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應急柴油發(fā)電機帶負載試驗方法
發(fā)布時間:2023-09-08 12:32:31  ▏閱讀:

 

新聞主題

應急柴油發(fā)電機帶負載試驗方法

 

摘要:應急柴油發(fā)電機容量通常有限,當面臨大負荷突然加載時,頻率和電壓都會發(fā)生下降現(xiàn)象。特別是由于柴油發(fā)電機組在調試初期,基本不具備帶載額定最大負載的工況。因此,康明斯公司在本文分析出廠柴油發(fā)電機帶負載試驗方法以及現(xiàn)場突加試驗的工況,探討試驗標準,并測試其最大負載以滿足考核要求。此外,負載測試還可以檢測柴油發(fā)電機組的帶載功率,半/滿載測試、不平衡負載能力測試、突加突減功率測試、穩(wěn)態(tài)電壓調整率、穩(wěn)態(tài)頻率調整率、瞬態(tài)電壓調整頻率、電壓恢復時間、瞬態(tài)頻率調整、頻率恢復時間、柴發(fā)持續(xù)運行等性能指標。

 

一、柴發(fā)負載測試方式

 

      柴油發(fā)電機組作為故障檢修或市政電源停電后的應急電源,多數(shù)時間都處于待機狀態(tài),一旦市政電源停電或者發(fā)生故障,柴油發(fā)電機組就起到了至關重要的作用。為防止供電故障發(fā)生時柴油發(fā)電機組出現(xiàn)性能故障,加強日常檢測和建立完善的維護規(guī)程,定時規(guī)范地對柴油發(fā)電機組進行負載檢測就顯得格外重要。

      根據柴油發(fā)電機組容量及運行要求,以選擇測試負載容量為2000kW為例,可供選擇的方案主要有如下3個模式:

1、移動式測試負載

      測試負載采用車載移動式測試負載,需要測試時,租用專業(yè)測試公司的測試負載及相應測試設備。此方案需在柴油發(fā)電機房三層并機室預留測試負載接線柜,從接線柜引線纜至一層,并預留管線至室外測試點。

2、10KV固定式測試負載

      當用戶電力設置為市政電源與柴油發(fā)電機組成的10KV并網供電系統(tǒng),測試負載需采用10KV電壓等級的固定式測試負載,測試負載可安裝于室外。此方案需在柴油發(fā)電機房預留10KV測試負載接線柜,并從接線柜引10KV電纜經由電纜橋架從進出線間引至室外測試負載處。

3、0.4KV固定式測試負載

      本方案中測試負載采用0.4KV電壓等級,負載容量可選1臺2000kW或者4臺500kW,測試負載可安裝于室外。此方案需在柴油發(fā)電機房設置20/0.4KV降壓變壓器及相應低壓出線柜。利用低壓母線槽或低壓電纜經由進出線間引至室外的測試負載。

     以上3個方案中,方案一的優(yōu)點是節(jié)省造價但其后期操作繁瑣,每次進行測試時都需要租用測試設備,測試前后需進行電纜連接和拆除的工作,耗費大量入力物力,且測試性能不夠穩(wěn)定可靠。方案二的測試負載電壓等級為20 KV,是直接模擬高壓配電柜的帶載性能,不需設置降壓變壓器和相關低壓出線柜,工程相對簡單。但后期維護復雜,建造成本及維護費用較高,測試性能與0.4 KV電壓等級測試負載無太大差異。方案三中0.4 KV電壓等級模擬測試發(fā)電機組并機升壓(高壓配電柜)又經變壓器降壓后的負載性能,其整體建造成本、后期維護成本都相對低廉,在整機產品測試性能、絕緣、壽命、安全等方面均有一定優(yōu)勢,整機實用性高,可獨立對單臺發(fā)電機組周期性帶載測試和其它低壓帶載測試。故本例中測試負載安裝按照方案三設計。

 

 

柴油發(fā)電機組試驗組成框圖.png

圖1  柴油發(fā)電機組試驗組成框圖

柴油發(fā)電機突加負載試驗接線圖.png

圖2  柴油發(fā)電機突加負載試驗接線圖

 

 

二、優(yōu)化分析

 

      應急柴油發(fā)電機組(Emergency Diesel generator,EDG)在核電廠承擔安全相關功能,在核電廠失去場外電源時,需要對安全廠用負荷進行分級帶載,以保證反應堆堆芯余熱導出,保證3道安全屏障的安全。EDG從出廠試驗開始,歷經多種試驗,核電廠內的突加負載試驗是對整個柴油發(fā)電機組暫態(tài)特性的考核,是對調速器、發(fā)電機組暫態(tài)電抗以及AVR(Automatical Voltage Regulator,自動電壓調節(jié)器)響應特性進行詳細錄波分析的一種試驗。

