柴油發(fā)電機組帶載正常嗎?柴油發(fā)電機組能帶多少負荷?這類問題一直是困擾運維和測試人員。對于從事IT行業(yè)的人來說,從測試到運維階段,油機帶載,經(jīng)常會遇到電壓升高,振蕩波動,輕則油機退出運行,重則燒毀設(shè)備,造成宕機。
    本文探討油機常見的負載形式,了解柴油發(fā)電機組使用過程中比較代表性的痛處,并在實際工作中避免柴油發(fā)電機組故障運行。
      非線性負載的大量應(yīng)用,使系統(tǒng)線路中的節(jié)點電壓或線路電流波形產(chǎn)生畸變,這些畸變的電壓或電流波形都具有周期性,其周期與工頻交流電的周期完全一致,幅值是可測量的、連續(xù)變化的有限值,即畸變波形都是有界的。這種連續(xù)變化的非正弦周期電壓和電流施加在系統(tǒng)之上,會引起系統(tǒng)電壓波動、潮流周期性變化、諧振易于誘發(fā)、穩(wěn)定裕量降低,導(dǎo)致電能質(zhì)量、輸電效率和設(shè)備使用壽命降低,嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。
一、容性負載
　　由于柴油發(fā)電機組行業(yè)ISO8528標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求容性負載的能力，大部分廠家都沒有容性負載設(shè)備對所生產(chǎn)的柴油發(fā)電機組進行檢測。一般情況下，我們借助于交流發(fā)電機的P-Q曲線圖來確定它的帶載能力，而P-Q曲線圖容性區(qū)域是通過理論計算出來的，沒有實際測試來修正其真實的帶載范圍?！　?/span>
　

　　為彌補容性真實帶載能力的空白,某廠家針對容性負載進行帶載測試,測試分為兩種方式:測試一:完全關(guān)閉發(fā)電機的所有保護功能,測試最大容性負載的能力;測試結(jié)果和計算的偏差較大,見圖4。
　　
　　測試二:保護限值限定機組帶50%容性負載,超過上限值,機組報警停機。某廠家對某型號機組進行容性負載測試,帶1250kVAR負載,即50%的容性負載,見圖5。
　　
　　眾所周知,容性負載上的電流是超前于電壓的,這些(流經(jīng)主定子的)超前的電流會在主轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電流,剛好與勵磁電流是正向疊加,使主轉(zhuǎn)子磁場增強,所以從勵磁來的電流必須減少,才能讓發(fā)電機輸出電壓保持穩(wěn)定?！　?/span>
　　容性負載越大,勵磁機的輸出必須越小;當(dāng)容性負載大到一定程度時,勵磁機的輸出必須減到0。勵磁機的輸出為0,就是發(fā)電機的極限;此時,發(fā)電機輸出電壓將不能自我穩(wěn)定,這種電源就不合格了。這種限制又稱為“欠勵限制”。切勿讓發(fā)電機組工作在“欠勵限制”附近區(qū)域,如圖6。
　　
　　在我們實際應(yīng)用中，認為在功率因數(shù)在-0.7以下，導(dǎo)致電壓升高的太多，過電壓報警停機，或者是失磁報警停機；是容性過載的典型表現(xiàn)。功率因數(shù)大多可以從柴油發(fā)電機組控制器中讀出。
　　
二、感性負載
　　低壓柴油發(fā)電機組被我們廣泛熟知,近些年來,隨著IT負荷的增大,高壓發(fā)電機組由于電壓高電流小的優(yōu)勢迅速大量使用,給實際應(yīng)用帶來新的問題。工廠負載測試方式單一,負載形式固定,與實際工況存在較大差異?，F(xiàn)場很多非線性負載設(shè)備,如UPS、高壓直流、各種變頻裝置,甚至常見的電力變壓器,都可以使柴油發(fā)電機組帶載過程經(jīng)受一波又一波的考驗。由于帶容性負載的電樞反應(yīng)是助磁效應(yīng),電壓呈增加的趨勢,柴油發(fā)電機組帶感性負荷和容性負載則剛好相反,感性負載電樞反應(yīng)是去磁效應(yīng),電壓降低?！　?/span>
交流發(fā)電機標(biāo)定的功率在功率因數(shù)0.8～1(滯后)之間的任何功率因數(shù)工況下提供滿載電流。所以在實際應(yīng)用過程中,由于感性過載引起的柴油發(fā)電機組過載的情況非常少見,柴油發(fā)電機組帶感性負載的能力比帶容性負載的能力大得多。　
　　高壓發(fā)電機組后端經(jīng)變壓器降壓供電,部分用戶出現(xiàn)勵磁涌流沖擊引起發(fā)電機過載保護停機的狀況。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成,是一種非常重要的變電設(shè)備,在交流電配電系統(tǒng)中非常重要,空載變壓器在合閘起壓過程中,一般不可避免產(chǎn)生比變壓器額定電流大6～8倍的暫態(tài)浪涌電流。這個過流已經(jīng)大大的超過了發(fā)電機的額定容量,電壓會嚴重下降,有些負載因失壓而斷電。同時勵磁涌流含有高次諧波,會對部分柴油發(fā)電機組控制系統(tǒng)計量監(jiān)控系統(tǒng)造成干擾。所以對于柴油發(fā)電機組的控制系統(tǒng)來說,因為檢測設(shè)置差異報出各種不同的告警內(nèi)容,如過流、低壓、低頻、三相負載不平衡和負相序等等。
　　

