Сегодня поговорим об одновременной работе нескольких ДГУ, объединенных в один синхронизированный комплекс. Штука непростая, но необходимая в ряде случаев.
А зачем вообще нужен параллельный режим работы?
- Когда нам не хватает мощности одной установки, мы объединяем несколько генераторов в один комплекс большей мощности и получаем нужное количество электроэнергии.
- Для увеличения надежности системы энергоснабжения, когда устанавливается избыточная по мощности ДГУ. В результате, в случае каких-либо неполадок с одной из ДГУ, мы перераспределяем подключенную нагрузку, без прекращения электроснабжения.
- Если переход с резервного генератора на восстановившуюся городскую сеть нужно сделать без отключения нагрузки. Этот режим называют параллельной работой с сетью, но применяется он редко, т.к. это сложно согласовать с надзорными ведомствами.
Как разные источники электропитания могут работать параллельно?
Ключевое необходимое условие успешного создания комплекса параллельно работающих генераторных установок - соблюдение на всех ДГУ одинаковых параметров частоты и напряжения
Настройка частоты влияет на распределение мощности между генераторами.
При разбросе частоты на величину более 1гц, одна из установок становится уже не генератором, а потребителем, а это совсем не то, чего мы добиваемся - общий КПД системы падает, а вот риск неисправностей возрастает.
Частота напряжения ДГУ – это параметр, напрямую зависящий от оборотов двигателя.
Обычно 50 Гц соответствует 1500 оборотам/мин коленчатого вала двигателя, и за поддержание необходимых оборотов отвечает система подачи топлива. Как в автомобиле - нажали на педаль газа, увеличили подачу топлива, обороты двигателя выросли.
В современных двигателях за подачу топлива и поддержание нужной частоты вращения двигателя отвечает электронная система управления, которая постоянно контролирует обороты, корректируя подачу топлива.
Напряжение. Для однофазных генераторов напряжение соответствует 210...230В, а для трехфазных - 380...415В. На это есть даже свой ГОСТ.
И если напряжение параллельно работающих дизель-генераторов будет не совпадать друг с другом, то между ними потечет ток - появляется обратная реактивная мощность, что еще называют «паразитным током». Как вы понимаете из этого названия, ничего хорошего этот ток не сулит - он нам будет нагревать кабельные линии и обмотки генератора, снижая их надежность и эффективность.
На современных генераторных установках за параметрами напряжения и величиной обратной реактивной мощности следит та же электронная система управления. Это позволяет в постоянном автоматическом режиме контролировать работу нескольких (от 2 до 32) ДГУ, синхронизированных в параллельный энергокомплекс.
ВАЖНО, чтобы панели управления на всех синхронизированных генераторных установках были одинаковыми и имели встроенные синхронизаторы, рассчитанные на параллельную работу, т.к. они позволяют постоянно обмениваться информацией о состоянии и параметрах всех электростанций и поддерживать нужные параметры работы.
Еще одним важным условием является наличие на всех установках защитных автоматов-выключателей нагрузки с возможностью удаленного контроля (информация о состоянии, дистанционное включение/выключение).
Что нужно обязательно учесть при монтаже параллельных энергокомплексов?
- Общая силовая шина подбирается с учетом максимальной расчетной мощности, которую суммарно должны вырабатывать параллельно работающие ДГУ.
- Размещать общую шину лучше как можно ближе к генераторам, чтобы избежать установки на линии между ними и шиной дополнительных автоматов защиты, как того требует ПУЭ.
- К каждой панели управления ДГУ необходимо подключить кабели, измеряющие напряжение и частоту генератора и общей шины. Так панель управления сможет сравнивать и подстраивать параметры работы установки под общую шину.
- Все панели управления нужно объединить общей информационной шиной для обмена данными о текущей загрузке и состоянии.
Как проходит процесс синхронизации и параллельной работы дизель-генераторов в автоматическом режиме?
Процессы синхронизации разделяют на 2 типа:
- Ведущий и ведомый (Master & Slave)
- Синхронизация на «мертвую» шину с отключенным возбуждением генератора
Оба типа синхронизации одновременно работать не могут, поэтому нужно определиться еще при проектировании и подборе оборудования, и этот выбор определяется типом контроллера и параметрами ДГУ. Наиболее популярным является 1-й тип синхронизации (ведущий и ведомый).
Как происходит процесс в автоматическом режиме?
- Запуск всех генераторов происходит одновременно.
- При запуске защитные автоматические выключатели находятся в состоянии «выключено».
- Далее каждая ДГУ проводит измерение напряжения на общей шине.
- При условии, что на общей шине нет напряжения, любая генераторная установка, у которой в настойках установлен параметр, разрешающий подключение на пустую и обесточенную шину, подает команду на включение своего защитного автомата.
- После получения сигнала от автомата о том, что он замкнулся/включился, ДГУ входит в режим ожидания подключения всех оставшихся генераторов. Если на всех дизельных электростанциях установлен разрешающий сигнал, то первой может быть абсолютно любая установка (определяется внутренними программами панелей управления)
- После того, как первая ДГУ замкнула свой автомат, на общей шине появится напряжение. Остальные ДГУ увидят это напряжение и начнут процесс подстройки своих параметров (частоты и напряжения) под параметры общей шины. Когда параметры ДГУ сравниваются с общей шиной и какое-то время удерживаются в заданном окне (обычно это 3-5 сек.), подается команда на включение автоматов.
- В среднем на сбор всех генераторов на общей шине уходит 30-60 секунд, процесс у каждой ДГУ идёт независимо, все синхронизируются к напряжению общей шины. Максимальное время, отпущенное на синхронизацию - 240 сек, и если за это время синхронизироваться не удалось, процесс прекращается и выдается ошибка (аварийное сообщение).
- После того, как панель управления ДГУ получила информацию от своего выключателя о замыкании на шину, синхронизатор выключается и сцепление генераторов происходит уже на электромагнитном уровне с небольшой корректировкой частоты и напряжения.
- Далее, когда все генераторы подключились к общей шине, можно подключать комплекс к потребителю. В случае автоматической работы в качестве резерва внешней сети, формируется сигнал разрешения в АВР на подключение нагрузки на ДГУ. Этот сигнал можно по-разному формировать, но самое надежное собрать информацию со всех автоматов о их состоянии «включен».
- После подачи нагрузки на общую шину происходит ее автоматическое распределение в равных долях на все генераторные установки (ДГУ).
В зависимости от настроек системы, после оценки общей нагрузки может происходить остановка/запуск необходимого количества ДГУ для питания нагрузки. В случае сложности оценки динамики нагрузки, можно оставить принудительно в работе все ДГУ. Современные контроллеры позволяют выбирать приоритет отключаемой станции по наработке в моточасах, по межсервисному интервалу и прочему, чтобы ресурс всех установок расходовался равномерно.
При отключении комплекса, вручную или автоматически (после возврата сети, например) подается сигнал остановки ДГУ. Все автоматы отключаются от общей шины, генераторы встают в режим охлаждения, потребитель либо отключается от нагрузки, либо АВР переключает нагрузку на питание от сети (если это необходимо).
В едином синхронизированном энергокомплексе могут работать генераторы различной мощности. При этом нагрузка будет распределяться равными долями, относительно мощности каждой машины.
Важный совет - особо осторожно относитесь к включению в параллельный комплекс дизель-генераторных установок разных производителей или c альтернаторами разных брендов, т.к. они имеют отличающиеся электрические характеристики. Cмешения брендов лучше стараться избегать.
Автор: Станислав Ратников