      應急柴油發(fā)電機組發(fā)電機容量有限,當突然加載較大負荷時,發(fā)電機的頻率和電壓均會出現(xiàn)下降。通過現(xiàn)場的突加負載試驗,考核EDG綜合性能,驗證突加負載能力是否滿足實際需求。

1、試驗負荷的選取

      按照IEEE 387的規(guī)范要求,需要啟動柴油發(fā)電機在應急運行期間最大的負荷。由于在調試期間,以VVER(Water Water Ener原getic Reactor,水—水動力反應堆)機型為例,EDG帶載的最大負荷為LAS泵(Emergency Feed Pump,應急補水泵)800 kW,在蒸汽發(fā)生器失去正常補水后為其提供應急補水,保證堆芯的余熱導出,而蒸汽發(fā)生器的整個管線可用的施工邏輯往往又滯后于EDG可用性的要求,因此現(xiàn)場僅采用小流量試驗。小流量試驗的缺點是負載小于實際負載。但從試驗的特性來說,該試驗更側重于對于發(fā)電機暫態(tài)電抗和勵磁系統(tǒng)的考核,調速器的試驗在廠家突加負載時能夠足夠證明其可靠性。工廠出廠驗收時,EDG需要

      歷經最大為75%額定功率的突加負載(4210 kW),在該條件下的頻率最大偏差為依5%,且在2 s內恢復。廠家試驗時,考核條件已經超過現(xiàn)場最大單個負荷,對于EDG的暫態(tài)考核,應側重于對于電壓跌落的考核。EDG制造廠的試驗臺架上不具備800 kW的電機,通過阻性水電阻以及并聯(lián)電抗器來模擬試驗負載,該類型的模擬無法實際代表電動機的啟動過程。突加負載試驗更多的應從考核無功的角度考慮,即電壓跌落的深度。使用LAS泵的小流量啟動可以接受。

2、試驗標準的選取

      國內的EDG突加試驗參照標準有法國RCCE標準以及德國KTA標準。RCC—EC2400的標準為:突加負載時頻率不應下降到額定值的95%以下,電壓不應下降到額定值的75%以下。

      按照KTA 3702標準要求,在“Transition voltage deviation during power lever increase”(電源負載增加期間過渡電壓的偏差),頻率不應低于額定值的95%,電壓不應下降到85%以下。KTA標準比RCCE標準嚴格,VVER項目EDG的制造及試驗標準采用KTA標準,試驗驗收標準參考KTA3702標準。

 

三、試驗

 

1、試驗的實施

      突加負載并不是單一的試驗項目,是一連串連續(xù)試驗里的一個環(huán)節(jié)。驗證的是EDG的負荷轉移能力,是把1臺接近空載的發(fā)電機突然加上負載,驗證轉速和電壓變化。試驗方法是將BE*母線下游帶上盡量多的負載,然后將EDG并網,并網后的EDG由于調速器自動加載900 kW負荷,可手動減少有功輸出,但是低功率時的功率很難停留在穩(wěn)定的平臺。需要就地和主控室配合,當觀察到EDG輸出的功率處于低谷時,主控室果斷斷開BE*進線斷路器。使得本段母線負載由電網帶載轉移至EDG,觀察進線斷路器斷開前后的電壓及頻率波動。BE*進線斷路器分閘使得EDG進入應急模式,電調從試驗模式切換至應急模式時,儀控系統(tǒng)會給出短暫的停機脈沖命令。停機脈沖命令消失后,電調檢測到轉速會將柴油發(fā)電機重新拉到以1560 r/min為起始點的4%Droop (勵磁下垂控制特性)曲線上。由于AVR不區(qū)分是否并網,它是恒Droop模式,根據發(fā)電機的電流調整發(fā)電機的端電壓。

      調試期間,下游的負載1000 kW,觀察不到電壓發(fā)生顯著的變化。該電流跟電動機啟動電流相差數(shù)倍,對于AVR及發(fā)電機暫態(tài)電抗的特性考核而言比較微弱。

      在EDG進入孤島模式后,先停掉LAS泵,然后準備開始突加負載,就地的錄波器準備好之后,開始倒計時錄波,主控人員啟動LAS泵。LAS泵啟動完畢后,對電壓跌落深度及恢復時間進行初步判斷。

2、同源核相與假同期

      EDG的突加試驗結束后,需要將處于孤島運行的EDG與外電網進行并網,稱為反同期。并網同期試驗前,需進行同源核相試驗,EDG突加負載試驗接線圖見圖1。經歷同源核相試驗,才能對同期回路的正確性做出判斷,否則在二次線接線錯誤情況下將使得同期表顯示滿足同期條件,從而對發(fā)電機造成巨大傷害。其中同源核相部分,在發(fā)電機首次啟動之前已經具備條件。反同期時BE*母線和BB*母線的同期,也就是兩段PT (Position Transformer,電壓互感器)之間的同期,在BE*上電后,可對反同期回路進行同源核相的確認。在同一個1次電源情況下,確認此時同期表指向12點。

