柴油發(fā)電機(jī)組帶載正常嗎?柴油發(fā)電機(jī)組能帶多少負(fù)荷?這類問(wèn)題一直是困擾運(yùn)維和測(cè)試人員。對(duì)于從事IT行業(yè)的人來(lái)說(shuō),從測(cè)試到運(yùn)維階段,油機(jī)帶載,經(jīng)常會(huì)遇到電壓升高,振蕩波動(dòng),輕則油機(jī)退出運(yùn)行,重則燒毀設(shè)備,造成宕機(jī)。
    本文探討油機(jī)常見(jiàn)的負(fù)載形式,了解柴油發(fā)電機(jī)組使用過(guò)程中比較代表性的痛處,并在實(shí)際工作中避免柴油發(fā)電機(jī)組故障運(yùn)行。
      非線性負(fù)載的大量應(yīng)用,使系統(tǒng)線路中的節(jié)點(diǎn)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(cè)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(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)、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(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。
一、容性負(fù)載
　　由于柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)ISO8528標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有要求容性負(fù)載的能力，大部分廠家都沒(méi)有容性負(fù)載設(shè)備對(duì)所生產(chǎn)的柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢測(cè)。一般情況下，我們借助于交流發(fā)電機(jī)的P-Q曲線圖來(lái)確定它的帶載能力，而P-Q曲線圖容性區(qū)域是通過(guò)理論計(jì)算出來(lái)的，沒(méi)有實(shí)際測(cè)試來(lái)修正其真實(shí)的帶載范圍。　　
　

　　為彌補(bǔ)容性真實(shí)帶載能力的空白,某廠家針對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行帶載測(cè)試,測(cè)試分為兩種方式:測(cè)試一:完全關(guān)閉發(fā)電機(jī)的所有保護(hù)功能,測(cè)試最大容性負(fù)載的能力;測(cè)試結(jié)果和計(jì)算的偏差較大,見(jiàn)圖4。
　　
　　測(cè)試二:保護(hù)限值限定機(jī)組帶50%容性負(fù)載,超過(guò)上限值,機(jī)組報(bào)警停機(jī)。某廠家對(duì)某型號(hào)機(jī)組進(jìn)行容性負(fù)載測(cè)試,帶1250kVAR負(fù)載,即50%的容性負(fù)載,見(jiàn)圖5。
　　
　　眾所周知,容性負(fù)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(huì)在主轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電流,剛好與勵(lì)磁電流是正向疊加,使主轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng),所以從勵(lì)磁來(lái)的電流必須減少,才能讓發(fā)電機(jī)輸出電壓保持穩(wěn)定?！　?/span>
　　容性負(fù)載越大,勵(lì)磁機(jī)的輸出必須越小;當(dāng)容性負(fù)載大到一定程度時(shí),勵(lì)磁機(jī)的輸出必須減到0。勵(lì)磁機(jī)的輸出為0,就是發(fā)電機(jī)的極限;此時(shí),發(fā)電機(jī)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(lì)限制”。切勿讓發(fā)電機(jī)組工作在“欠勵(lì)限制”附近區(qū)域,如圖6。
　　
　　在我們實(shí)際應(yīng)用中，認(rèn)為在功率因數(shù)在-0.7以下，導(dǎo)致電壓升高的太多，過(guò)電壓報(bào)警停機(jī)，或者是失磁報(bào)警停機(jī)；是容性過(guò)載的典型表現(xiàn)。功率因數(shù)大多可以從柴油發(fā)電機(jī)組控制器中讀出。
　　
二、感性負(fù)載
　　低壓柴油發(fā)電機(jī)組被我們廣泛熟知,近些年來(lái),隨著IT負(fù)荷的增大,高壓發(fā)電機(jī)組由于電壓高電流小的優(yōu)勢(shì)迅速大量使用,給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)新的問(wèn)題。工廠負(fù)載測(cè)試方式單一,負(fù)載形式固定,與實(shí)際工況存在較大差異。現(xiàn)場(chǎng)很多非線性負(fù)載設(shè)備,如UPS、高壓直流、各種變頻裝置,甚至常見(jiàn)的電力變壓器,都可以使柴油發(fā)電機(jī)組帶載過(guò)程經(jīng)受一波又一波的考驗(yàn)。由于帶容性負(fù)載的電樞反應(yīng)是助磁效應(yīng),電壓呈增加的趨勢(shì),柴油發(fā)電機(jī)組帶感性負(fù)荷和容性負(fù)載則剛好相反,感性負(fù)載電樞反應(yīng)是去磁效應(yīng),電壓降低?！　?/span>
交流發(fā)電機(jī)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(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,由于感性過(guò)載引起的柴油發(fā)電機(jī)組過(guò)載的情況非常少見(jiàn),柴油發(fā)電機(jī)組帶感性負(fù)載的能力比帶容性負(fù)載的能力大得多?！?/span>
　　高壓發(fā)電機(jī)組后端經(jīng)變壓器降壓供電,部分用戶出現(xiàn)勵(lì)磁涌流沖擊引起發(fā)電機(jī)過(guò)載保護(hù)停機(jī)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(guò)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(gè)過(guò)流已經(jīng)大大的超過(guò)了發(fā)電機(jī)的額定容量,電壓會(huì)嚴(yán)重下降,有些負(fù)載因失壓而斷電。同時(shí)勵(lì)磁涌流含有高次諧波,會(huì)對(duì)部分柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)造成干擾。所以對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō),因?yàn)闄z測(cè)設(shè)置差異報(bào)出各種不同的告警內(nèi)容,如過(guò)流、低壓、低頻、三相負(fù)載不平衡和負(fù)相序等等。
　　

