柴油發(fā)電機(jī)組常在數(shù)據(jù)中心當(dāng)作備用電源,與UPS配合構(gòu)成完善的不間斷供電系統(tǒng)。然而由于它的技術(shù)、構(gòu)造特點(diǎn),在接入或撤出重負(fù)載時(shí),會(huì)造成電壓和頻率同時(shí)波動(dòng)。特別是頻率波動(dòng)對UPS等電子設(shè)備的干擾時(shí)常重于電壓波動(dòng)。文中我們將介紹降低柴油發(fā)電機(jī)組頻率波動(dòng)的新技術(shù)——穩(wěn)頻裝置及其維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。下面我們一起來看一下。

一、柴油發(fā)電機(jī)組的技術(shù)及構(gòu)造特點(diǎn)

柴油發(fā)電機(jī)組(簡稱發(fā)電機(jī)組)是由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(簡稱發(fā)動(dòng)機(jī),因?yàn)楸绕桶l(fā)動(dòng)機(jī)勁大,中、大型發(fā)電機(jī)組都用柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的曲軸(主軸)剛性連接著同步發(fā)電機(jī)(簡稱發(fā)電機(jī))的轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)子軸)同速、同步轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電的機(jī)器。為了有足夠大的力量帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率比發(fā)電機(jī)的輸出功率大1.6～2倍。這稱為匹配比。

根據(jù)技術(shù)及構(gòu)造的需要,專用于發(fā)電機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)若無特殊要求,其主軸的轉(zhuǎn)速都是1500r/min(25r/s)。這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)定子三相繞組和中間的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的構(gòu)造特點(diǎn),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶著轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子上勵(lì)磁繞組的電磁場掃過三相繞組,繞組所產(chǎn)生的電壓頻率正好是50Hz。符合國家電力標(biāo)準(zhǔn)。

這就是說,發(fā)電機(jī)的輸出頻率是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的。要想發(fā)電機(jī)組在額定輸出功率范圍內(nèi),無論負(fù)載如何變化都能保持輸出頻率穩(wěn)定,那就必須用穩(wěn)頻裝置實(shí)時(shí)調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

二、并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組監(jiān)控卡在柴油發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,常用于提高電力供應(yīng)可靠性的冗余供電或?qū)σ延袡C(jī)組的增容。并聯(lián)運(yùn)行中的各發(fā)電機(jī)組不僅要求輸出電壓的相序相同,輸出電壓的幅度、頻率和相位也要相等,而且共同承擔(dān)的負(fù)載的有功功率和無功功率,應(yīng)在每臺發(fā)電機(jī)組之間均分。裝在每臺發(fā)電機(jī)組中的并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組監(jiān)控卡實(shí)時(shí)采集以上六項(xiàng)數(shù)據(jù),依照更佳并聯(lián)運(yùn)行數(shù)據(jù)模型和算法,計(jì)算、推演這些數(shù)據(jù)并得到最宜的調(diào)節(jié)量調(diào)控本機(jī)組,保證其處于良好的并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)還將這些數(shù)據(jù)傳送給其它發(fā)電機(jī)組與其同步。

各發(fā)電機(jī)組輸出頻率的穩(wěn)定和同步是并聯(lián)運(yùn)行的重要條件之一。造成頻率變化的原因是并聯(lián)運(yùn)行各機(jī)組共用的輸出母排所連接的負(fù)載在接入、撤出中引起的有功功率變化。因?yàn)橛泄β适秦?fù)載中的電阻消耗發(fā)電機(jī)的輸出電流而形成的,電流的變化引起發(fā)電機(jī)定子電磁場對轉(zhuǎn)子吸引力的變化,即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化,也就是輸出頻率或相位的變化。

三、頻率波動(dòng)的成因與影響

與市電相比，再大輸出功率的發(fā)電機(jī)組都是微不足道的。由于其輸出功率容量有限,所以它對負(fù)載的輸入功率、輸入電流高次諧波分量、輸入功率因數(shù)等都有適應(yīng)性要求。否則就會(huì)使用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)組都處于不良的工作狀態(tài)之中。

1.電壓和頻率波動(dòng)的成因

發(fā)動(dòng)機(jī)帶著發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí),其定子內(nèi)的三相繞組以120°電角度順序向負(fù)載輸出電壓和電流。一般情況下,輸入功率相當(dāng)于發(fā)電機(jī)組輸出功率60%左右的用電設(shè)備接入發(fā)電機(jī)組輸出端時(shí),就會(huì)引起頻率和電壓明顯甚至強(qiáng)烈的波動(dòng)。這是因?yàn)樨?fù)載此刻要輸入很大的電流,從而導(dǎo)致三相繞組內(nèi)電流猛增,此電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁力吸引發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,使其轉(zhuǎn)速隨之變慢,頻率和電壓瞬間低落?？梢娪秒娫O(shè)備接入時(shí)需要輸入多大的電流,是它和發(fā)電機(jī)組能否處于正常工作狀態(tài)的關(guān)鍵因素。

2.頻率波動(dòng)的影響及應(yīng)對

頻率的波動(dòng)不僅對用電設(shè)備產(chǎn)生影響,也對發(fā)電機(jī)組自身的工作狀態(tài)造成干擾。數(shù)據(jù)中心的發(fā)電機(jī)組被ATS切入,對UPS供電時(shí)刻,或大或小的頻率波動(dòng)隨之產(chǎn)生。這對于依靠輸入電壓頻率和相位調(diào)控電路輸出量值(整流器電路)或改變電路工作狀態(tài)(旁路系統(tǒng))的UPS必然造成干擾。有的會(huì)使整機(jī)處于不良工作狀態(tài),嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致整機(jī)不能工作。

其實(shí)頻率波動(dòng)對UPS和發(fā)電機(jī)組的影響也是相對的,恰當(dāng)?shù)剡x擇兩者的功率比是有效地應(yīng)對措施。實(shí)際工作中得到的經(jīng)驗(yàn)是:對于輸入功率因數(shù)接近于1,輸入電流高次諧波分量小于10%的高頻UPS,其輸入功率在發(fā)電機(jī)組額定輸出功率80%以下時(shí),頻率的波動(dòng)不會(huì)影響正常工作。而工頻UPS只能選擇55%以下。

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