什么是柴油发电机稳频装置？它该怎么维护？

柴油发电机组常在数据中心当作备用电源,与UPS配合构成完善的不间断供电系统。然而由于它的技术、构造特点,在接入或撤出重负载时,会造成电压和频率同时波动。特别是频率波动对UPS等电子设备的干扰时常重于电压波动。文中我们将介绍降低柴油发电机组频率波动的新技术——稳频装置及其维护经验。下面我们一起来看一下。

一、柴油发电机组的技术及构造特点

柴油发电机组(简称发电机组)是由柴油发动机(简称发动机,因为比汽油发动机劲大,中、大型发电机组都用柴油发动机)的曲轴(主轴)刚性连接着同步发电机(简称发电机)的转轴(转子轴)同速、同步转动发电的机器。为了有足够大的力量带动发电机发电,发动机的输出功率比发电机的输出功率大1.6～2倍。这称为匹配比。

根据技术及构造的需要,专用于发电机组的发动机若无特殊要求,其主轴的转速都是1500r/min(25r/s)。这是因为发电机定子三相绕组和中间的转子励磁绕组的构造特点,当发动机带着转子轴转动时,转子上励磁绕组的电磁场扫过三相绕组,绕组所产生的电压频率正好是50Hz。符合国家电力标准。

这就是说,发电机的输出频率是由发动机转速决定的。要想发电机组在额定输出功率范围内,无论负载如何变化都能保持输出频率稳定,那就必须用稳频装置实时调控发动机的转速。

二、并联运行机组监控卡在柴油发电机中的应用

柴油发电机组并联运行,常用于提高电力供应可靠性的冗余供电或对已有机组的增容。并联运行中的各发电机组不仅要求输出电压的相序相同,输出电压的幅度、频率和相位也要相等,而且共同承担的负载的有功功率和无功功率,应在每台发电机组之间均分。装在每台发电机组中的并联运行机组监控卡实时采集以上六项数据,依照更佳并联运行数据模型和算法,计算、推演这些数据并得到最宜的调节量调控本机组,保证其处于良好的并联运行状态。同时还将这些数据传送给其它发电机组与其同步。

各发电机组输出频率的稳定和同步是并联运行的重要条件之一。造成频率变化的原因是并联运行各机组共用的输出母排所连接的负载在接入、撤出中引起的有功功率变化。因为有功功率是负载中的电阻消耗发电机的输出电流而形成的,电流的变化引起发电机定子电磁场对转子吸引力的变化,即发电机转速的变化,也就是输出频率或相位的变化。

三、频率波动的成因与影响

与市电相比，再大输出功率的发电机组都是微不足道的。由于其输出功率容量有限,所以它对负载的输入功率、输入电流高次谐波分量、输入功率因数等都有适应性要求。否则就会使用电设备和发电机组都处于不良的工作状态之中。

1.电压和频率波动的成因

发动机带着发电机发电时,其定子内的三相绕组以120°电角度顺序向负载输出电压和电流。一般情况下,输入功率相当于发电机组输出功率60%左右的用电设备接入发电机组输出端时,就会引起频率和电压明显甚至强烈的波动。这是因为负载此刻要输入很大的电流,从而导致三相绕组内电流猛增,此电流产生的强大电磁力吸引发电机转子,使其转速随之变慢,频率和电压瞬间低落。可见用电设备接入时需要输入多大的电流,是它和发电机组能否处于正常工作状态的关键因素。

2.频率波动的影响及应对

频率的波动不仅对用电设备产生影响,也对发电机组自身的工作状态造成干扰。数据中心的发电机组被ATS切入,对UPS供电时刻,或大或小的频率波动随之产生。这对于依靠输入电压频率和相位调控电路输出量值(整流器电路)或改变电路工作状态(旁路系统)的UPS必然造成干扰。有的会使整机处于不良工作状态,严重的会导致整机不能工作。

其实频率波动对UPS和发电机组的影响也是相对的,恰当地选择两者的功率比是有效地应对措施。实际工作中得到的经验是:对于输入功率因数接近于1,输入电流高次谐波分量小于10%的高频UPS,其输入功率在发电机组额定输出功率80%以下时,频率的波动不会影响正常工作。而工频UPS只能选择55%以下。

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