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柴油发电机组试验台位电气设计

2019-11-27
来源: 礼德动力
  0 引言
       柴油发电机组是内燃机车的核心部件,其性能的好坏直接关系到内燃机车的整体性能, 因此需有一个检验柴油发电机组性能的试验台位。某公司主要生产内燃机车及其零部件,其试验台位按铁道部内燃机车标准建造,电压等级都在700V及以下。但随着该公司的柴油发电机组进入船用发电和陆用发电领域,发电机组的电压等级也增加了l0.5、6.3、0.6、0.4kV。该公司自主研制的ZJD型柴油机发电机组装用16V280型柴油机,其持续运行功率为,标定转速为l 000r/min,广泛用于船用发电和陆用发电领域。由于船用发电领域感性负载较多、功率因数较低,对负载的突加突卸要求严格,因此原试验台位已不能满足这些柴油发电机组性能试验的要求,急需新建一座试验台位。
  
  1原试验台位状况原试验台位只适用于电压等级在700V及以下的发电机组。试验负载为水阻台,纯电阻负载,功率因数接近1。原试验台位框图如图1所示。
  
  发电机组发出的电通过母线直接与水阻极板负载相连,负载的大小是通过电机正反转改变水阻极板进入水中的深浅来调节的。这种试验台存在以下缺点:(1)尽管发电机组直接与水阻极板负载相连,但是未对负载和发电机组设置保护设施,如果负载出现短路,那么将对发电机组造成极大伤害。
  
  (2)水阻台为纯电阻,功率因数接近1, 由于无法改变其功率因数, 因此不能完整地测试发电机组的性能。
  
  (3)负载的大小只能通过水阻极板的升降来改变,负载的变化是线性的, 因此不能突加负载,也不能突卸负载。
  
  (4)负载的额定电压在700V及以下,电压等级单一。
  
  2新建试验台位的电气设计2.1设计要求新建柴油发电机组的试验台位必须依据GB/T 282O~往复式内燃机驱动的交流发电机组》和《中国船级社产品验收指南》规定建设,并且要满足内燃机车的性能测试要求,以及陆用发电机组和船用发电机组的性fil~N试要求。
  
  型柴油发电机最大功率已达3 200kW,考虑到柴油机组的长远发展,决定将新建试验台的最大功率设计为3 860kW。
  
  (2)根据《中国船级社产品验收指南》要求,船用柴油发电机组负载需分成16 、33 、51 三组进行突加突卸试验。
  
  (3)根据《中国船级社产品验收指南》要求,船用柴油发电机组在最大输出功率下,功率因数需调节到0.4及以下。
  
  (4)柴油发电机组电压等级多样,因此新建试验台位要能适应10.5、6.3、0.7kV及以下电压等级的柴油发电机组。
  
  (5)负载为水阻台,不能满足功率因数要求,因此增加电抗器作为负载来改变负载的功率因数。
  
  2.2具体设计根据总体设计要求,设计出新建试验台位的电气系统单线图,如图2所示。整个试验台位的电气系统分成高压和低压两部分。高压部分包括发电机组、发电机柜、变压器柜、电力变压器及连接用电力电缆。低压部分包括4面低压开关柜、水阻台、电抗器、隔离开关及连接母线。
  
  发电机组电压等级为1O.5kV或6.3kV时,机组发出的电通过发电机柜、变压器柜到电力变压器,然后经低压开关柜到负载(水阻台、电抗器),此时低压隔离开关处于断开位置。
  
  发电机组电压等级为0.7kV及以下时,机组发出的电直接经低压隔离开关到达低压开关,再到负载(水阻台、电抗器)。此时低压隔离开关处于闭合位置, 发电机柜和变压器柜都必须处于断开状态,否则会通过变压器向发电机组反向送电,损坏发电机组。
  
