孫學鋒，王　濤，劉興華，周　濤，鄭春旭

（國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東　淄博　255000）

移動應急電源容量提高方法研究

孫學鋒，王濤，劉興華，周濤，鄭春旭

（國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東淄博255000）

提出一種利用同期檢測并列實現(xiàn)提高應急電源容量的方法。該方法利用同期檢測并列技術(shù)，通過移動應急電源柔性并聯(lián)接入輸出裝置，將不同容量、型號的移動應急電源車并列運行，提高應急保電容量，并能提供0.4 kV、6 kV及10 kV的電壓輸出，滿足大容量客戶的應急保電需求，突破傳統(tǒng)移動應急電源車單機容量小、輸出電壓等級單一的限制，提高供電服務質(zhì)量。

移動應急電源車；同期檢測；并列運行；可調(diào)檔升壓變壓器；應急電源容量；多電壓等級

0　引言

我國智能電網(wǎng)建設的快速推進，使得電力系統(tǒng)的供電可靠性逐步提高，但采用多電源供電的煤礦、化工等重要客戶仍有停電風險，移動應急電源車在大客戶的保電需求以及大型活動（奧運會、博覽會等）的應急保電中扮演著極其重要的角色。

然而，目前各地市供電公司的應急電源容量多為50～800 kW不等，電壓等級為0.4 kV，無論是容量還是電壓等級均不能完全滿足事故應急搶險和緊急備用的要求，成為進一步提升供電優(yōu)質(zhì)服務水平的瓶頸。據(jù)市場調(diào)研，市售發(fā)電車單機最大容量為2 400 kW，只能輸出一種電壓等級，且單機造價昂貴（1 450萬元），利用率低，不適合推廣使用。

充分利用現(xiàn)有的應急發(fā)電資源，基于同期檢測并列技術(shù)，通過移動應急電源柔性并聯(lián)接入輸出裝置，將各種型號應急發(fā)電設備，利用同期并列裝置，實現(xiàn)電源并列運行，不僅能解決電源容量不足、單個電源供電時間短、無法連續(xù)供電等問題，而且可以實現(xiàn)在低壓（0.4 kV）和高壓（6 kV/10 kV）的多電壓等級輸出。

1　移動應急電源車

移動應急電源車是由汽車、柴油發(fā)電機組、輸配電及操控系統(tǒng)、高效隔音降噪箱體、進排風降噪系統(tǒng)、排氣消聲系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、液壓支撐系統(tǒng)、線纜絞盤及工具器材艙等組成［1］。由于其機動性能良好、操作簡單、低噪聲運行等優(yōu)點，廣泛應用于重大會議、事故保電、通信、搶險和軍事等活動［2］，目前各供電公司都配備有不同容量的移動應急電源車。

同蒸汽發(fā)電機組類似，柴油發(fā)電機組由柴油機及其調(diào)速系統(tǒng)、同步發(fā)電機及其勵磁系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　柴油發(fā)電機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

柴油機提供原動力，調(diào)速系統(tǒng)實時檢測發(fā)電機實際轉(zhuǎn)速，通過反饋調(diào)節(jié)柴油機的輸出動力大小，構(gòu)成轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，保證發(fā)電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，即保證電壓的頻率穩(wěn)定。發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)實時檢測發(fā)電機端電壓和負載電流調(diào)節(jié)勵磁電流大小，構(gòu)成電壓的閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)其輸出無功功率，保證發(fā)電機的輸出電能的質(zhì)量［3］。

2　同期檢測并列方式

發(fā)電機組在設計和制造時，雖然保證了輸出的電壓波形為正弦波以及電壓相序為正相序，但各臺發(fā)電機組獨立運行的機端電壓參數(shù)不盡相同。發(fā)電機組并網(wǎng)運行或發(fā)電機組之間的并列運行，必須滿足一定條件才能進行，即同期條件。

在電力系統(tǒng)中，同期方式有準同期和自同期兩種。由于自同期合閘方式的合閘瞬間發(fā)電機定子吸收大量無功功率，導致系統(tǒng)電壓下降較多，對其他用電設備的正常工作產(chǎn)生不利影響，因此該方法現(xiàn)已很少采用。相比之下，準同期并列方式的沖擊電流小，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生大的擾動，對發(fā)電機組產(chǎn)生的損傷小，目前被發(fā)電廠和變電所廣泛采用［4］。