　　在設(shè)備安裝后的聯(lián)合調(diào)試過(guò)程中,應(yīng)合理設(shè)定各項(xiàng)參數(shù),如逆功保護(hù),過(guò)流上限,三相不平衡等,使柴油發(fā)電機(jī)組能躲開(kāi)勵(lì)磁涌流的沖擊,避免多臺(tái)并列運(yùn)行機(jī)組中部分機(jī)組解列停機(jī),退出運(yùn)行,造成不必要的事故擴(kuò)大?！　?/span>
　　但有個(gè)特例,我們必須重視:請(qǐng)勿在柴油發(fā)電機(jī)組重載情況下,投入空載變壓器。柴油發(fā)電機(jī)組帶空載變壓器運(yùn)行,臺(tái)數(shù)也必須限制,以免造成過(guò)壓,過(guò)壓見(jiàn)圖10～圖13。PT二次側(cè)電壓從80V升至近97V。
　　
三、復(fù)合型負(fù)載
    對(duì)具體項(xiàng)目來(lái)說(shuō),一般不會(huì)只有容性負(fù)載或感性負(fù)載。線性負(fù)載和非線性負(fù)載客觀同時(shí)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(fù)載。這些負(fù)載由于諧波含量大,造成柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和電壓異常,柴油機(jī)出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音變化。高壓直流模塊因啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大,造成機(jī)組較大的電壓降,導(dǎo)致斷路器失壓脫扣動(dòng)作?！　?/span>

　　不管系統(tǒng)如何復(fù)雜,容性負(fù)載可造成電壓?jiǎn)蜗蛟龈?感性負(fù)載可造成電壓?jiǎn)蜗蚪档?。而?fù)合性負(fù)載在現(xiàn)場(chǎng)條件具備的場(chǎng)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(fù)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(shí)際上就是形成了“系統(tǒng)振蕩”或“系統(tǒng)諧振”的現(xiàn)象。　　
　　目前高壓發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)一般通過(guò)小電阻接地,有別于低壓發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)直接接地,高壓發(fā)電機(jī)后端連接多個(gè)變壓器。有的項(xiàng)目帶實(shí)際IT負(fù)荷,還掛假容性負(fù)載的電容補(bǔ)償柜測(cè)試做有功和無(wú)功滿負(fù)荷測(cè)試。增加了系統(tǒng)發(fā)生LC諧振的風(fēng)險(xiǎn),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(guò)程中配電系統(tǒng)同時(shí)也在釋放超常規(guī)的能量,細(xì)心和膽大的朋友若能身臨其境,可看到其蹤跡,聽(tīng)到它曾來(lái)過(guò)。在實(shí)際運(yùn)維或測(cè)試項(xiàng)目中,我們應(yīng)盡可能做到以下幾點(diǎn),確保油機(jī)帶載所有設(shè)備的安全運(yùn)行?！　?/span>
　　①有設(shè)備異常的非正常帶載,如設(shè)計(jì)了10臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,實(shí)際只用幾臺(tái)機(jī)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(fù)載的能力,更容易導(dǎo)致異常情況發(fā)生;　　
　?、趯?duì)于低壓柴油發(fā)電機(jī)組,良好的接地非常必要。有條件的場(chǎng)合,應(yīng)單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn);　　
　?、燮茐漠a(chǎn)生LC振蕩的條件,正確按設(shè)計(jì)操作規(guī)范操作設(shè)備;　　
　　④如果監(jiān)測(cè)到諧波幅值很大,達(dá)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(shí)這個(gè)幅值電壓也接近“欠勵(lì)限制”附近區(qū)域。　　
　　事實(shí)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(yán)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(dòng)力來(lái)源,各電氣設(shè)備或負(fù)載之間所能產(chǎn)生的諧波振蕩一般所能維持的時(shí)間都不會(huì)太長(zhǎng),這主要是各電氣設(shè)備或負(fù)載的儲(chǔ)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(fù)載之間可能產(chǎn)生諧波振蕩的概率。除非發(fā)電機(jī)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。