柴油發(fā)電機組常在數(shù)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(tǒng)。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(fā)電機組頻率波動的新技術——穩(wěn)頻裝置及其維護經驗。下面我們一起來看一下。

一、柴油發(fā)電機組的技術及構造特點

柴油發(fā)電機組(簡稱發(fā)電機組)是由柴油發(fā)動機(簡稱發(fā)動機,因為比汽油發(fā)動機勁大,中、大型發(fā)電機組都用柴油發(fā)動機)的曲軸(主軸)剛性連接著同步發(fā)電機(簡稱發(fā)電機)的轉軸(轉子軸)同速、同步轉動發(fā)電的機器。為了有足夠大的力量帶動發(fā)電機發(fā)電,發(fā)動機的輸出功率比發(fā)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(fā)電機組的發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)電機的輸出頻率是由發(fā)動機轉速決定的。要想發(fā)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(wěn)定,那就必須用穩(wěn)頻裝置實時調控發(fā)動機的轉速。

二、并聯(lián)運行機組監(jiān)控卡在柴油發(fā)電機中的應用

柴油發(fā)電機組并聯(lián)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(lián)運行中的各發(fā)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(fā)電機組之間均分。裝在每臺發(fā)電機組中的并聯(lián)運行機組監(jiān)控卡實時采集以上六項數(shù)據,依照更佳并聯(lián)運行數(shù)據模型和算法,計算、推演這些數(shù)據并得到最宜的調節(jié)量調控本機組,保證其處于良好的并聯(lián)運行狀態(tài)。同時還將這些數(shù)據傳送給其它發(fā)電機組與其同步。

各發(fā)電機組輸出頻率的穩(wěn)定和同步是并聯(lián)運行的重要條件之一。造成頻率變化的原因是并聯(lián)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(fā)電機的輸出電流而形成的,電流的變化引起發(fā)電機定子電磁場對轉子吸引力的變化,即發(fā)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(fā)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(shù)等都有適應性要求。否則就會使用電設備和發(fā)電機組都處于不良的工作狀態(tài)之中。

1.電壓和頻率波動的成因

發(fā)動機帶著發(fā)電機發(fā)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(fā)電機組輸出功率60%左右的用電設備接入發(fā)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(fā)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(fā)電機組能否處于正常工作狀態(tài)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(fā)電機組自身的工作狀態(tài)造成干擾。數(shù)據中心的發(fā)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(tài)(旁路系統(tǒng))的UPS必然造成干擾。有的會使整機處于不良工作狀態(tài),嚴重的會導致整機不能工作。

其實頻率波動對UPS和發(fā)電機組的影響也是相對的,恰當?shù)剡x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(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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