張 潔

(青島前進(jìn)船廠，山東 青島 200331)

柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行是一種重要運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)船舶電網(wǎng)負(fù)荷用電量較大或船舶?？看a頭、狹水道航行等特殊情況下，就會(huì)啟動(dòng)第二臺(tái)或更多的柴油發(fā)電機(jī)組參與發(fā)電以滿足更大的船舶負(fù)荷要求。2臺(tái)或2臺(tái)以上柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的供電品質(zhì)和可靠運(yùn)行必須滿足相序一致、頻率一致和電壓一致3個(gè)基本前提，其中相序由發(fā)電機(jī)制造和電纜布置確定，頻率和電壓則與柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行特性密不可分。柴油機(jī)的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率和發(fā)電機(jī)的靜態(tài)電壓調(diào)整率是柴油發(fā)電機(jī)組正常并聯(lián)運(yùn)行以及運(yùn)行品質(zhì)的決定因素。

柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)負(fù)荷分配不均和負(fù)荷分配不穩(wěn)等現(xiàn)象，會(huì)直接影響電站系統(tǒng)的運(yùn)行安全，甚至對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組本身造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有功功率分配不平衡，低負(fù)荷時(shí)往往會(huì)在并聯(lián)機(jī)之間引起有功環(huán)流，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)逆功；高負(fù)荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組已經(jīng)滿載或過載，而另1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組仍處于輕載狀態(tài)，機(jī)組過載會(huì)引起柴油發(fā)電機(jī)組安全保護(hù)裝置動(dòng)作，影響整個(gè)電站系統(tǒng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成柴油機(jī)拉缸等重大傷害。

1 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷分配超差

1.1 故障描述

3臺(tái)TBD604柴油發(fā)電機(jī)組修后單機(jī)水阻負(fù)荷試驗(yàn)，運(yùn)行參數(shù)正常，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 TBD604柴油發(fā)電機(jī)組單機(jī)水阻負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

1.2 故障分析和定位

由表1知，3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組單機(jī)水阻負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)無明顯異常、機(jī)組運(yùn)行時(shí)無異常現(xiàn)象、電壓調(diào)整率基本一致，穩(wěn)態(tài)調(diào)速率1#機(jī)組和2#機(jī)組基本一致，3#機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率較其他2臺(tái)機(jī)組偏大。

柴油發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速理論上為設(shè)定的恒定轉(zhuǎn)速，從而確保供電時(shí)頻率穩(wěn)定以滿足設(shè)備使用要求，然而機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中由于負(fù)荷不斷發(fā)生變化，柴油機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速會(huì)偏離設(shè)定值。這種隨著負(fù)荷增大或減小而發(fā)生實(shí)際轉(zhuǎn)速偏離設(shè)定值的關(guān)系，稱為柴油機(jī)的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率。穩(wěn)態(tài)調(diào)速率允許柴油機(jī)轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，這種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化反映在發(fā)電機(jī)組上就是發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率的變化。

柴油發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率不同，即在設(shè)定轉(zhuǎn)速相同的情況下，帶同樣負(fù)荷后，不同機(jī)組柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速下降的幅度不同，發(fā)電機(jī)電壓的頻率不同，機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行后頻率相同，此時(shí)并聯(lián)柴油發(fā)電機(jī)組各自承擔(dān)的負(fù)荷不同。以1#機(jī)組帶載，3#機(jī)組并車為例，3#機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)速率高，并車后帶載使3#機(jī)組轉(zhuǎn)速按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速率曲線下降，1#機(jī)組負(fù)荷轉(zhuǎn)移至3#機(jī)組的同時(shí)轉(zhuǎn)速按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速率上升，直至2臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)速完全一致，各自承擔(dān)相應(yīng)的負(fù)荷。如果并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率一致或接近，則并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的負(fù)荷分配按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速率曲線比較均衡，如果存在明顯偏差會(huì)導(dǎo)致在并車后負(fù)荷分配不均衡，其程度主要由穩(wěn)態(tài)調(diào)速率的差別大小決定。

根據(jù)機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析判斷該故障為穩(wěn)態(tài)調(diào)速率調(diào)整不當(dāng)造成，需要對(duì)3#柴發(fā)機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率參照1#機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)速率曲線進(jìn)行調(diào)整。

1.3 故障處理和效果驗(yàn)證

3#柴油發(fā)電機(jī)組重新進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)，滿負(fù)荷后調(diào)節(jié)電壓至390 V，調(diào)節(jié)電子調(diào)速器的DROOP電位器，使頻率升高到48.7 Hz，然后主機(jī)卸荷，測(cè)量記錄電壓和頻率，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

完成調(diào)整后進(jìn)行并車試驗(yàn)，以2#機(jī)組和3#機(jī)組為例，實(shí)船負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表3所示，負(fù)荷分配均衡，滿足修后檢驗(yàn)要求。

