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500千瓦三相无刷同步柴油发电机组电控设备的改造和修理

来源:东莞康达发电机维修 发布时间:2012年02月15日 浏览量:6916

前言:

某公司发电机房两台WTF-500-12型柴油500千瓦三相无刷同步发电机组是工厂重点设备,也是工厂的唯一备用电源,它的正常运行直接关系工厂多条生产线安全运转。但近年来,这两台发电机组1987年开始运行的因使用年限长、超负荷运行,电气控制设备、线路老化等原因经常发生的故障,特别在并机发电运行时,经常因不同步而保护跳闸,给工厂的生产和员工们的生活造成损失和极大不便,严重的还会造成部分生产线关键设备损害。

1.改造前的500千瓦低压发电机参数、控制原理及相关的工作过程等情况:

1.1发电机额定技术数据:

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

名称

额定功率(千瓦)

额定电压(伏)

额定电流(安)

频率

功率因数

额定转速

飞逸转速

励磁机基波电流及电压

励磁机谐波电流及电压

数值

500

400

903

50

0.8

500

600

4.5A;76V

3.5A;53V

1.2使用条件:相对湿度:不大于80%,环境温度:-10至+40摄氏度,海拔高度:<1000m。改造前的发电机电器原理图见图1:

图1

1.3使用手动方式起励建压的操作:待柴油机稳定在额定转速时,合上3HK谐波电路闭合,2HK拨到“手动”位置,按压QA1,当电压建立起来后放开。调节变阻器1BR用于基波电流,2BR用于调节谐波电流。

1.4使用自动励磁调节装置的操作:合上3HK,2HK拨到“自动”位置,按压QA2,按压QA2的同时迅速调节TWL励磁调节器的电压调节旋钮,当电压建立起来后放开。调节TWL励磁调节器上的电压调节旋钮使发电机电压在额定值。

1.5并网运行时的操作:除完成1.4步骤外,合上同期信号开关5HK使同期表HZ.S.V和同期继电器得电,合上并网信号指示灯开关7HK,观察三相同期指示表(HZ、S、V)指针的摆动位置或根据灯光明暗法观察LD1、LD2、LD3的亮暗瞬间,迅速按下电动合闸机构的合闸按钮HA,使2ZK合闸,完成两台机组的并网。并网运行时,操作者须根据负荷变化调节发电机的转速和电压等参数,使两台发电机组的有功和无功均匀分配。

2.存在问题的原因及其分析:

2.1起励困难,时间长。原因:在按压QA1或QA2起励建压时,当电压建立起来后应迅速放开,如果按压时间过短则电压不能建立,按压时间过长则容易造成起励电流过大,保险4RD或5RD烧毁。由于按压起励建压时主要凭人眼的观察和操作人员的经验操作,操作时的效率受人的影响很大。另外,TWL励磁调节器由于使用以单结晶体管和三极管、可控硅、二极管组成的电压调节环节、脉冲移相环节、调差环节、同步电源、可控硅主电路对基波和谐波回路进行调节,当相关电路的原件老化时,基波和谐波回路的工作稳定性差,造成起励困难。发电机的残压相对较低,仅为4伏左右,也是造成其起励困难的重要原因。

2.2并机困难,时间长,只能人工并机。原因:原调速器的使用时间长,特性老化,加上原调速机构使用手动人工调速,两台机组的运行时的频率、相位和幅值不易同步,造成并机困难;由于机组使用人工并机的方式,并机同期点的瞬间由操作人员根据肉眼观察掌握,操作人员必须反复的调整发电机的转速(50HZ),使两台机组同步。由于控制方式落后,半个小时不能并机成功是经常发生的事。

2.3并机运行后当负载发生变化以后,容易引起保护机构跳闸。原因:由于使用的调速器为机械调速器,灵敏度和精度均较差。并机运行后,当外部负荷出现较大变化时,调速器不能迅速的调节发电机的功率以适应负荷变化。从而易造成发电机组的不同步,进而使有功率不平衡,使发电机组之间引起有功环流,引起逆功保护继电器NGL的动作——2ZJ动作——2ZK(失压分闸线圈)动作———2ZK(电动合闸机构)分闸。原励磁调节器TWL的性能下降,造成无功分配严重不均,也易使相关保护机构动作跳闸。

3解决存在问题的方法和措施及改进后电控设备的电路图,所用主要元件的情况:

