（兰州电源车辆研究所有限公司 甘肃兰州 730050）
摘要：现今，我国火力发电机组已经进入大容量、高参数的时代。通常在火电厂出现全厂停电的情况下，为了保证汽轮机组顺利停机以及重要系统能够正常运行的情况下不损坏主要设备，设置了保安电源。柴油发电机组是保证大型火电厂在发生突发性厂用电系统失电时能够安全停机和快速恢复供电的必备设备，它与机组的直流系统、UPS电源共同配合，完成保证失电时主机及附属设备不损坏、自动控制系统能有效工作的重要任务。根据《火力发电厂设计技术规程》规定，“容量为200MW及以上的机组应设置交流保安电源。交流保安电源宜采用快速起动的柴油机组。”因此，柴油机组保安电源业已成为各火力发电厂的首选。而保安电源应急机组的自动监控系统在应急启动、快速供电这一过程中扮演重要角色。能否灵敏地检测到厂用电失电、能否紧急时刻快速准确地实时启动应急机组，是决定事故后果的关键因素。基于此，文章针对当前我国电厂这一实际现状，介绍了大功率柴油发电机组电气性能参数，描述了机组的多台直流电动机启动单元、并网发电、电气保护和监控系统。
关键词：大功率；柴油发电机组；电气系统
1大功率柴油发电机组主要参数
柴油发电机组是以柴油机为原动机，拖动同步发电机发电的一种电源设备。是一种起动迅速、操作维修方便、投资少、对环境的适应性能较强的发电装置。本文所研究的大功率柴油发电机组主要参数如下：额定功率2800kW，额定电压10.5kV，额定频率50Hz，额定功率因数0.8；电压整定范围≥±5%；频率降≤3%；稳态频率带≤1.5%，瞬态频率偏差（突减）≤+10%，瞬态频率偏差（突加）≤-7%，恢复时间≤3s；稳态电压偏差≤±1%，瞬态电压偏差（突减）≤+20%，瞬态电压偏差（突加）≤-15%，恢复时间≤4s；并机有功分配差度≤±10%，并机无功分配差度≤±10%。
2发电机组的电动机启动
由于大功率柴油机的启动负载转距较大，采用了多台小型直流电动机并联运行的方案来启动柴油机，于是在启动机组的过程中就有一个如何保证多台电动机输出轴的小齿轮能够与柴油机的大齿轮啮合，然后同时出力来启动柴油机的问题。对直流启动电动机的对外接口进行改造，将其输出轴的行程开关从原来电枢回路中独立出来，将多台电动机的行程开关触点串接后，再与控制电动机电枢回路的直流接触器的线圈串接，保证了全部电动机输出轴的小齿轮都与柴油机大齿盘全部啮合后，电动机的电枢回路再得电，避免了因个别启动电动机的齿轮未与柴油机启动齿盘啮合而造成其他电动机过载而烧毁，从而保护了启动电动机。改造后的2台电动机同步启动原理图如图1所示。
图1改造后的2台电动机同步启动原理图
3机组的发电系统
在机组的发电系统中配置了一款针对发电机组开发的国产控制器，这款发电机组控制器除了完成机组的启动、停机、发电参数显示之外，还可以根据机组的燃油、冷却水温度和机油压力等状态人为地调节机组的功率输出数值，来满足客户的功率要求。
3.1柴油机的保护
机组控制器配置了扩展模块，可以接收柴油机的模拟量和开关量信号，并在控制器的显示屏上翻页显示。根据柴油机的保护要求，在控制器上可以灵活设置柴油机的相关参数报警值，以达到保护柴油机的目的。
3.2并网发电
发电机使用永磁机作为副励磁机，给励磁系统提供功率电源。采用ABBUNITROL1000-7型自动电压调节器，根据发电机电压、电流检测结果，自动调节磁势而改变气隙中的磁场，使发电机的输出电压保持恒定。在柴油机上配置了WOODWARD公司的UG液压式执行器和2301D型电子调速控制器作为调速装置。在调速过程中，升速/降速采用开关量的信号输入给2301D型电子调速控制器，经过其内部工作后，就转换为0～200mA的电流信号，然后输出给UG执行器，UG执行器通过扭矩电机和随动柱塞的共同作用，将给定的电路信号转换成输出轴的转角输出，从而调节柴油机喷油泵的供油量，达到调节柴油机转速和功率的目的。按下机组控制器面板上的“并网”按钮，机组控制器以检测到的电网电压和频率为依据，分别向机组的调压和调速装置发出模拟量信号，调整机组的电压和频率，当二者的误差在控制器的设定范围内后，控制器自动地向连接机组与电网之间的断路器发出“合闸”命令，使机组与电网连接。反之，如果在规定时间内控制器没有将机组与电网信号的误差调整到设定范围内，则机组停机，并发出“并网失败”报警信号。
3.3电气保护
机组配置了电气保护装置，在其显示界面上可以显示机组的电压、电流、频率、功率等电气参数，并按照设置的保护参数进行报警。机组的相关电气计算如下：Pe=UeIecos
式中，额定功率Pe=2800kW；额定电压Ue=10.5kV；功率因数cos=0.8。经过计算得出机组的额定电流：Ie=2800/×10.5×0.8≈192.5A；另外，电压互感器变比为10500/100，电流互感器变比为400/5，电流互感器二次侧的额定电流：Ie2=192.5/400×5≈2.4A电气保护器中的各保护参数设置如表1所示。
4机组监控系统的设计
通过安装在机组控制柜上的控制器的界面，可以查看机组相关参数，了解机组的工作状况，并可根据机组的状况或客户的用电量要求，人为地改变机组的功率输出值，以满足客户的不同要求。但在多台机组同时运行的情况下，经常性地巡视机组、增加/减少功率值和启机/停机，给现场工作人员增加了大量的工作，造成了人力的浪费。为此，开发了监控系统，通过组网，将所有机组的状态通过一台电脑集中显示，既直观明了，又减少了现场工作人员的数量，大大降低了不必要的工作量，极大地方便了现场工作人员。监控系统除可进行远程监视和控制，以实现数据采集、设备控制、参数调节和各类报警之外，还具有数据存储、历史数据曲线显示/打印等功能，方便了技术人员对机组进行数据分析和检测。
参考文献:
[1]李颖.核应急柴油发电机组电气系统国产化设计[J].中国核电,2015,03:225-230.
[2]路清淇.超高层建筑柴油发电机组系统电气设计[J].现代建筑电气,2012,12:47-50.
[3]雷朝辉.火电厂保安电源柴油发电机组电气系统改造[J].价值工程,2011,35:61-62.
[4]刘谊露,夏斌.康明斯柴油发电机组电气控制系统故障分析[J].工程机械,2010,11:60-63+102.
[5]邓赐邦,赵福建.核电应急柴油发电机组机外压缩空气系统设计及抗震计算研究[J].中国新技术新产品,2016,18:66-67.
论文作者:张军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/7
标签：机组论文; 柴油机论文; 控制器论文; 电压论文; 电动机论文; 柴油发电机组论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第11期论文;