準同期并列的理想條件是：斷路器合閘瞬間待并發(fā)電機組機端電壓與系統(tǒng)電壓 （或已運行發(fā)電機組）滿足電壓幅值差、電壓角頻率差以及相角差均為零［5］。但在實際并列操作中很難做到，一般只需滿足電壓幅值差不大于額定值的10%，頻率差不大于0.5 Hz，相位差不大于5°［6］。

準同期并列方式的條件中，有一個及以上不滿足時的并列都稱為非同期并列［7］。非同期并列會產(chǎn)生很大的沖擊電流，發(fā)電機、變壓器受到巨大的電動力作用和引起強烈發(fā)熱而造成損傷。

3　可調(diào)檔升壓變壓器

可調(diào)檔變壓器既不同于普通的三繞組變壓器，也不同于普通的可調(diào)分接頭的兩繞組變壓器，可調(diào)檔升壓變壓器在高壓側(cè)繞組上設置兩個電壓等級的檔位調(diào)節(jié)分接頭，實現(xiàn)高壓側(cè)輸出不同電壓等級。雙調(diào)檔升壓變壓器原理示意圖如圖2所示。

圖2　雙調(diào)檔升壓變壓器原理

檔位可調(diào)升壓變壓器通過高壓側(cè)Y-△轉(zhuǎn)換裝置改變繞組變壓比，將電壓由0.4 kV升高到6.3 kV/10 kV，可向用電設備提供6.3 kV或10 kV兩個電壓等級的供電電源，實現(xiàn)不同電壓等級的負荷直接接入，以滿足現(xiàn)場保電的多電壓等級需求。

4　電動機無功補償

電力系統(tǒng)及工業(yè)用電中的大部分設備，如變壓器、電動機、交直流穩(wěn)壓器、日光燈等，均為感性負載，不僅消耗有功功率，還要吸收很多無功功率，對供用電質(zhì)量帶來很大不利影響。無功補償不僅能提高電網(wǎng)及發(fā)電機組的功率因數(shù)，而且可以維持節(jié)點電壓水平，降低供電變壓器及輸送線路損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。合理地選擇補償設備裝置，可以做到最大限度減少電網(wǎng)損耗，提高供電質(zhì)量。

4.1電動機啟動仿真實驗

通過對電動機啟動過程仿真可知，電動機在啟動過程中，需要消耗大量有功和無功，尤其是對無功的需求，可達正常運行時的8～10倍。所建立的仿真模型及電動機參數(shù)如圖3、圖4所示。

模型中，三相電源為0.4 kV，50 Hz；三相異步電動機0.4 kV，額定功率75 KW，選用系統(tǒng)自帶標幺值模型，仿真結(jié)果取標幺值。電動機啟動過程的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩變化及有功、無功變化分別如圖5、圖6所示。

圖3　三相異步電動機參數(shù)

圖4　電機啟動仿真實驗模型

圖5　三相異步電動機啟動過程中轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩變化

從仿真結(jié)果中看出，在電動機啟動的1 s時間內(nèi)，消耗的有功約為正常運行的2倍，而無功的吸收達到了將近10倍的正常運行值，而且啟動瞬間的沖擊電流比正常運行值高出了3～4倍。高壓大容量三相電動機啟動過程中也會有同樣的變化，勢必會對電網(wǎng)、電動機自身以及電網(wǎng)其他設備造成損害［8］，因此，為克服電動機的啟動困難問題，一般采用軟啟動方式，即采用降壓啟動或無功補償方式啟動。

圖6　三相異步電動機啟動過程中有功、無功變化

4.2無功補償設備

無功補償設備有同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、電壓無功電壓綜合控制裝置、靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器、靜止同步補償器等［9］，根據(jù)現(xiàn)場的不同需求，可選擇相應的補償設備。

5　提高移動應急電源容量技術(shù)

設計研制移動應急電源柔性并聯(lián)接入輸出裝置，將各發(fā)電車并列運行，提高應急電源容量。該裝置（并列發(fā)電單元）分為低壓室和高壓室兩部分，低壓室包括同期測控單元、低壓擴展輸出單元、低壓同步線性無功補償單元、升壓變低壓單元及3個同期并列單元；高壓室包括6 kV、10 kV兩個電壓等級檔位可調(diào)的升壓變壓器、升壓變高壓輸出單元、電壓互感器單元、高壓無功補償單元、高壓擴展輸出單元。低壓室和高壓室封裝在可吊裝的一體化箱體內(nèi)。裝置整體示意如圖7所示。