      反同期的前提是同源核相,真正反同期操作前需進行1次假同期,即是將進線斷路器置于試驗位置,然后進行合閘。通過錄波器錄取進線斷路器變位反饋以及BE*和BB*包絡電壓的比較,進線斷路器的變位反饋應在包絡電壓的近零點。

      調試時,由于反同期表在后備盤,后備盤調試屬于儀控人員,因此EDG調試人員并未過多深入后備盤的回路部分。而且假同期試驗時的試驗方法不完整,僅在接近12點時按下合閘按鈕,未在6點、9點方向嘗試合閘,所以默認為同期表的輸出允許接點串在合閘回路當中。在后續(xù)的調試過程中,多次核實后發(fā)現(xiàn)同期表的允許接點未串在合閘回路當中,將允許接點串入,同期表允許接點串入后,需要校驗同期表的允許頻差,按照國內習慣設置為(0.1~0.3)Hz,換算成轉速為(3~9)r/min?;謴团c外電網連接時,需要在主控后備盤操作,硬件按鈕操作送至儀控系統(tǒng),儀控系統(tǒng)再送至保護柜,保護柜再送至電調/AVR。因此可以明顯察覺到響應滯后,將允許轉差調整到0.15 Hz,也就是接近7 r/min。

      假同期操作過程中,在6點、9點方向嘗試合閘失敗,在接近12點時應正確動作。然后可以將斷路器推入工作位置,開始正式的反同期合閘操作,正式合閘過程中進行錄波,分析開關變位與包絡電壓的關系,分析假同期時,兩邊PT電壓存在差異,二次線的長度不一致,使得包絡電壓存在固有壓差,在同源核相期間測量包絡電壓的固有壓差,以便在假同期時對近零點判斷。反同期成功后,停運EDG,試驗結束。

 3、參數(shù)隨負載的變化情況

      圖3是柴油發(fā)電機逐步增加負載至滿載后的波形圖。柴油發(fā)電機增加負荷就意珠著增加每循環(huán)供油量,所以耗油量Gf隨負荷的增加而增加,而過量空氣系數(shù)α隨負荷的增加而減??;供油量多,放熱也多,使排氣溫度tr隨負荷的增加而升高。

      在空負荷時,Ne=0,pi=pm,這時ηm=0,所以ge為無窮大。隨著負荷的增加,ηm迅遠上升,而ge反而下降。當負荷増加到A點時,ge達到最小值。再繼續(xù)增加負荷,由于過量空氣系數(shù)a減小,混合氣形成和燃繞惡化,ge反而升高。

      排氣煙度隨負荷的増加而増加,但在低負荷時増加緩慢,且低負荷時煙度很小,肉眼看不出,通常被認為是排氣無煙。在高負荷時,煙度迅速增加:當接近最大功率時,由于a減小,混合氣形成和燃燒惡化,然燒不完全,排氣煙度急劇增加(圖4中B點),此時燃油消耗率ge也迅速升高。活塞和汽缸蓋等機件的熱負荷也迅速增大。如果再繼續(xù)增加供油量,則柴油發(fā)電機排氣大量冒黑煙,功率反而下降,因此柴油發(fā)電機存在一個冒煙極限。為了保證柴油發(fā)電機安全可靠地運行,不允許柴油發(fā)電機在冒煙極限下工作。

      從圖4中還可以看出,A點ge最低,但功率較??;B點功率雖高,但ge也高。從坐標原點作一射線與。曲線相切得到切點C,C點的功率Ne與ge之比值最大,是柴油發(fā)電機使用最經濟的點。

多臺柴發(fā)加載至滿載后波形圖.png

圖3  多臺柴發(fā)加載至滿載后波形圖

柴油發(fā)電機各參數(shù)隨負荷變化的情況.png

圖4  柴油發(fā)電機各參數(shù)隨負荷變化的情況

 

 

總結:

      分析應急柴油發(fā)電機突加負載試驗方法,進行試驗和后期并網,充分的考察柴油發(fā)電機性能。不應拘泥于湊出最大有功負載,通過2臺或者多臺中壓電機啟動來模擬LAS泵的真實帶載,該工況目的是湊出有功功率相近,但該情況下勵磁機的無功功率存在不足,導致過流保護動作。充分認識同源核相試驗的極端重要性,對于回路及PT差異導致的固有壓差,在EDG并網試驗的導前時間核算時進行考慮。


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