Главная
На крупных промышленных, строительных и иных объектах нередко используется параллельная работа нескольких ДЭС. Как правило, речь идет о мощных дизельных генераторах 100 кВт, 250 кВт и выше. В этой статье мы поговорим об особенностях и принципах организации такой системы энергообеспечения, когда две и более генераторные установки работают на общую шину.
Как правило, работа в таком режиме актуальна в трех случаях:
• Когда есть необходимость увеличить мощность, подаваемую к нагрузке. Например, если мощности одной ДГУ 100 кВт недостаточно, можно объединить ее в параллель на общую шину с генератором, аналогичным по фазности, частоте и подаваемому напряжению.
• Когда речь идет об энергообеспечении критически важных объектов, параллельная работа ДГУ увеличивает надежность стабильной подачи электричества. Объединением нескольких генераторов можно дать объекту избыточную мощность. В результате в случае аварии или внезапной остановки одной ДЭС потребители будут перераспределены на оставшуюся мощность и продолжат стабильно функционировать.
• Достаточно редкий вариант, когда ДГУ подключается на параллельную работу с сетью. Это позволяет переходить с работы нагрузки от дизель генератора на работу от сети без отключения на некоторое время. Однако работу в таком режиме бывает проблематично согласовать с органами государственного контроля по электробезопасности.
Основные принципы параллельной работы нескольких источников электроэнергии
Главное условие работы дизельных генераторов в параллели на общую шину - это совпадение таких выходных параметров, как частота и напряжение.
Распределение между двумя или несколькими ДЭС подаваемой к нагрузке мощности определяется фазным углом, то есть настройкой частоты. Частота работы генератора определяется количеством оборотов двигателя в минуту. Например, при частоте оборотов коленвала 1500 раз в минуту частота ДГУ составляет 50 Гц. Если разница частот электростанций слишком велика (превышает 1 Гц), то один генератор перестает выдавать мощность, и сам становится нагрузкой относительно другого. В этом случае производительность системы значительно падает, понижается ее КПД и повышается вероятность выхода ДЭС из строя.
Частота оборотов двигателя зависит от количества подаваемого в камеру сгорания топлива. У современных генераторных установок подачу топлива контролирует электроника. Имеются специальные датчики, позволяющие в режиме реального времени постоянно контролировать количество горючего, обороты коленвала, вырабатываемую мощность. Все они связаны информационными каналами для корректной работы ДГУ. Этим достигается высокий КПД: вырабатываемая мощность по большей части поступает к нагрузке.
Что касается выходного напряжения, то в соответствии с ГОСТом оно должно составлять для трехфазных источников питания 380-415 В, а для однофазных - 210-230 В. Если напряжение, выдаваемое двумя ДГУ, отличается, то между ними начинает проходить электрический ток и появляется обратная реактивная мощность. Данный вид тока считается паразитным, он вызывает нагрев проводов и обмоток альтернатора, что может привести к выходу генератора из строя. Современные электронные системы позволяют контролировать обратную реактивную мощность дизель генератора при ее возникновении.
В целом можно сказать, что электроника успешно производит запуск, контроль, остановку и диагностику параллельной работы ДГУ, будь то дизельный генератор 500 кВт, 250 или 1000. И тут есть еще одна тонкость: когда несколько дизельных генераторов работают параллельно, важно, чтобы их панели управления могли свободно и без сбоев сообщаться друг с другом. Для этого их внутренние электронные системы должны быть одинаковыми, быть рассчитанными на работу в параллели с другими ДЭС, иметь встроенный синхронизатор.
Если планируется параллельная работа ДГУ 100 кВт и любой другой мощности, это устройство должно быть в обязательном порядке оборудовано функцией автоматического выключения с возможностью удаленного управления и получения сведений о его состоянии.
Подготовка к параллельной работе ДГУ: что необходимо предусмотреть
1. Параметры силовой шины должны соответствовать общей мощности всех дизельных генераторов, которые планируется к ней подключить. В зависимости от конкретных условий эксплуатации можно добавить к этой сумме мощность резервной ДЭС или не добавлять ее.
