维保措施_柴油发电机并联开关跳闸和容量分配不均损坏原因

康明斯发电机组并列运行时，如果有功功率分配严重不平衡，会造成一台发电机负载全部转移给另一台发电机，从而可能使其中一台发电机处于发电机状态，另一台超负荷运转。如果无功容量分配不均，在两发电机组之间将出现无功性质的环流，当环流太大时，会致使发电机电流过载而烧坏。有功容量或无功容量分配不均，会直接危害电站的运转安全，加强日常检查、及时处置损坏，保证柴油发电机组并列稳定、安全、经济运行至关重要。康明斯发电机组之间有功容量和无功功率的合理分配，是柴油发电机组组稳定并车运行的必要要素之一。文章结合多年发电机组柴油发电机组修理及发电机组电站调试经验，对康明斯发电机组并车运转中出现的典型损坏进行分析，并提出了消除损坏的方法。

      设有一台同步发电机打算与已经对负载供电的发电机组（市电）并机，为了在投入并机时避免出现电网流冲击和发电机转轴突然受到扭力矩而损伤定子绕组端部和转轴，并联合闸需要满足一定的条件，即投入的发电机相电势瞬时值与电网电压瞬时值应始终保持相等。以上并列合闸的要素可分为四条：

① 发电机电压和母线（市电）电压的相序要一致。康明斯发电机组在出厂时已明确规定了相序，并在出线端标明，可在装配接线时实现。

② 发电机的输出电压（励磁电势）与大电电压大小（幅值）相等且波形相同。前者通过调节发电机的励磁电流0来实现，后者在发电机规划制造时得以保证。

③ 发电机的电压频率和母线（市电）电压的频率要一致。可通过调整发电机的转速来实现与母线（大电）电压频率一致。

④ 发电机的输出电压与母线（电网）电压相位要相同，亦即发电机与市电的回路电势为零。可通过采用不一样的并网步骤，选购适当的并网瞬态来实现。

      并车合闸的程序暗灯法和灯光旋转法都可比较正确地确定刻，使合闸时无电流冲击，称为准确同步法。实际中，在需要将发电机很快投在需要将发电机很快投入并网运转时，可采用自同步法。事先校验好发电机的相序；起动发电机，使接近同步速度，励磁绕组经限流电阻短路；合上并联开关，再立即加励磁，使发电机自动牵入同步。该法操作简易，系统大概，但是合闸有电流冲击。

      暗灯法接线所示。预判合闸开关两端的电压差。

② 利用相灯来判断，即把灯泡跨接在合闸开关两端，由灯的亮暗情形来判断电压差的大小。

③ 当相序不同时，若发电机频率高于电网，则顺时针旋转；反之，则逆时针旋转。频率差越大，灯光旋速度度越快。调整程序：将发电机接到合闸开关的任何两根线对调，使相序相同。

      采用暗灯法，在相序不同时，灯光出现旋转，接线所示。通过旋转的速度和方向，可以判断发电机频率与电网频率的差别和快慢。

① 有意把相灯接在不同相的电压之间，在相序正确时使灯光旋转，这种并机合闸程序称为灯光旋转法。

② 若相序正确，则会产生灯光旋转状况康明斯电子调速器，调整发电机电压，使 Ug=Us；调节发电机速度，使灯光旋转缓慢，说明 Wg已接近于Ws；等到不交叉的相灯，即相灯1 熄灭时，说明电压相等而且同相位；即可把发电机投入电网。

③ 若按灯光旋转法接线，而发现灯光同时亮，同时灭。则说明相序接错，需要改变发电机的相序，才能进行投入。

      某用户2台类型为KC90GF型柴油发电机组（额定电压400V，额定功率90 kW，额定电流162 A，额定转速1500转/分钟，额定容量因数0.8）不可控相复励同步发电机负载试验，1#柴油发电机组运转，并入2#柴油发电机组时，出现两容量因数表一个指示容性，一个指示感性，且1#发电机电流表电流瞬时达到较大量程的不正常现象。并机冲击电流很大，引起1#发电机主开关跳闸，不能并车操作。