2 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)表波動(dòng)

2.1 故障描述

3臺(tái)12V190型柴油發(fā)電機(jī)組，修后單機(jī)純水阻負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)無異常，試驗(yàn)期間無異?，F(xiàn)象，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表2 3#柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)速率參數(shù)調(diào)整后負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

表3 2#機(jī)組和3#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄表

表4 12V190 BCD1柴油發(fā)電機(jī)組水阻負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)任意2臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行無異常，帶船上負(fù)荷進(jìn)行并車時(shí),發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)表顯示幅度0.2范圍內(nèi)，周期0.5 s左右的波動(dòng)。

帶船上負(fù)荷試驗(yàn)期間觀察發(fā)現(xiàn)任意2臺(tái)機(jī)組或3臺(tái)機(jī)組并聯(lián)都會(huì)有不同程度的功率因數(shù)表抖動(dòng)情況，功率表未發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)。

2.2 故障分析和故障定位

柴油發(fā)電機(jī)組輸出的總功率為視在功率，包括有功功率和無功功率，有功功率用于保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，無功功率用于電路內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交換，在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。無功功率不對(duì)外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊?/p>

功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，是衡量電氣設(shè)備性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。水阻負(fù)荷試驗(yàn)中負(fù)荷的特性為純阻性，發(fā)電機(jī)輸出的功率基本上完全消耗在水阻負(fù)荷上，視在功率中主要為有功功率，功率因數(shù)接近1。

3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組單機(jī)運(yùn)行工況正常，負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)無異常，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，任意兩機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)表抖動(dòng)現(xiàn)象，可以判斷有功功率分配正常。帶船上負(fù)荷與水阻負(fù)荷的區(qū)別是船上負(fù)荷通常為感性負(fù)荷，此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出功率包括有功功率和無功功率，分析判定導(dǎo)致雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行中功率因數(shù)表抖動(dòng)的原因?yàn)闊o功分配不均震蕩。無功功率在柴油發(fā)電機(jī)組當(dāng)前輸出功率中的比重不斷變化，會(huì)引起功率因數(shù)表波動(dòng)，與實(shí)際現(xiàn)象符合，該現(xiàn)象主要是由于并聯(lián)運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)差特性曲線不一致導(dǎo)致。

柴油發(fā)電機(jī)組的調(diào)差特性是指發(fā)電機(jī)端電壓隨該電機(jī)無功負(fù)荷變化而變化的曲線，當(dāng)前3臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)調(diào)差為正調(diào)差特性，即當(dāng)無功電流或無功功率增加時(shí)端電壓隨之下降，柴油發(fā)電機(jī)組中所配1FC5系列發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)調(diào)差一般設(shè)定在2%～3.6%范圍內(nèi)。

2.3 故障處理和效果驗(yàn)證

在船上負(fù)荷工況下(雙機(jī)共200 kW，單機(jī)100 kW)對(duì)發(fā)電機(jī)AVR調(diào)壓板、調(diào)差裝置分別進(jìn)行了調(diào)整，兩機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)表抖動(dòng)現(xiàn)象有明顯改善，幅度在±0.03范圍內(nèi)，周期在1 s左右。

重新用負(fù)荷桶加電抗器模擬船上感性負(fù)荷，分別對(duì)3臺(tái)發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)調(diào)差裝置電位器調(diào)整，統(tǒng)一各臺(tái)發(fā)電機(jī)組調(diào)差特性曲線。調(diào)試后兩機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)表在水阻及電抗器負(fù)荷工況下，低工況下幅度在±0.01范圍內(nèi)、周期在0.1 s左右。實(shí)船負(fù)荷工況下兩機(jī)組并車100 kW負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)表幅度在±0.01范圍內(nèi)，周期在2 s左右抖動(dòng)，200 kW后無波動(dòng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5所示。

表5 12V190 BCD1型柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

3 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率分配不穩(wěn)

3.1 故障描述

2臺(tái)500 kW柴油發(fā)電機(jī)組，配置為TBD604L6型柴油機(jī)、1FC5型發(fā)電機(jī)，ECG1000-J型電子調(diào)速器，通過配電板內(nèi)機(jī)組控制器采集機(jī)組運(yùn)行參數(shù)并控制電子調(diào)速器調(diào)速完成并車狀態(tài)下的負(fù)荷分配。單機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)正常，數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 TBD604L6型柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)單機(jī)數(shù)據(jù)匯總表

100 kW負(fù)荷并車試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組互相搶負(fù)荷的現(xiàn)象，負(fù)荷分配不穩(wěn)，總負(fù)荷增大后負(fù)荷分配有改善，250 kW以上負(fù)荷并車試驗(yàn)時(shí)機(jī)組可穩(wěn)定均勻分配負(fù)荷，功率因數(shù)表無抖動(dòng)，機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行期間配電板內(nèi)負(fù)荷分配器動(dòng)作正常。

