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        礦用電動(dòng)輪自卸車柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

        2017-10-13 21:33:38陳雪亮姜鈺梁
        船電技術(shù) 2017年3期
        關(guān)鍵詞:自卸車整車發(fā)電機(jī)

        陳雪亮,姜鈺梁

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        礦用電動(dòng)輪自卸車柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

        陳雪亮,姜鈺梁

        (武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所,武漢 430064)

        以礦用電動(dòng)輪自卸車上使用的雙柴發(fā)機(jī)組為例,提出了柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)的兩種方案。在分析兩種方案利弊的同時(shí),詳細(xì)介紹了直流母線并網(wǎng)的設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)可為多柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)提供解決方案。

        柴發(fā)機(jī)組 直流母線 并網(wǎng)

        0 引言

        隨著電力電子技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。非公路用大型運(yùn)輸車輛傳動(dòng)技術(shù)發(fā)生了日新月異的變化,電動(dòng)輪自卸車作為其中一員,隨著傳動(dòng)系統(tǒng)的整體升級(jí)改造,主要配件國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì)勢(shì)不可擋。本文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)某新型多輪傳動(dòng)礦用電動(dòng)輪自卸車的系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析,提出了自卸車雙柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的兩種具體實(shí)現(xiàn)方案,并對(duì)其進(jìn)行分析比較。

        1 設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介

        某礦用電動(dòng)輪整車具備兩臺(tái)柴發(fā)機(jī)組,并采用16×16多輪全動(dòng)力結(jié)構(gòu),按軸線從前向后的方式分為5組。其中,第一軸線的車輪無(wú)動(dòng)力輸出,只起到導(dǎo)向作用;第二、四軸線的牽引電機(jī)由A母線供電;第三、五軸線的牽引電機(jī)由B母線供電。當(dāng)兩柴發(fā)機(jī)組同時(shí)工作,出于系統(tǒng)需求,要實(shí)現(xiàn)兩發(fā)電機(jī)間的負(fù)荷均衡,并保證整車動(dòng)力的平衡輸出。

        由于孤立電網(wǎng)中,發(fā)電機(jī)的有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)取決于負(fù)載,所以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁,既可以改變發(fā)電機(jī)的有功功率,又可以改變發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率[1]。故采用并網(wǎng)的方式,將所有負(fù)載看做一個(gè)整體,由兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組同時(shí)為所有牽引電機(jī)供能,經(jīng)由兩個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器間的通信來(lái)調(diào)整兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組的輸出,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整車輸出總功率的均衡分配[2]。

        2 交流并網(wǎng)方案

        2.1 交流并網(wǎng)結(jié)構(gòu)介紹

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組輸出端分別裝有2個(gè)熔斷器(FU1、FU2),再經(jīng)過(guò)整流裝置分別為A、B機(jī)組牽引電機(jī)供電。其中,A、B交流母線可以通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)K實(shí)現(xiàn)交流并網(wǎng);A、B直流母線電氣上隔離。

        交流母線并網(wǎng)運(yùn)行必須具備如下條件:

        1)電壓大小一致,波形相同;

        2)相位相同;

        3)頻率相同;

        4)相序一致。

        以上四個(gè)條件需同時(shí)滿足。如果任何一個(gè)條件不滿足,將在發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生短路環(huán)流,造成發(fā)電機(jī)繞組過(guò)熱,甚至燒毀。故在并網(wǎng)之前,需要對(duì)2臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控,并防止人為誤操作對(duì)整車系統(tǒng)造成惡劣的影響。

        2.2 交流母線并網(wǎng)具體實(shí)現(xiàn)方案

        將兩臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出電壓調(diào)節(jié)到符合并聯(lián)條件后,通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)K3實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。其中,發(fā)電機(jī)輸出的電壓值由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制;發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率通過(guò)柴油機(jī)調(diào)速器EFC對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制來(lái)實(shí)現(xiàn);發(fā)電機(jī)輸出電壓波形由發(fā)電機(jī)負(fù)載決定,本系統(tǒng)中僅需考慮整流負(fù)載引起的發(fā)電機(jī)輸出波形畸變;發(fā)電機(jī)輸出電壓相序由發(fā)電機(jī)廠家在制造時(shí)決定,并保證發(fā)電機(jī)輸出電纜的正確接線。

        方案的具體實(shí)現(xiàn):

        將兩臺(tái)柴發(fā)機(jī)組正確接線,并校好相序;

        啟動(dòng)一號(hào)柴發(fā)機(jī)組,使其正常工作在額定電壓、額定頻率下;

        啟動(dòng)第二號(hào)柴發(fā)機(jī)組,將已投入運(yùn)行的一號(hào)機(jī)組做為基準(zhǔn),對(duì)二號(hào)機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中,輸出電壓頻率通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié);輸出電壓大小通過(guò)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

