柴油發電機組常在數據中心當作備用電源,與UPS配合構成完善的不間斷供電系統。然而由于它的技術、構造特點,在接入或撤出重負載時,會造成電壓和頻率同時波動。特別是頻率波動對UPS等電子設備的干擾時常重于電壓波動。文中我們將介紹降低柴油發電機組頻率波動的新技術——穩頻裝置及其維護經驗。下面我們一起來看一下。

一、柴油發電機組的技術及構造特點

柴油發電機組(簡稱發電機組)是由柴油發動機(簡稱發動機,因為比汽油發動機勁大,中、大型發電機組都用柴油發動機)的曲軸(主軸)剛性連接著同步發電機(簡稱發電機)的轉軸(轉子軸)同速、同步轉動發電的機器。為了有足夠大的力量帶動發電機發電,發動機的輸出功率比發電機的輸出功率大1.6～2倍。這稱為匹配比。

根據技術及構造的需要,專用于發電機組的發動機若無特殊要求,其主軸的轉速都是1500r/min(25r/s)。這是因為發電機定子三相繞組和中間的轉子勵磁繞組的構造特點,當發動機帶著轉子軸轉動時,轉子上勵磁繞組的電磁場掃過三相繞組,繞組所產生的電壓頻率正好是50Hz。符合國家電力標準。

這就是說,發電機的輸出頻率是由發動機轉速決定的。要想發電機組在額定輸出功率范圍內,無論負載如何變化都能保持輸出頻率穩定,那就必須用穩頻裝置實時調控發動機的轉速。

二、并聯運行機組監控卡在柴油發電機中的應用

柴油發電機組并聯運行,常用于提高電力供應可靠性的冗余供電或對已有機組的增容。并聯運行中的各發電機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,而且共同承擔的負載的有功功率和無功功率,應在每臺發電機組之間均分。裝在每臺發電機組中的并聯運行機組監控卡實時采集以上六項數據,依照更佳并聯運行數據模型和算法,計算、推演這些數據并得到最宜的調節量調控本機組,保證其處于良好的并聯運行狀態。同時還將這些數據傳送給其它發電機組與其同步。

各發電機組輸出頻率的穩定和同步是并聯運行的重要條件之一。造成頻率變化的原因是并聯運行各機組共用的輸出母排所連接的負載在接入、撤出中引起的有功功率變化。因為有功功率是負載中的電阻消耗發電機的輸出電流而形成的,電流的變化引起發電機定子電磁場對轉子吸引力的變化,即發電機轉速的變化,也就是輸出頻率或相位的變化。

三、頻率波動的成因與影響

與市電相比，再大輸出功率的發電機組都是微不足道的。由于其輸出功率容量有限,所以它對負載的輸入功率、輸入電流高次諧波分量、輸入功率因數等都有適應性要求。否則就會使用電設備和發電機組都處于不良的工作狀態之中。

1.電壓和頻率波動的成因

發動機帶著發電機發電時,其定子內的三相繞組以120°電角度順序向負載輸出電壓和電流。一般情況下,輸入功率相當于發電機組輸出功率60%左右的用電設備接入發電機組輸出端時,就會引起頻率和電壓明顯甚至強烈的波動。這是因為負載此刻要輸入很大的電流,從而導致三相繞組內電流猛增,此電流產生的強大電磁力吸引發電機轉子,使其轉速隨之變慢,頻率和電壓瞬間低落。可見用電設備接入時需要輸入多大的電流,是它和發電機組能否處于正常工作狀態的關鍵因素。

2.頻率波動的影響及應對

頻率的波動不僅對用電設備產生影響,也對發電機組自身的工作狀態造成干擾。數據中心的發電機組被ATS切入,對UPS供電時刻,或大或小的頻率波動隨之產生。這對于依靠輸入電壓頻率和相位調控電路輸出量值(整流器電路)或改變電路工作狀態(旁路系統)的UPS必然造成干擾。有的會使整機處于不良工作狀態,嚴重的會導致整機不能工作。

其實頻率波動對UPS和發電機組的影響也是相對的,恰當地選擇兩者的功率比是有效地應對措施。實際工作中得到的經驗是:對于輸入功率因數接近于1,輸入電流高次諧波分量小于10%的高頻UPS,其輸入功率在發電機組額定輸出功率80%以下時,頻率的波動不會影響正常工作。而工頻UPS只能選擇55%以下。

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