2. Общую шину нужно установить настолько близко к электрогенераторам, насколько это возможно, чтобы не потребовались дополнительные затраты на установку между шиной и ДГУ автоматов защиты в соответствии с правилами устройства электроустановок.
3. Для автоматического контроля корректности работы всей системы необходимо к каждой ДГУ присоединить кабели для измерения частоты и напряжения. Тогда панель управления сможет самостоятельно сопоставлять эти параметры с аналогичными параметрами самой шины и настраивать систему для корректной работы.
4. Необходимо объединить все контрольные панели единой информационной шиной, чтобы они могли самостоятельно обмениваться данными о состоянии элементов системы в режиме реального времени.
Синхронизация ДГУ для работы в параллели
Синхронизация представляет собой один из двух процессов:
• “Мастер” и “ведомый”
• Синхронизация при отсутствии возбуждения дизель генератора, на так называемую “мертвую” шину.
Тип синхронизации определяют заранее, еще на этапе проектирования системы энергообеспечения. Этот выбор зависит от оборудования, которое планируется установить, и его особенностей.
Наиболее часто используется первый тип синхронизации ДЭС. В автоматическом режиме она происходит следующим образом:
1. АВР подает сигнал, после которого происходит одновременный запуск всех генераторов, работающих в параллели.
2. Во время старта предохранительные выключатели-автоматы находятся в положении “выкл”.
3. Происходит измерение напряжения на общей шине каждой ДГУ по отдельности.
4. Поскольку напряжение на общей шине заведомо отсутствует, то все ДГУ, у которых предварительно задано разрешение на подключение к обесточенной шине, включают свой защитный выключатель-автомат. Автомат подает сигнал о включении на панель управления дизель генератора, и ДЭС переходит в режим ожидания включения в систему других генераторов, находящихся с ней в параллели. Если разрешающий сигнал есть на всех генераторных установках, первой из них может стать любая.
5. При включении автомата на первом генераторе на общей шине появляется напряжение. Тогда другие ДЭС, подключенные к той же шине, начинают подстраивать свою частоту и напряжение под параметры общей шины, данные о которых они получают на собственную панель управления по заранее подключенным информационным каналам. Для этого панель управления регулирует подачу топлива соответствующим образом. Когда получен сигнал о том, что параметры шины и ДГУ одинаковы, дается сигнал для включения защитных автоматов. Обычно этот процесс занимает около минуты. Система управления отводит ДГУ на синхронизацию 4 минуты, и если за это время положительный результат не достигнут, то генератор заканчивает попытки синхронизироваться с шиной и выдает аварийный сигнал. Сбор генераторных установок на общей шине также в среднем занимает около минуты.
6. Синхронизатор отключается при получении на информационную панель ДГУ сигнала о том, что произошло замыкание на шину. Далее сцепление генераторов в единой системе идет уже на уровне электромагнитного взаимодействия. При этом возможны незначительные взаимные корректировки выходных параметров.
7. Когда подключение всех дизельных генераторов к общей шине прошло успешно и получен сигнал от каждого автомата о его включении, АВР автоматически разрешает подать напряжение на нагрузку.
8. После подключения нагрузки потребялемая мощность автоматически распределяется на все ДГУ, участвующие в параллельной работе. Проект системы может предусматривать постоянную одновременную работу всех генераторных установок или отключение части из них при снижении нагрузки до определенного уровня. Если возникают трудности с тем, чтобы оценить динамику нагрузки, лучше оставить все ДГУ, входящие в систему, включенными.
9. Если параллельная работа ДГУ обеспечивает не постоянное, а резервное электроснабжения объекта, то после возврата электричества от основной сети АВР самостоятельно остановит работу дизель генераторов. Произойдет отключение от общей шины, и генераторы будут некоторое время находиться в режиме охлаждения после работы.
Иногда технические условия задачи энергообеспечения требуют подключения для параллельной работы ДГУ разных мощностей. Иными словами, дизельный генератор 250 кВт не обязательно ставить в параллель только с ДГУ 250 кВт, а электростанцию 1000 кВт - только с аналогичной. Но при этом важно, чтобы ДЭС и их отдельные элементы были одного и того же производителя. Это даст гарантию, что их выходные параметры будут совпадать и хорошо синхронизироваться.