根据该公司两台柴油500千瓦三相无刷同步发电机组的特点,经过分析和论证,在改造中选用国内技术成熟的、有应用实例的、维修人员易于掌握的技术和产品对发电机组的电控设备进行改造,并制定相关改造方案:

3.1重新设计电控回路、更换老化的电控柜及其元件,选用用深圳旭振电力技术有限公司生产的PXL-2全数字无刷励磁电压调节器和PTQ2000A1智能准同期控制器对其主控制回路进行了改造。改造后的电控部分的主电路的电器原理图见图2。

图2

3.1.1PXL-2励磁电压调节器和PTQ2000A1准同期控制器的情况:

PXL-2:该装置是一种高档的多功能通用型全数字晶闸管励磁控制器,具有恒无功、恒功率因数、恒励磁电流、恒发电机电压等功能,它以高档的PIC单片机为核心,控制采用智能化的模糊控制,有很高的稳定精度和快速的相应特性,残压自起励性能稳定,强制科学。调节器在并网前,采用恒(发电机)电压工作模式,电压连续可调。并网后,调节器工作于恒励磁电压(电流)+“无功调节”工作模式,刚并网时调节器还会自动适当提升励磁电压防止“无功倒灌”。“无功调节”环节的投入可有效得抑制由于电网电压的波动对无功的影响,励磁电压和电流可以连续调节。另外,该装置可显示发电机电压、电流和励磁电压、电流的数值,且所有的参数,选择和调节都由软件完成,不含电位器类的器件。PXL-2还具有励磁过载、低压、欠压、低速、过速检测,励磁电压掉线检测等功能。装置具有高集成度、高可靠性、硬件简单和防飞车保护功能,有很强的抗干扰能力和综合保护能力,还可以远程操作。

PXL-2的技术条件:

1.适用范围:各类中小行无刷发电机组

2.输入信号:所有信号必须接;测量电压:发电机400V标准电压;调差电流:与线电压异相的相电流(经次极标称的5A的互感器,建议发电机的额定电流对应4A左右);励磁电源:可以接发电机的任意一相;或采用励磁变压器相接。工作电源:可用发电机电压或其他AC50V、AC300V,DC100V、DC电源。

3.输出励磁电压:可控硅半波整流,与励磁变压器的副边电压Um有关,约为0.45Um.

4.额定励磁电流:不超过6A,最大不超过10A。

5.电压测量精度:不低于0.2

6.频率测量精度:不低于0.1

7.环境温度:-10至+50摄氏度,海拔高度:<2500

8.机箱尺寸:长×宽×深=168×108×135mm;

9.开孔尺寸:高×宽=160×100mm

PTQ2000A1智能准同期控制器的主要特点:采用单片机数控技术为核心,具有高集成度、高可靠性、硬件简单、功能完善等特点;确保捕捉第一次并网时机,精确、快捷、可靠地实现并网。具有多种调节方式,以适应不同的工作对象,使用可靠、方便,支持一个同期点;数码显示,参数操作一目了然。PTQ2000A1主要功能:1.对待并发电机以选定的方式自动调频、调压,预测合闸相角达到设定值后以选定的导前时间tdq发出合闸脉冲(命令)完成并列操作。2.同期合闸前,调频电路在任何情况下(除发电机本身掉线外)都可以工作,跟踪电网频率,电网掉线时锁定50Hz。频率除进行变参数调节外,还设有加速度限制和低速(<42Hz)调节总量限制。3.同期合闸前,调压电路在发电机频率GF<42Hz时不动作,在46Hz~54Hz时正常调节,发电机、电网掉线时不工作,合闸闭锁检测期间不工作,调压方式有脉宽调节和计数调节两种供选择;4.各控制继电器动作时,相应指示灯亮;5.正常工作时,数码管可以显示发电机电压(UF)、发电机频率(FF)、电网电压(UE)、电网频率(FE)、发电机与电网电压差(Ud)、发电机与电网频率差(Fd)、发电机与电网相位差(Pd)。6.本装置具有多种故障检测功能:(A)电网掉线;(B)发电机掉线;(C)电网频率偏差>2Hz;(D)发电机频率偏差>4Hz;(E)电网电压异常。注:电网电压低于70%额定电压时判为欠压,(A)至(E)所列的故障都不允许发同期合闸命令。

