【摘要】发电机电控部分由转速控制器、励磁控制板、同步指示器、功率分配和并网保护单元这几大部分组成。由这几部分实现柴油发电机电控功能。
【关键词】调速模块；调压模块；并网保护单元
1、转速控制
转速控制器通过对柴油机转速的调整来控制发电机的发电电压和发电频率，使发电机达到发电要求。下面以2301A速度控制器为例介绍。
1.1怠速和额定转速
怠速是指柴油机机在无负荷的情况下运转，只需克服自身内部机件的摩擦阻力，不对外输出功率。维持发动机稳定运转的最低转速；额定转速指柴油机在工作状态下，对外输出做功时的转速。
1.2提速时间
柴油机从怠速加至额定转速的时间，可调范围（1—22s），第一次启动设置成最大值位置，减小RAMP TIME时需要考虑不能产生过大的转速过冲。
1.3启动最小燃油量
即柴油机每次启动时的最小喷油量，这个喷油量只要能够满足柴油机启动需求即可，启动柴油机观察排烟量做适当调整。
1.4动态稳定性
即电力系统受到较大的干扰后，在自动装置参与调节和控制的作用下，系统进入一新的稳定状态并重新保持稳定运行的能力。增加GAIN获得较快的瞬态响应，在负荷扰动时要减小转速的过冲，增加RESET，在负荷扰动时要加快转速的回归，减小RESET。
1.5 DROOP值
DROOP值为一个百分数即DROOP=（空载速度-满载速度）*100%/空载速度。是为保持机组并列运行稳定，运行于孤立总线的设备常常需要设置一个DROOP值。过大的DROOP值将会导致突然卸载时发动机超速，负荷变化时机组反映过慢，太小的DROOP值将会导致机组运行不稳定。速度控制器连接可变电阻和PPU相连实现DROOP值控制转速。
以上的速度反馈信号通过位于柴油机旋转的正时轮齿的圆周上的速度传感器采集，正时轮上有一定数量的锯齿，除正时点处齿轮宽度不同外，圆周上其余部分齿轮分布均匀，当正时轮旋转时，齿与传感器产生一个脉冲宽度调节PWM脉冲信号，速度传感器将这个1—30V的电信号传送给速度控制器作为反馈。调速执行信号将一个0—20mA电流信号传送给柴油机控制器ECU，由ECU控制柴油机喷油量、进气量等参数进行转速调整。
2、励磁控制 DECS-100
励磁控制是通过调整励磁电流调整发电电压，达到快速精确控制。对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热，因此在大容量发电机中，采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，即主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，提高了系统运行的稳定性。下面以DECS-100励磁板介绍。
DECS-100励磁板具有发电机过压、电压检测失去、励磁绕组过电压（过磁关断）保护、过磁限制、低磁限制和控制发电机电压或励磁电流上升到给定值时间的软启动。
励磁板的模拟量输入信号母线电压检测，发电机电压检测，用于电压反馈和计算发电机频率。B相电流检测，用于计算B相线电流有效值，计算发电机相角，调压和VAR/PF控制。辅助输入（辅助调整A、B）接受来自PPU的电压调整信号，调整DECS-100运行给定值（-3V—3VDC，±30%）。功率电源输出部分励磁电压（+F，-F）为励磁机的励磁绕组提供一个可控电流。DECS-100采用这个信号计算励磁电压的数值，用于系统保护。继电器输出为常开不带闭锁的公共报警继电器输出点。RS-232通讯接口，九针阴连接器，光电隔离，用户编程接口。
由于励磁故障发电机升不起电压故障多发生在旋转整流器个别断.短路，线头脱落，励磁板等原因。
3、同步指示器（CSQ-3）
CSQ-3是基于微处理技术的仪器，提供控制发电机与主电网同步相关参数的显示，通过测量及比较发电机和主电网的电压、频率以及相角，可用于所有手动/半自动同步控制的场合。通过面板可进行相位窗口Δφ、电压差ΔU、同步继电器延时Td及同步脉冲长度TR等参数的设定。
红色LED的旋转循环显示频率差，旋转越快表示频率差越大，每秒旋转一圈相当于1Hz的频率差。亮的红色LED位置显示发电机和主电网的电压相位差，36个LED表示0-360度相角，零点位于时钟12点位置。仪表自动检测/计算同步参数是否在预设的同步范围内。
CSQ-3实现手动操作合闸。工作模式开关在手动位置，到额定转速后手动调节电压和转速调节开关，使电压和频率达到额定。观察同步指示器的红色指示灯慢速旋转，正上方的指示灯亮时，按下同步合闸按钮合闸。
4、并网保护单元功率分配器（PPU）
PPU基于微处理器技术集成了发电机同步运行及同步之后所有必要的控制和保护。紧凑设计的发电机控制器，能控制独立运行，并联运行的机组，与主网并联和发电机的、短路、过流、逆功保护。
标准发电机保护功能有：逆功保护和过电流保护。其中发电机逆功保护可设定范围为额定功率的0%—50%，通常设置为5%。延时保护时间为0.1s—100s，通常设置为10s。发电机过流保护可设定范围为额定功率的50%—200%，通常设置为115%。延时保护时间为0.1s—100s，通常设置为10s。PPU还具有其他可选功能如过压保护，欠压保护过频保护，欠频保护，过载保护，电流不平衡保护，电压不平衡保护，主网保护等。这些保护可以有效的保护发电机和电网的供电质量。
发电机并网采用准同期法并列时，必须应满足相序相同和波形相似，电压、频率，相位相同这3个条件，一般当电压相差在±10%以内时，冲击电流不太大，对发电机也没有什么危险。如果并列时电压相差较多，那么在并列时除了产生很大的电流冲击外，还会使系统电压下降，可能造成事故。一般在并列时，应使待并发电机的电压稍高于系统电压。如果待并发电机电压与系统电压的相位不同，并列时引起的冲击电流将产生同期力矩，使并网发电机立刻牵入同步。如果相位差在土10%以内时，产生的冲击电流和同期力矩不会造成严重影响。如果相位差很大时，冲击电流和同期力矩将很大，可能达到三相短路电流的2倍，它将使定子端和转轴受到一个很大的冲击应力，可能造成定子端部绕组严重变形，联轴器螺栓被剪断等严重后果。如果待并网发电机频率与电网频率差值在0.5—1Hz之间不会对电网产生影响，如果差值较大就会对电网的供电质量和设备造成影响。
各个发电机PPU之间通过Modbus通讯协议控制并网时的自动调节同步、并网后的发电机之间的功率分配。各自PPU通过向GOV和AVR输送±20mA的电信号控制柴油机转速和励磁量和频率控制。
以上几大功能模块实现了柴油发电机的单机发电、并网发电的电控部分和各种发电机保护，使发电机能够安全稳定的运行。
参考文献
[1]ABB大学.ABB电控系统操作培训，2008.6
[2]王洪明，乔德军.《发电机故障排查手册》
作者简介
卢凯挺（1986- ），男，汉族，黑龙江绥化，2008年毕业于大庆石油学院，主要从事电气维护。
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