      如果发电机组外特征不相同，在发电机之间就有均衡电流发生，当2台发电机组的外特性在空载点重合时，此电流从外特征较平的发电机流向外特征较陡的发电机；对前者来讲，是一个感性电流，对后者来讲，是一个容性电流。使前者的内电势减小，后者的内电势升高，2台发电机的端电压趋向相等，均衡的结果，使前者运转在功率因数较低的一条特性上，后者运转在功率因数偏高的一条特征上。如果发电机原先有无功功率输出，现在再加上这一部分的无功均衡电流，矢量相加的结果使这2台发电机的总电流不再相等，功率因数也不相等。外特性差别过度时，会造成一台发电机电流过载、主开关跳闸。为了预防出现这种情况，同功率不可控相复励发电机并车运行时一般采用励磁均压线，保证其外特征曲线斜率一致，以保持无功功率分配均衡。可控相复励发电机并列运转时，则是采用无功调差机构。

      查看随机配电板原理图，并机时2台发电机励磁绕组通过2个继电器的常开触点实现励磁均压线台发电机分别供电验看，发现1#发电机合闸时对应的继电器动作，2#发电机合闸时对应的未动作。解读并联时2”发电机继电器常开触点不闭合，导致均压线未连通，出现上述损坏。

      某用户2台类型为KC310GF柴油发电机组（额定电压390 V，额定容量310 kW，额定电流574A，额定转速1500 转/分钟，额定容量因数0.8）的无刷交流同步发电机修后进行负载试验，单机负荷试验，运行参数正常，其稳态调速率和稳态电压调整率试验记录1如表1所示。

      两台机的稳态调速率均为2.4%，稳态电压调节率均为1.79%，调速特性和调压特征一致。当并列运行时，观察配电板上的容量表，两机有功功率分配均匀，但2个功率因数表显示不均匀，指针波动较大，两电流表数值相差很大，无功功率分配超出标准范围。

因单机稳态电压调整率及稳态调速率正常，并联时产生故障，根据原理图解述，可能故障起因如下几点。

（变电器）降压，与U相电流经T?变流，在调差电位器S上的压降迭加后形成取样电压u?，该取样电压不仅反映发电机端电压，还反映了发电机的无功电流Iu的大小。当无功电流增大时，取样电压u。增大，通过稳压板调节减轻励磁电流，端电压下降，从而实现了下垂特性，当各台发电机的下垂特性一致时，无功功率分配会合理均匀。在cosφ=1、0cosφ1、cos?=0（φ为功率因数）的工况下，调差系统矢量迭加如图6、图7、图8所示。

      图6表示cosφ=1的负载电流情形，调差线，与准确接法所得的取样电压u

相比变化不大；图7表示0cosφ1的负荷电流状况，调差线，与准确接法所得的取样电压u01相比有所减轻；图8表示cosφ=0的负荷电流情形，调差线，与正确接法所得的取样电压u

相比减轻很多。由此可见，电压调节器检验到的取样电压将依次减少，通过调压板调整增加励磁电流，端电压上升，无法实现下垂特性，引起并机运转发电机特性不一致，无功容量分配不均，且随着功率因数的减少，无功功率分配差值加大。（2）调差电流互感器输出线路开路。      如无功调差电流互感器输出线路开路，调差机构测得的电压不随无功电流的变化而变化，相当于无功调差不起作用，不能实现理想的下垂特性，同样导致无功容量分配不均，只是无功容量分配差值比调差线路接错要小一些。

      其机理类似于调差电流互感器输出线路开路。 

      检查时按就简原则解除故障，首先察看调差电流互感器输出线路通断情形，线圈正常；验查输入接线端子排接线是否准确或松动，验看正常；查看调差电位器阻值是否正常、变化是否平稳，严查中发现，调整调差电位器S阻值有时变化正常、有时开路，对该电位器进行替换，将电位器整定到出厂刻度值。

      调节后进行并联运转试验，过程稳定，较大无功功率分配差值为2.4%，满足无功功率分配差值小于发电机组额定无功容量的10%的标准要求，故障排除。2台发电机组并机运转试验记录1见表2。