  2.2.1高压部分(1)电力变压器。电力变压器相对普通变压器较特殊:一是高压侧有2个电压等级,即1O.5kV和6.3kV;二是变压器内安装有2个分接开关。其中一个分接开关用于转换高压侧的2个电压等级,即当分接开关置于I位时,满足10.5kV/0.6kV,变压器的接线组别为Yyn0;当分接开关置于II位时,满足6.3kV/0.6kV,变压器的接线组别为Dynll。另外一个分接开关用于微调电压的高低,即当高压侧一定(为1O.5kV或6.3kV)时,在相应的档位(10.5kV或6.3kV)进行±5 的电压调节(i0 500V/%)、10 000V/6 000V 和9 500V/5 700V(一5%))。电力变压器的主要技术参数如下:额定容量/高压侧额定电压/V i0 000/高压侧额定电流/A 288.7/481.1低压侧额定电压/低压侧额定电流/A 4 811.3额定频率/相数 3联结组标号 Yyn0/绝缘耐热等级 F冷却方式使用条件 户外短路阻抗 6.1l%/5.94%绝缘水平(2)变压器柜。变压器柜主要由真空断路器、微机变压器保护测控装置等组成,属试验台位的配置设备。柜体内未配置电压互感器和电流互感器,微机变压器保护测控装置及其它仪器仪表所需的电流、电压信号需从发电机柜采集得到。因发电机组的功率各异,故电流互感器变比必须根据发电机组的功率来配置。若电流互感器的变比太大,则误差就大,测得的电流、功率和电度数就不准确;若电流互感器的变比太小,则电流互感器就会超负荷运行,发热严重,绝缘老化严重,甚至烧坏。变压器柜还实现了本地和远控操作,远控按钮和所有的检测信号都安装在操作室内,对负载进行实时监控。微机变压器保护测控装置具有过流、过负荷、零序等保护功能,能对变压器起到很好的保护作用。
  
  (3)发电机柜。发电机柜与发电机组配套,在试验台位与发电机组一起做试验,因此试验台位不配置发电机柜,但会预留适当的安装位置、电力电缆和控制电缆。发电机柜主要由真空断路器、电流互感器、电压互感器、微机发电机保护测控装置、电度表等元器件组成。微机发电机保护测控装置具有发电机差动、定子过负荷、定子接地、转子接地、失磁、逆功率、过电压、低电压、低频、速断等保护功能,能对发电机起到很好的保护作用。
  
  2.2.2低压部分低压部分的4面低压开关柜分别对电抗器以及16 、33 和51%的水阻负载进行控制与保护,水阻台和电抗器都作为试验负载。
  
  负载控制选用框式断路器,可进行本地和远程操作。
  
  电抗器与水阻台并联,用于调节负载的功率因数。电抗器2台并列运行,可单控。在本地或操作台通过电机控制电抗器实现功率因数的无级平滑连续调节,在最大和最小电流位置设极限保护开关。这种线性调节不会造成发电机波形畸变,电抗器与负载水阻台并联运行时互不干扰。
  
  电抗器可在额定状态下长期连续工作,也可在超载10 状态下短期工作。电抗器有两种主接线方式,如图3所示。
  
  接法一, 电抗器电流可调范围一般约为最大电流的3.3 ~33 ;接法二, 电抗器电流可调范围一般为最大电流的14 ~100 。
  
  3 运行效果图3 电抗器的主接线试验台位建成投运后, 成功地对6L240、6L280、12V280、16V240、16V280等机型的发电机进行了试验,发电机组的电压等级有i0、6.3、0.7、0.4kV等,功率从80Okw 至3 200kw,功率因数从0.4(此时试验功率为额定功率的50 )至1。
  
  试验台位水阻极板负载分成16 、33 、51% 三部分。在每部分负载前增设低压断路器,既可完成负载的突加突卸试验,又能实现GB 03—2O08要求的机组瞬态调速4.1.2 220kV变电站甲在最小运行方式下在最小运行方式下,系统阻抗归算到11OkV变电站的10kV母线正序阻抗X Σ 为0.393 7。110kV线路1的短路电流 为127 5A。
  
  4.2 lOkV I、II段母线同时故障4.2.1 220kV变电站甲在最大运行方式下在最运行大方式下,系统阻抗归算到1 10kV变电站的10kV母线正序阻抗为:一RM+RI +RIj/2—0.线路1的短路电流J 为235 5A。
  
  4.2.2 220kV变电站甲在最小运行方式下在最小运行方式下,系统阻抗归算到11OkV变电站的10kV母线正序阻抗为0.257 6。1l0kV线路1的短路电流为1 949A。
  
  通过理论计算知,故障电流值与三相短路时的故障电流较为接近。综上所述,ll0kV变电站继电保护动作正确。