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不同调速器对柴油发电机组瞬态调速率的影响

2019-10-24
来源: 礼德动力
  现代电力推进对电力系统的供应要求越来越高,而在运行时负载的突加或突减对柴油发电机组会有一定的影响。 在2015年提出因为发电机是供电负载的唯一电源,电站容量较小,输电线路较短,所以,当大功率负载加入、动态负载以及发电机并入电网时都会对电力系统稳定性造成一定的冲击。凌皓敏和范建新 对调速率与柴油发电机之间的关系作出了研究,他们观察了负载变化情况下稳态速度偏离额定转速的情况,并研究了柴油发电机组电压与负载之间的关系,得到了供电系统要正常添加负载,就必须对稳态调速率和静态调压率进行修正。张安民、李玉生 等人在2011年对柴油机组调速系统进行了仿真研究,用仿真系统实时计算了受干扰后的稳态和静态稳定性,从而实现柴油发电机组中柴油机及其调速器与系统转动惯量的数模混合模拟。柴油发电机组在运行时,受干扰是在所难免的,因此在试验中应尽可能多地考虑干扰因素。
电力推进较传统推进方式可操作性更高、高效性更强和经济性更好。柴油发电机组具有结构紧凑、灵活机动、容量储存大,其由柴油机、发电机及其测速、励磁调压系统组成。柴油机的工作性能往往影响了整个动力系统的运行,其中调速率是柴油机的一个重要性能参数。单机调试的重要性
   柴油发电机组并联的前提条件是单机静态调速特性的一致或接近,特性曲线越靠拢,越有利于缩小有功功率分配的差度。柴油机瞬态调速率反映了负载突然增加或减少而使实际转速偏离设定值的关系。本文将通过对于单台柴发机的试验以及对其试验数据的分析,对比理论曲线,验证瞬态调速率的变化是否超出标准。
2 、2种调速方式的试验介绍发电柴油机要求在外界负荷(用电量)变化时能保持恒定的转速,以保证柴油发电机组输出的电压和频率恒定,满足并车及供电需要。所以发电柴油机必须装设定调速器,确保外界负荷变化时,柴油机的转速基本不变。
PTO(Power Take Of)调速器用于发动机辅助动力输出控制,由开关、加速按钮、减速按钮和油门组成。
TSC1为快速补偿装置,可按功率因数cos~b控制、无功功率控制、综合控制、模糊控制等控制目标。
本试验应用其综合控制来控制转速。
2.1 调速率调速率是表明当外界负荷变化时,克服柴油机转速波动的能力。调速率又分为稳态调速率和瞬态调速率:稳态调速率表示标定工况时,空车转速对全负荷转速波动的百分比;而瞬态调速率则表示突然卸去负荷后,内燃机转速瞬时波动百分比。
2.2 瞬态调速率机组的瞬态调速率是指机组整定于稳定调速率王 轶 不同调速器对柴油发电杌组瞬态调速率的影响后,在额定负载、额定转速下,先突卸,后突加规定对称负载时,最低瞬时转速nmin或最高瞬时转速//'max与负载变化前的转速n 或额定转速r/, 之差,对额定转速rt 的百分比。机组在最高瞬时转速下的瞬态调速率6 为:6 : ×100 (1)一 n N机组在最低瞬时转速下的瞬态调速率6 为:: x 100 (2)nN其中,6 一瞬态调速率;nN一柴油机额定转速。
2.3 试验概述本试验搭载了某公司YC6T340NL型发电辅机,在柴油发电机组上装载调速器,通过实际数据观察瞬态调速率是否收敛,从而判断柴发机组能否用于正常发电。本试验对柴油发电机组在突加负载、突减负载和一次性突卸100% 额定负载,所得其瞬态调速率及稳定时间进行测试,要求不变,稳定时间不超过5 S。
本试验对同一柴发机组用2种调速方式验证,通过仿真软件得出的数据,如表1—2所示。