3.2 故障分析和故障定位

單機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行無異常，可初步判斷系統(tǒng)硬件無故障，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷分配表現(xiàn)為2臺(tái)并聯(lián)機(jī)組來回拉負(fù)荷無法穩(wěn)定。遙控調(diào)速電位器阻值不均勻可導(dǎo)致調(diào)速不均勻，使轉(zhuǎn)速變化過快或緩慢引起調(diào)速系統(tǒng)超調(diào)，始終在調(diào)整過程中無法穩(wěn)定；柴油發(fā)電機(jī)組電子調(diào)速器性能不匹配可導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)組調(diào)整曲線不一致，負(fù)荷調(diào)整速度慢，嚴(yán)重時(shí)無法穩(wěn)定。

調(diào)速電位器在發(fā)電機(jī)組單機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)共用一個(gè)通道，單機(jī)試驗(yàn)中手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)速轉(zhuǎn)速變化均勻，無異常，同時(shí)斷電檢查調(diào)速線路絕緣良好，調(diào)速電位器電阻變化均勻，可以排除調(diào)速電位器的因素。

2臺(tái)并聯(lián)發(fā)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)速率過低，在低負(fù)荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，以1#和2#柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行帶100 kW負(fù)荷為例，負(fù)荷分配器調(diào)節(jié)一次，對(duì)應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速上升或下降4轉(zhuǎn)，由表6可以看到2#發(fā)電機(jī)過低的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行時(shí)該機(jī)組負(fù)荷分配超調(diào)，無法實(shí)現(xiàn)2臺(tái)并聯(lián)機(jī)組負(fù)荷分配穩(wěn)定。

2臺(tái)并聯(lián)發(fā)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)速率如果過高，則會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷分配器動(dòng)作后負(fù)荷轉(zhuǎn)移慢，并聯(lián)機(jī)組實(shí)現(xiàn)負(fù)荷穩(wěn)定分配的過程較長(zhǎng)。根據(jù)故障現(xiàn)象分析判斷2臺(tái)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率需要調(diào)整和匹配。

3.3 故障處理措施和效果驗(yàn)證

重新進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)，調(diào)整1#、2#柴油發(fā)電機(jī)組電子調(diào)速器性能，將2臺(tái)機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)速率統(tǒng)一調(diào)整為3%左右。

調(diào)整穩(wěn)態(tài)調(diào)速率后，進(jìn)行負(fù)荷并車試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示，并車試驗(yàn)中2臺(tái)機(jī)組負(fù)荷分配均勻，滿足試驗(yàn)要求。

表7 穩(wěn)態(tài)調(diào)速率性能試驗(yàn)記錄表

4 對(duì)策和建議

4.1 轉(zhuǎn)速傳感器安裝和線路檢查

檢查轉(zhuǎn)速傳感器的安裝，安裝中要注意轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)準(zhǔn)飛輪的齒頂，安裝完成后手動(dòng)盤車，檢查間隙正常后電動(dòng)盤車。防止由于安裝距離太遠(yuǎn)無法起動(dòng)，或運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速信號(hào)丟失導(dǎo)致游車。

檢查電子調(diào)速器齒條連桿無松動(dòng)，執(zhí)行器接線牢靠，接觸良好，避免偶發(fā)性轉(zhuǎn)速跳變。

4.2 初始值設(shè)定和參數(shù)調(diào)整

遙控調(diào)速的電動(dòng)電位器應(yīng)設(shè)定在中間位置后通過電子調(diào)速器轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器設(shè)定柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，確保額定轉(zhuǎn)速上下可調(diào)范圍大致相同。

空車電壓按照要求調(diào)整為統(tǒng)一值，單機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)將電壓調(diào)整率和穩(wěn)態(tài)調(diào)速率調(diào)整為統(tǒng)一值，穩(wěn)態(tài)調(diào)速率推薦調(diào)整值為3%，確保并車后電壓調(diào)整率推薦調(diào)整值為4%。

5 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行中影響有功功率分配穩(wěn)定、均衡的還有調(diào)速器線性、執(zhí)行器和高壓油泵齒條連桿安裝、執(zhí)行期油門反饋電位器精度、機(jī)械零位等因素；影響無功功率分配的還有AVR調(diào)壓線性，旋轉(zhuǎn)整流器等因素。但只要是合格的調(diào)速器和調(diào)壓系統(tǒng)，關(guān)鍵因素還是穩(wěn)態(tài)調(diào)速率和靜態(tài)電壓調(diào)整率這兩個(gè)特性的調(diào)整，這是決定機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定，負(fù)荷均衡的關(guān)鍵因素。