摘要：为提高内燃机发电机组（如柴油发电机组、燃气发电机组等）作备用电源的电力系统与主市电电源实现最佳的电源切换配合，结合内燃发动机动力的自然机械特性，本文对“备用电源”与“主市电网”切换之间的设计要素进行了分析，提出了几点合理化的建议，对提高内燃机作“备用电源”的“供电系统”的供电品质有着十分重要的意义；
关键词：内燃发电机组；备用电源；自动切换；供电品质
引言
对于高电源质量的需求方来说（比如医院，核电站，数据中心等基础设施），紧急备用电源可靠与否，不仅关乎到人们正常的生产生活秩序，更是关乎到财产、生命安全和近乎全民的利益。伴随着各行各业科学技术发展和人们生活水平的不断提升，近年来，各社会单位对电力系统的可靠性要求也越来越高，同时也在不断加大着对备用电源的实际投入，提升紧急状况下社会的应急能力已成为人民群众的广泛需求之一。这其中，由内燃机驱动的发电机组作为这种保障的中坚力量显得尤为重要。结合内燃机驱动的发电机组在其机械驱动机理上的特点，如何使得备用电源实现可靠地和主电网安全准确地切换是一个值得深究的重要课题。
1.配置双电源自动切换的重要意义
在遇到突如起来的电力中断的情况下，电源自动切换装置能够快速侦测主电源供电质量的一些主要参数，确认失败后，在系统预设的判别时间内，自动输出起动“备用电源”的信号（一般用数字信号）。与此同时，“备用电源”接收到主电源的失败信号，开始经历自动唤醒起机程序。当备用电源建立成功后，自动切换双电源开关将主回路切换至“备用电源”侧，最终完成负载的的供电自动从主用转至备用的过程。在这个进程中，由电源自动转换装置大大缩短了电力中断的时长，最大程度上为安全生产生活争取了宝贵时间。
2.电源切换系统配置的合理建议
2.1自动电源切换装置的“主电源失败”判别设定建议
当市电停电故障预发生时，自动切换装置应对市电电源的质量做持续性判别，需要强调的是，电压和频率两个重要指标必须是在连续的时间内发生过低过高或失电的情况，才能判别市电主电源失效成立。一定要防止因为间歇性电源短暂“跳闸”，或电源质量的暂态变化导致的“假主电源失效”等情况引起的故障情况，如果是这样，则系统不应给出起动信号给“备用电源”，目的是为了避免机组因为接到“假信号”而频繁盘车起机。因此，将十分有必要建议对市电失败的合理判别步骤。建议的方法是，采用在连续时间内的持续性变化这种方式，也就是说，在某个累计持续计时周期达到某个变化的条件，才能判别为市电主电源失败。假设在持续判别的时间段内，出现了主市电电源恢复正常的情况，则应立刻中断市电失败的判别程序，双电源转换开关维持原位置不切换。若电源在短暂恢复后，再次出现失败，则因重新进入连续时间进行判别，这种情况在设定的判别时间内累计持续发生，则认为市电失败成立，此时，双电源开关应开始切换，并给“备用电源”相应的起动信号。根据实际的应用经验表明，主市电电源的持续失败判别“连续时间”一般不短于10秒钟。综上，我们可以深刻认识到，自动电源切换装置并不是越快发信号给“备用电源”起动越好，而应该根据实际情况，设定相应的判别标准，除了根据实际经验以外，还要结合当地的主市电电源的质量来确定，不可一概而论。
2.2电源自动切换装置对“主电源恢复”应思考的重要判别过程
当“备用电源”正在运行时遇到主市电电源恢复正常，首先由电源自动切换系统进行判别，确定在连续时间内电源持续正常，则可以将负载的回路切换至“主市电电源”侧，这个过程和以上“主电源失败”的判别程序十分类似。此时，需要特别注意的是，不仅要考虑到机组运行的综合持续稳定性，还应考虑到主电网失电等突发情况再次来袭等因素。因此，即便是完成了主备电源的切换工作，也不应立即停止内燃发电机组，而应让其待机空载持续运行一段时间，比如设定两分钟左右，一方面可以有效防止短时间内再度发生主市电电源故障，方便将负载立即重新转至备用电源。另一方面，空载冷机这个过程对于延长内燃发动机的使用寿命也会有极大的帮助。
2.3内燃机“备用电源”机械特性和电源自动切换装置的关系
根据内燃发电机组的特性总结表明，第一，内燃机组机起动程序是有一个相对长的过程的，这个过程包括发动机的正常盘车、发电机的励磁、建压等，即便是世界上最优性能的内燃发电机组，这个进程也是绝不能省略的，因此，想要做到电源的最佳切换迅速，就必须充分了解该性能。制定合理的切换步骤，才能避免盲目追求切换速度，避免导致负载“无计划”突然中断。第二，内燃机驱动的发电组，连续频繁的起动和停止将直接影响到机组的使用寿命，表现最突出的就是起动马达频繁盘车，将很可能会导致过热而早衰，或者直接损坏。因此发动机不仅每次盘车需要设置一个起动间隔（通常这个间隔是内燃机组连续起动的最低设定，比如两次起动间隔至少10S以上）来保证机动马达不至过热而造成故障。同时，发动机在极短时间内直接带负荷运行，也会直接影响到设备最终的使用性能，这一点也是自动电源切换装置不能直接给信号让备用机组立刻起动的重要因素之一。
2.4结合电源自动切换装置实现“不间断”电源供应的一种方法
使用相应功率的UPS电源设置在“电源自动切换装置”的负载输出回路中（原理示意图1），当市电“主电源”有效判别失电的同时，发电“备用电源”还在起动过程中，这个暂态过程则可由UPS来负责全荷供电，UPS电源供电时长一般不会超过2-5分钟，待备用电源正常运行后，再由其接管进行正常供电。当主市电电源再次重新恢复正常时，则由自动电源切换装置转向主市电侧供电，同样在这个电源切换的暂态时间里，还是由UPS电源来进行“瞬时供电”。这样一来，在电源要求较高的情况下，将不会出现任何电源中断的情况，有效保证了整个电源系统的稳定性。
3.结语
综上，主用电源和备用电源之间的可靠切换直接关系到下游用户的用电安全，因此，必须树立严谨的科学态度，全面细致地深究在电源自动切换技术的各个方面，加强严格缜密的思维，对提高社会生活品质、生产力和保障人民群众财产和生命安全有着十分深远的意义。
参考文献
[1]孙长生.燃气轮机发电机组控制系统[M].北京：中国电力出版社，2013.5.7.
论文作者:曹春生
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
标签：电源论文; 市电论文; 机组论文; 装置论文; 时间内论文; 内燃机论文; 过程论文; 《电力设备》2017年第15期论文;