表1 PTO瞬态调速测试结果内容 PTO瞬态调速测试发动机 大气型号 6T一340NL 压力 一5/kPa内容 PTO瞬态测试加载 转速 瞬态 瞬态 稳定 稳定项 目 时间/ 检测 最大 调速 调速率 时间 时间 评判次序 偏差/ 蛊 标准 标准(r·min ) /% /% /s l 500 l 115 7.7 3.8r mln 0.1 2 l12 7.6 ≤lO 2.7 5 满足负载0 要求— 50% 3 127 8.5 2.8l 50O l 113 7.6 4.4r 负m载ln 0 满足. 1 2 1l5 7.7 ≤ 1O 4.4 55O% 要求lOO% 3 121 8.1 4.61 500 1 143 9.5 3.1r/min 满足负载 0.11 2 l27 8.5 ≤10 3.O 5lO0% 要求— +0 3 135 9.0 3.1规范要求 瞬态999调速率≤10% ,稳定时间:5 s试验结论 PTO瞬态调速及恢复时间均满足要求,但余量不大衷2 TSC1瞬态调速测试结果内容 TSC1转速控靛 瞬态调速验证发动机 大气型号 6T一340NL 压力/ 一5kPa发动杏r .编号 TN7O0E9OO4 项目 TSC1瞬态测加载 转速 瞬态 瞬态 稳定检测 最大 调速 调速率 稳定 时间项 目 时间/ 次序 偏 差/ 窒 标准 时间 标准 评判( /s r·rain ) /% /% /s l 500 1 133 8.9 3.6r/m1n 0. 1 2 138 9.2 ≤ l0 3.4 5满足负载0 要求— 50% 3 119 7.9 4.01 500 l 112 7.5 3.7r/min 满足负载 O.1 2 l27 8.5 ≤1O 3.8 55O%_+ 要求100% 3 126 8.4 4.1l 500 1 145 9.6 3.1r负/m载1n 0 满足. 11 2 139 9.3 ≤ 10 2.5 5l0O% 要求. ’+0 3 145 9.6 3.6规范 瞬态调速率≤10%, 要求 稳定时间 :5 8试验结论 TSC1瞬态调速及恢复时间均满足要求,但余量不大2.4 试验分析试验针对单台柴油机,输出转速1 500 r/min时,负载从0—50% 、50% 一100% 突加以及100% 一0突减,分别测得3组数据,从表1—2的测试结果可以看出:无论是突加还是突减负载,瞬态调速率和稳定时间皆满足标准要求,其中满负荷突卸情况下,瞬态调速率要高于其他2种情况,可能的原因是:负载过大,且变化快导致稳定时间变短,影响了输出轴的峰值转速,即瞬态调速率变大。如图1、图2所示图1 瞬态调速率曲线其中,tl一稳定时间;t,一转速波动率;/7, ,n min一负载变化引起的瞬时转速;/7'L一增加部分负载后的稳定转速;/7,i一空载转速。
本文针对试验结果,得出了2种调速器控制下33试验检测 机车车辆工艺 第5期2017年1O月的瞬态调速率对比及转速最大偏差,见图3、图4。
图2 瞬态调速率曲线(续)0 。l转速控制l2种调速器下的瞬态调速率对比转追拄栅控制下的瞬态调速率平均值偏小,速度偏差平均值也偏小,但是2种方式都属于合理范畴。
3 结论本文基于电力推进系统稳定性对柴油发电机组动态性能的特殊要求,从柴发机组瞬态调速率和稳态时间2个技术指标进行系统稳定性分析,通过引入不同的柴油机速度控制(TSC1转速控制和PTO控制)方式,并经过实际试验测试。
主要结论如下:(1)搭载某公司YC6T340NL柴油发电机组,固定的调速器调节机构,从空载、半载和满载范围内单项来回变化负载时,瞬态调速率曲线正常。
(2)2种调速工作下的瞬态调速率均满足要求,但余量不大。
(3)验证了2种转速控制均能够满足柴发机组在不同负载突加、突卸工况下的调速率指标要求,证明了PTO速度控制的优越性,为在电力系统设计中柴发机组选型设计提供依据。