PTQ2000A的技术条件:电源:AC:85V~250V/50Hz,DC:110V~220V;输入信号:发电机标准电压:0V~100V+30V(或0V~400V+120V);电网标准电压:0V~100V+30V(或0V~400V+120V);标准电压分别取自被同期对象两侧电压互感器的同名相。400V/100V端子在采用标准电压互感器时选100V,直接采用380V时选400V;输出信号:增速、减速、升压、降压同期合闸及故障六个接点信号,以继电器方式输出,接点容量为交流阻性220V/5A;交流阻性380V/0.8A;直流110V/0.8A,直流220V/0.2A;物理参数:机箱尺寸:高×宽×深=75×150×260mm;开孔尺寸:高×宽=77×152mm;面板尺寸:高×宽=80×160mm。PTQ2000A1的系统框图和操作面板的示意图如图3:

图3

3.2更换和修理老化的调速器。将原来只能手动调速的老化调速器更换为可自动调速的、能对设备负荷及工况迅速反应的新型液压调速器。该调速器由成都仪表厂生产,型号为YT111B-2。

3.3改造后发电机的起励建压和并网工作过程:

3.3.1使用手动调节器方式起励建压的操作:待柴油机稳定在额定转速时,合上3HK,2HK拨到“自动”位置,按压QA1,当电压建立起来后放开。变阻器1BR用于调节基波电流(但仅作为一种备用起励手段),2BR用于调节谐波电流。3.3.2使用手动励磁调节装置的操作:合上3HK,2HK拨到“自动”位置,将PXL-2的将励磁调节器的灭磁钥匙扭到绿点,灭磁后,迅速将励磁选择开关扭到“自动”位置,观察电压表的指示,按励磁调节器上的“增”、“减”按钮调整电压为380V。电压建立后,按升速或降速按钮适当调整转速使频率稳定为50Hz。

3.3.2并网运行时的操作:当两台发电机的电压均建立后,将一台机组的5HK开关合上,同期装置PTQ2000A得电工作,发电机机端的电压V1、W1经2RD、3RD和电网的电压V、W经8RD、9RD分别进入PTQ2000A。同期装置将自动检测电网和发电机端电能的频率、相位和幅值是否达到并机条件。如果满足并机条件则KS1闭合,否则分别从KS2、KS3输出控制信号到柴油机调速器控制发电机的转速(频率),从KS4、KS5输出控制信号到PXL-2励磁调节器的“增、”“减”端,控制发电机的基波电流,进而控制发电机电压和相位等参数,使发电机组满足并机条件。并网后,调节器PXL-2和调速器YT111B-2可以根据负荷变化自动调节发电机电压和有功功率,使机组工作于稳定状态。

4.改造后的效果:

4.1大幅度降低了WTF-500-12型柴油500千瓦三相无刷同步发电机组电控系统的故障率,改造后发电机组的操作更为简单、易于维护,起励困难且时间长的故障得以根本性的改变,几乎实现了“一键起励建压”。并机变成自动完成,并机的时间由原来的平均30分钟降为3到5分钟,所更换的新型调速器和励磁调节器由于均具有良好的负反馈特性,并机后即使负载出现大的变化,也能很快的实现“有功”和“无功”的均匀分配;改造后的机组在一年的带负荷运行中没有发生保护跳闸的故障。改造完毕后两台发电机组电控设备的每月总维修工时由平均12到16小时缩短为改造后0.5小时以下。

4.2经济效益:整个改造总投入约为5.5万元。改造前,每年因发电机电控设备因发生故障而造成生产线的电力供应不足事故平均约为3至5起,由于机组经常不能正常并机运行,只能单机运行,为保证部分不允许断电或断电时间较长设备会损伤或易造成损失的生产线(如油漆线、电泳线等)关键设备的安全,相关供电部门不得不压车间生产线和生活区的用电负荷。根据不完全统计,如因设备电气故障造成发电机组不能发电超过2小时,可使我工厂多条不允许断电生产线损坏,直接损失即可达数百万元;如以每年发生电器故障造成压负荷给生产线造成停产、开工不足可造成损失40万至100万元。技改后的设备避免了这些损失,并消除了许多潜在的设备故障隐患。

5社会效益、推广价值:

由于大部分70、80年代出厂的中小型柴油发电机大多进入机电气大修期,该项技改的顺利成功实施,可广泛应用于水力发电厂、火力发电厂变电站的同类设备的技术改造提供了一种廉价短时间、性价比高的、可靠性高的选择,且改造后的设备其操纵特性、程序变化很小,操作者所需的培训时间很短(一般2到4个小时即可),维修人员也极容易掌握其维修技术。

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