      某用户2台型号为KC320GF康明斯发电机组（额定电压440V，额定容量320 kW，额定电流524.9 A，额定转速1800转/分钟，额定容量因数0.8）的康明斯发电机组单机负载试验，运行参数正常，其稳态调速率和稳态电压调整率试验记录2如表3所示。

      并联试验时，1#发电机组运转，并入2#发电机组时，发生2#发电机组自动抢负荷，持续上升。将1#发电机组调速板加载，又发生1#发电机组负荷持续上升，两发电机组始终无法稳定并列运转。

      有功容量分配主要取决于柴油发电机组的外特性。如图9、图10所示。

（1）如果1#发电机和2#柴油发电机组的外特点均为下降特点，如图9，2台发电机稳定并列运行时，频率是一致的，2台发电机各自承担的负荷为P

，2台发电机分别发出功率为P3、P4。如果2台柴油发电机组的外性相差很大，负荷分配也就越不均匀，即使调节柴油发电机油门，使2台发电机在总功率为20%时有一个分配预差也难以补偿，随着负荷的增加，还是有可能超出分配差值，从图3可以看出，外特性越是平坦，它所承担的负载变化值越多，分配误差越有可能超出标准范围。（2）如果1#康明斯发电机组的外特性为下降特征，2#柴油发电机组的外特征为平特征，如图10。市电频率为f，1#发电机工作点在A点，始终只承担功率P。当负荷功率等于2P时，2个发电机各承担一半容量。当负荷功率大于2P时，其超过2P的部分均由2#发电机承担。当负载容量处于P~2P之间时，2#发电机只承担总功率减去P后剩下来的、小于P的功率。当负载功率等于P时，2#发电机不承担任何容量，它的工作点在B点。如果负荷功率进一步减小，2#发电机要转入发电机工作状态运转。（3）如果2台柴油发电机组的外特点均为平特征，当这二条特征不重合时，就找不到共同运行点，即使重合，负荷也无法以一个明确的比例来分配，即使调节均匀，也极度不稳定，极易造成一台负载全部转移给另一台发电机，而使其中一台处于发电机状态，逆容量保护动作，自动退出并机运转。为了使发电机有功容量均匀分配，康明斯发电机组应满足下列3个要求：

① 各台康明斯发电机组外特性应尽量一致，并且是下降特征；② 外特性的线性度要好，并尽可能成一直线；

      通过单机试验记录观察，预判本次损坏主要缘由是2台柴油发电机组稳态调速率为0%，调速特征太平造成。需对康明斯发电机组的特性曲线进行调节，使调速特点呈下降并尽量一致。

（2）启动2#柴油发电机组，空载时调节柴油发动机调速器，将转速也调整为1803转/分钟，合闸后带额定负荷、功率因数调节为0.8，将速度也调整为1773 转/分钟。

      两机的稳态调速率均为1.7%。调整后进行并车试验，并车运转稳定，较大有功功率分配差值为3.1%，满足有功容量分配差值小于发电机组额定有功容量的15%标准要求，故障排除。2台发电机组并车运转试验记录2如表4所示。

      柴油发电机组试验流程中通常领先行单机试验，为了满足并联运行有功功率和无功功率分配差值要求，单机时应尽量调整好康明斯发电机组的稳态调速率和发电机的稳态电压调整率，使需要并机运行的发电机组的调速特性和调压特征尽量一致，并均呈现下降趋势。在并机调试程序中若出现有功容量、无功功率分配不均现象，通常在并机程序中通过调整柴油发电机速度控制器和发电机调差电位器进行有功容量和无功容量调整。此阶段调整时，单机的稳态调速率和稳态电压调节率会发生变化，此时要检查发电机组单机特性是否也满足标准要求，并做好记录。

无论发电机单机运行还是并列运行，若发电机的容量因数、电流值、电压异常，掌握发电机特征要求，查清励磁机构中各个元器件的功能以及作业原理，是保证解除故障的基础，特别在日常检修和保养中，不能随意调整电阻值，且接线端子不能随意颠倒。