圖7　移動應急電源柔性并聯(lián)接入輸出裝置

各單元功能如下。

1）同期測控單元控制3臺發(fā)電車同期并列，并能調(diào)節(jié)已并列的發(fā)電車運行參數(shù)，具備電壓頻率調(diào)節(jié)、虛擬電廠遠方監(jiān)控等功能。

2）低壓同期并列單元檢測并輸出應急車頻率、電壓、相位信息，接收測控單元同期并列指令，實現(xiàn)發(fā)電車與低壓母線并列。

3）低壓擴展輸出單元提供0.4 kV電源輸出接口，既能直接向用電設備供電，又能實現(xiàn)與其他多陣列電源的同期并列。

4）低壓同步無功補償單元采用零過渡過程動態(tài)補償，具有同步柔性動態(tài)調(diào)整能力，補償容量為3臺發(fā)電機最大總?cè)萘康?0%。補償單元自動跟隨當前負荷的功率因數(shù)，同步柔性補償無功，20 ms即可完成一次補償，將發(fā)電單元的功率因數(shù)控制在0.85～0.9之間，響應時間0.5 ms。

5）升壓變低壓單元聯(lián)絡升壓變壓器，具備相應保護功能。

6）檔位可調(diào)升壓變壓器通過高壓側(cè)Y-△角轉(zhuǎn)換裝置改變繞組變壓比，將電壓由0.4 kV升高到6 kV/10 kV，可向用電設備提供6 kV或10 kV兩個電壓等級的供電電源。

7）升壓變高壓輸出單元聯(lián)絡升壓變壓器，具備相應保護功能。

8）電壓互感器單元利用雙變比電壓互感器，通過檢測高壓側(cè)電源的頻率、幅值、相角，為同期并列、遠方監(jiān)控提供主動控制信息。

9）高壓無功補償單元采用固定式分組投切補償，補償總?cè)萘繛樽儔浩魅萘康?0%，根據(jù)待啟動高壓電動機的容量，閉合對應的壓板，選擇適當?shù)碾娙萜魅萘亢碗妷旱燃?。補償單元在電動機啟動的瞬間自動投入，待電動機的啟動電流下降至1.2倍的額定電流時，再自動退出，電動機進入正常運行狀態(tài)。能夠避免供電電壓瞬間跌落，提高同等容量發(fā)電單元對大電機的啟動能力。

10）高壓擴展單元提供6 kV/10 kV電源輸出接口，既能直接向用電設備供電，又能實現(xiàn)與其他多陣列電源的同期并列。

裝置的系統(tǒng)接線如圖8所示，3個同期并列單元最大均可滿足800 kW的發(fā)電車接入。

圖8　移動應急電源柔性并聯(lián)接入輸出裝置系統(tǒng)接線

利用同期檢測并列技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)3臺應急發(fā)電機（車）序列同期投入并列，而且可以實現(xiàn)與其他多陣列應急電源的同期并列，提高了應急保電總?cè)萘?，同時可提供0.4 kV、6.3 kV、10 kV 3個電壓等級的應急電源輸出。裝置外觀如圖9所示。

圖9　移動應急電源柔性并聯(lián)接入輸出裝置

6結(jié)語

基于同期檢測并列技術(shù)，設計研制的移動應急電源柔性接入輸出裝置，通過并聯(lián)不同容量的應急發(fā)電電源，實現(xiàn)應急電源的并列運行，增大移動應急保電容量，解決電源容量不足、電壓

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Methods of Improving Capacity for Removable Emergency Power Supply

SUN Xuefeng，WANG Tao，LIU Xinghua，ZHOU Tao，ZHENG Chunxu
（State Grid Zibo Power Supply Company，Zibo 255000，China）

A method of improving the capacity utilizing the synchronism detection parallel is proposed for the emergency power. Using the synchronism detection parallel technique，removable emergency power vehicles with different capacities and models can run in parallel through the removable emergency power flexibly paralleled connection and output device.Therefore，using the method can get a larger capacity of emergency power supply and offer 0.4 kV，6 kV and 10 kV output voltages to meet the emergency power demand of large-capacity customers.The proposed technique breaks the small capacity and single output voltage level limitations of the traditional removable emergency power vehicle，to improve the quality of power supply services.

removable emergency power vehicle；synchronism detection；parallel running；adjustable gear step-up transformer；emergency power capacity；multi-voltage level

TM624

B

1007-9904（2015）11-0025-04

2015-10-27

孫學鋒（1964），男，高級工程師，從事電網(wǎng)設備運維檢修管理工作。