　　在設(shè)備安裝后的聯(lián)合調(diào)試過程中,應(yīng)合理設(shè)定各項參數(shù),如逆功保護,過流上限,三相不平衡等,使柴油發(fā)電機組能躲開勵磁涌流的沖擊,避免多臺并列運行機組中部分機組解列停機,退出運行,造成不必要的事故擴大。　　
　　但有個特例,我們必須重視:請勿在柴油發(fā)電機組重載情況下,投入空載變壓器。柴油發(fā)電機組帶空載變壓器運行,臺數(shù)也必須限制,以免造成過壓,過壓見圖10～圖13。PT二次側(cè)電壓從80V升至近97V。
　　
三、復(fù)合型負載
    對具體項目來說,一般不會只有容性負載或感性負載。線性負載和非線性負載客觀同時存在于變配電系統(tǒng)中,如UPS、高壓直流,變頻調(diào)速等非線性負載。這些負載由于諧波含量大,造成柴油發(fā)電機組轉(zhuǎn)速和電壓異常,柴油機出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音變化。高壓直流模塊因啟動時電流過大,造成機組較大的電壓降,導(dǎo)致斷路器失壓脫扣動作?！　?/span>

　　不管系統(tǒng)如何復(fù)雜,容性負載可造成電壓單向增高,感性負載可造成電壓單向降低。而復(fù)合性負載在現(xiàn)場條件具備的場合,LC諧振起振條件滿足的情況下,產(chǎn)生具有破壞性暫態(tài)振蕩的高電壓,形成LC諧振負載。造成電壓和頻率忽高忽低,周期性緩慢變化,一旦出現(xiàn)這種情況,實際上就是形成了“系統(tǒng)振蕩”或“系統(tǒng)諧振”的現(xiàn)象?！　?/span>
　　目前高壓發(fā)電機組中性點一般通過小電阻接地,有別于低壓發(fā)電機組中性點直接接地,高壓發(fā)電機后端連接多個變壓器。有的項目帶實際IT負荷,還掛假容性負載的電容補償柜測試做有功和無功滿負荷測試。增加了系統(tǒng)發(fā)生LC諧振的風(fēng)險,如圖14所示。
　　
　　伴隨系統(tǒng)諧振,變壓器和配電系統(tǒng)通常經(jīng)歷異常聲響。振蕩過程中配電系統(tǒng)同時也在釋放超常規(guī)的能量,細心和膽大的朋友若能身臨其境,可看到其蹤跡,聽到它曾來過。在實際運維或測試項目中,我們應(yīng)盡可能做到以下幾點,確保油機帶載所有設(shè)備的安全運行?！　?/span>
　?、儆性O(shè)備異常的非正常帶載,如設(shè)計了10臺機組并聯(lián)運行,實際只用幾臺機組帶載,大大減小了系統(tǒng)容量,減小系統(tǒng)帶容性和感性負載的能力,更容易導(dǎo)致異常情況發(fā)生;　　
　?、趯τ诘蛪翰裼桶l(fā)電機組,良好的接地非常必要。有條件的場合,應(yīng)單獨設(shè)置接地點;　　
　?、燮茐漠a(chǎn)生LC振蕩的條件,正確按設(shè)計操作規(guī)范操作設(shè)備;　　
　?、苋绻O(jiān)測到諧波幅值很大,達到基波幅值的1/5以上,就完全有可能危及到電力系統(tǒng)的安全,甚至使電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓崩潰。同時這個幅值電壓也接近“欠勵限制”附近區(qū)域?！　?/span>
　　事實上,電力系統(tǒng)中的“諧振”或“振蕩”反映了電氣量變化的一種客觀物理規(guī)律,它是自然諧振頻率的體現(xiàn),也是誘發(fā)系統(tǒng)振蕩的重要原因之一,嚴重的有可能導(dǎo)致諧波放大效應(yīng)的出現(xiàn)。一般情況下,由于諧波缺少動力來源,各電氣設(shè)備或負載之間所能產(chǎn)生的諧波振蕩一般所能維持的時間都不會太長,這主要是各電氣設(shè)備或負載的儲能是有限的。如果系統(tǒng)中的所有電氣設(shè)備都具有控制功能,就能基本消除設(shè)備或負載之間可能產(chǎn)生諧波振蕩的概率。除非發(fā)電機產(chǎn)生了諧波振蕩,因這種諧波振蕩是可持續(xù)的,它能提供諧振所需的能量。