2]。

图4 灭火星消声器

2.4 100%突加负载调节方案

为实现机组100%突加负载功能，设计中通过调节发电机AVR的参数来实现突加100%负载。为了使发电机组在负载变化的情况下（突加和突卸负载），可遵循ISO8528-3和ISO8528-5电压和频率下降的规则，并能承受更大的负载冲击。当发电机组在突加负载的情况下，我们采用负载缓冲模块调整参数，当负载缓冲模块检测到发动机频率超过4%时，负载缓冲模块会快速降低13%的电压，这将减少发电机组25%的负载，有助于发动机转速和发电机电压的快速恢复。

根据图5给出的发电机AVR软件里面电压和频率的曲线关系，可以看出通过增大电压和频率的比值，当柴油发电机组突加100%负载时，发电电压下降的幅度大，发电机组所带的有功负载减少，此时机组能够快速恢复发电电压和转速，从而实现发电机组突加100%也能够保持正常运行[3]。

图5 突加负载时电压和频率曲线

2.5 机房进排风电动百叶窗控制方案

机房安装有2个进风和1个排风电动百叶窗，为了实现机组的连续正常，要求机组在启动前打开进排风电动百叶窗，如果进排风电动百叶窗没有打开，即机组控制器在设定的时间内没有电动百叶窗打开的位置反馈信号，机组禁止启动，同时控制器报电动百叶窗故障，只有进排风电动百叶窗完全打开后才允许机组启动运行，避免机组在封闭的机房内运行出现高水温现象；电动百叶窗关闭的条件是机组完全停止后延时关闭，这样有利于机组的冷却散热，同时可以避免机组还没有完全停机百叶窗提前关闭，造成损坏电动百叶窗[4]。图6所示为通过控制器PLC程序控制电动百叶窗的程序。

图6 电动百叶窗控制程序

3 结 论

此次研发设计的电厂多路保安电源同期并联切换柴油发电机组主要为电厂提供安全、稳定、可靠的备用电源。通过现场带载测试，结果表明：该机组各项技术性能指标均达到或优于设计时要求的指标。该机组采用功能全面的智能控制系统和PLC控制，能显示发电机组的各种参数，实现机组自启动、自动与多路保安电源并网等功能，并能对机组多种异常状况提供自动保护报警、停机功能；该机组能够实现100%突加负载不停机，满足电厂负载的使用需求，同时该机组采用灭火星消音降噪技术，有效降低机组排气噪声，减小噪声对环境的影响，提高发电机组使用的安全性。满足在可燃性气体环境下使用。