        等待兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的大小、頻率和相位一致時(shí),閉合母聯(lián)開(kāi)關(guān)K,實(shí)現(xiàn)交流母線并網(wǎng)。

        其中,并網(wǎng)條件是否已達(dá)成可通過(guò)電壓表、轉(zhuǎn)速/頻率表等測(cè)試儀表來(lái)觀察。

        3 直流母線并聯(lián)方案

        3.1 直流并網(wǎng)結(jié)構(gòu)介紹

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組輸出經(jīng)過(guò)整流裝置共同為所有牽引電機(jī)供電;A、B直流母線可以通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)K實(shí)現(xiàn)直流并網(wǎng)。其中,A、B交流母線電氣上隔離。

        為了減小系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電壓波動(dòng),并且在負(fù)載需要周期性峰值電流時(shí),系統(tǒng)可以短暫提供較大的電流來(lái)維持穩(wěn)定輸出,系統(tǒng)中存在較大容值的直流支撐電容。故在兩直流母線并聯(lián)時(shí),A、B直流母線的電壓差不宜過(guò)大,否則易造成支撐電容的損毀[3]。故在并網(wǎng)之前,需要對(duì)兩組直流母線之間的電壓差進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控,并適當(dāng)增加硬件安全保護(hù)措施,防止因控制信號(hào)收到干擾導(dǎo)致的誤操作對(duì)整車系統(tǒng)造成惡劣的影響。

        3.2 直流母線并網(wǎng)具體實(shí)現(xiàn)方案

        直流母線并網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)如圖3所示,A+和A-、B+和B-之間分別裝有電壓檢測(cè)器TV1、TV2,TV1和TV2連接至電壓比較繼電器KV,A+和B+母線之間安裝直流接觸器KM,并網(wǎng)控制繼電器KA和KM連接,A-和B-母線之間安裝保護(hù)用熔斷器FU。為防止KM在兩組直流母線電壓值相差過(guò)大時(shí)誤導(dǎo)通,采用直流母線電壓比較環(huán)節(jié)以保證器件的安全運(yùn)行:將兩組直流母線電壓傳感器TV1、TV2的采樣值接入電壓比較繼電器KV中,整車發(fā)送并網(wǎng)信號(hào)至KA,當(dāng)且僅當(dāng)A、B直流母線電壓差值在允許值以內(nèi),比較繼電器KV閉合,此時(shí)直流接觸器KM導(dǎo)通,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直流母線并網(wǎng)。

        4 母線并聯(lián)方案比較

        方案一:對(duì)于系統(tǒng)而言,增加設(shè)備較少,主要操作由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和整車控制器來(lái)實(shí)現(xiàn),但是對(duì)控制精度的要求較高,對(duì)司機(jī)提出了更高的操作要求,且由于發(fā)電機(jī)輸出繞組不隔離,在實(shí)際使用過(guò)程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)較高。方案二:將發(fā)電機(jī)和整流裝置看做一個(gè)整體,控制簡(jiǎn)單。其中,發(fā)電機(jī)輸出繞組相互隔離,不存在環(huán)流問(wèn)題,無(wú)需考慮兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、相位、相序關(guān)系[4]。

        5 結(jié)論

        基于以上分析及說(shuō)明,經(jīng)與甲方協(xié)商決定采用直流母線并聯(lián)的方案。系統(tǒng)具備試驗(yàn)條件后,在甲方聯(lián)調(diào)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng),開(kāi)展了該部分的調(diào)試試驗(yàn)。針對(duì)整車系統(tǒng)的實(shí)際情況,選取1200 rpm、1500 rpm、1700 rpm、1900 rpm四個(gè)特征轉(zhuǎn)速點(diǎn)進(jìn)行并聯(lián)負(fù)載試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:兩機(jī)組基本可以做到負(fù)荷均衡,功率/電流偏差均可以控制在5%以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期值,為整車可靠運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

        [1] 黃建明. 直流模塊式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電工電能新技術(shù), 2014, (04): 26-31.

        [2] 章心因,吳在軍,郝思鵬,程桂林. 風(fēng)力發(fā)電直流并網(wǎng)及變速直流發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制研究[J]. 電測(cè)與儀表,2012,10:60-64.

        [3] 王常騏,郭家虎. 風(fēng)電場(chǎng)直流并網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究[J].電網(wǎng)技術(shù), 2014, (11):3065-3071.

        [4] 王賽一,華月申.基于微網(wǎng)的分布式風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)并網(wǎng)典型方案研究[J]. 上海節(jié)能, 2016,(03):160-170.

        Grid-Connected Plan of Diesel Generator Set for Motor Wheel Mine Dumper

        Chen Xueliang, Jiang Yuliang

        (Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

        TM314

        A

        1003-4862(2017)03-0019-02

        2016-09-15

        陳雪亮(1984-),男,工程師。研究方向:控制理論與控制工程專業(yè)。

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