『专业知识』IDC行业柴油发电机组控制方式解读(二)

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发电机供电方案逻辑分析:(举例分析)

10kV柴油发电机组并机运行,并机后的柴油发电机组电源接至1#数据中心10KV配电系统中油机电源接入柜,正常情况下,市电油机切换系统的10KV油机电源进线开关断开。当监测到同组两路市电电源均失电,断开10KV侧中压系统两路市电电源进线开关及输出开关,同时启动对应10KV中压发电机组,经过10KV市电油机切换系统将油机路电投入运行。

A路PT B路PT 柴油发电PT 柴发A路

QF3

柴发B路

QF4

1路市电

QF1

2路市电

QF2

0 KV 0 KV 10 KV 合闸 合闸 分闸 分闸
0 0 1 1 1 0 0
序号               控制逻辑工艺
1 当1路市电掉电时,分别获取确认信号:断路器状态为分闸状态(低压跳闸保护),A路母线上电压采样信号为0Kv,信号采用进PLC必须进过滤波处理,确认信号的可靠性。
2 上述信号确认后,判断为1路市电掉电;
3 当一路市电掉电确认后,PLC程序中设置间隔时间,确认B路母线电压采样信号也为0KV时,断路器状态为分闸状态(低压跳闸保护),同理判断2路市电掉电;
4 同理判断2路市电掉电;
5 在自动条件下, PLC发出闭锁指令,市电断路器是无法合闸的,防止电力倒挂输出到市电回路;
6 此时PLC逻辑判断为市电同时掉电情况,没有发出合并母联断路器的指令;而且判断为双路市电同时掉电;模式为2路市电故障,2路柴油机分段供电运行方式
7 PLC发出启动柴油发电机组指令
8 5台柴油机组同时启动,最先启动完毕的合闸后,柴油发电机母线PT,检测电压相位角后,并机控制器调整后面4台的相位角,15秒内合闸到母线上,柴油发电机A路 ,B路断路器接到合闸信号后断路器动作;
9 A路,B路上电后,依据PLC负荷管理控制,逐个发出A,B路母联上的断路器恢复供电,恢复供电的顺序应优先保证一级负荷;
10 高压侧母线供电完成后,运维人员应到低压配电主母线人工合闸低压主断路器操作;
11 此过程前一自动化过程控制在1分钟内,后续回复有运维人员操作完成;

发电机组并机方案

1#油机房内5台10KV中压柴油发电机组作为1个并机组合,设置1个并机模块,分别由1套并机系统控制。当市电中断/故障后,自动启动发电机组并机输出供电,发电机供电与市电不并网。

1#并机控制系统:负责1-EG1~1-EG5发电机组的并机及1#10KV油机并机系统的控制;

并机控制

为保证响应速度,并机系统同步控制采用准同期方式,系统采用随机并联方式,即系统中任一台首先达到额定输出的机组,都可以先合闸到母线供电,其他机组与该机组同步后再依次合闸供电。

每台发电机组控制柜(GCP)控制一台发电机组,配备自动同步与负载分配模块,通过控制机组的转速与电压,来实现机组互相之间的并联及负载均衡。同时也通过广角模拟表,来监控发电机组输出,如电压、电流、功率因数、有功、无功等,以保证操作人员一眼就可以看到多台机组的多项参数。对应机组的高压开关由GCP来控制其分/合。

主控柜(MCP)用来协调控制整个系统的运行,通过PLC编程,实现系统的逻辑控制,包括投入和切除机组,优先级设定等。

发电机(机组、并联、高压开关等)平时处在自动模式,通过外部送来的信号(2路市电进线失压信号),由并联控制系统来监视市电状况。

其中1#并机控制系统取1#数据中心1#10KV中压系统两路市电失压信号,10KV中压系统提供发电机干接点启动信号;

市电失电/故障时,并联系统收到信号,通过设定的时间延迟(PLC设定,可根据实际情况灵活修改)后,给全部机组送出启动信号(信号送至GCP,GCP再送信号至各机组的机上控制器),5台机组同时启动。率先达到额定频率和额定电压的机组,并且检测对应发电机进线柜侧零序电压互感器的单相接地监视装置正常,GCP发出信号,自动闭合真空断路器,机组合闸到应急母线。其他发电机与双母线同步(并根据对应的并机系统的母线频率和电压等参数进行判断是否满足合闸条件),并检测对应发电机进线柜侧零序电压互感器的单相接地监视装置正常,则自动合闸到母线。

负载管理

全部机组自动并联运行,系统自动分配负载,按下述逻辑实现负载管理。

工况特点 控制逻辑原理
减负荷停机 系统负载管理按N模式来控制,全部机组并联运行1~10分钟(PLC设定,可调)后,如系统全部负载小于单机额定容量360%(可调)且持续时间超过1分钟,则系统自动切除第5台机组,此时全部负载可以只用4台机组带载,通过N的负载管理设计,来保证供电可靠性。
减负荷停机 如果负载继续下降至小于单机容量的270%且持续时间超过1分钟,则系统自动切除第4台机组;如负载继续下降至小于单机容量的180%且持续时间超过1分钟,则系统自动切除第3台机组;如负载继续下降至小于单机容量的90%且持续时间超过1分钟,则系统自动切除第2台机组。
加负荷开机 如系统负载增加,至大于单机额定容量的90%,则系统自动启动第2台机组,并自动同步后合闸,向负载供电;如系统全部负载增加,至大于单机额定容量的180%,则系统自动启动第3台机组,并自动同步后合闸,向负载供电。其他机组的运行以此类推。
延时停机 市电恢复,则全部在线机组通过主控柜MCP断开机组进线断路器,发电机组自动冷却延时后停机。
手动控制情况 当主控制处于手动模式时,整个应急发电系统处于手动状态,可手动启动机组,手动并联,手动停机等。试验功能可以通过手动模式来实现。并联系统应配备数字式自动负荷分荷(Load Sharing)控制器,将负载在各机组间均匀分担
灵活性 上述逻辑控制功能可在现场设定,无需硬件改动,即可灵活扩容。

★10KV油机假负载切换系统

动力中心所有并机系统考虑共用1套10KV假负载,中压系统则设置1套负载切换系统作为负载的选择,四路进线开关设置电气联锁装置,严禁断路器同时合闸(只能合闸1个)。主要功能有:

1、实时参数:测试过程中,可通过软件实时显示电压、电流、功率、功率因数、频率、时间等主要参数。

2、稳态加载:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、运行时间等基本参数。

3、阶段加载:输入被测电源的相关参数,即可选择0%、25%、50%、75%、100%至110%等预设比例,自动计算出相应功率,实现快速加载。

4、加载确认:系统具有加载卸载二次确认功能,可以有效避免用户误操作所带来的隐患。

5、一键式加减载:通过负载柜面板开关加载后,负载柜工作时可随意预设下个阶段的功率值,不影响本阶段工作。当按下总加载开关后,预设的功率值才生效,直接由上个阶段的功率值改为本功率值继续运行。在阶段加载时可保持连续的工作模式,从而避免功率调整过程中造成负载波动。

降噪工程设计原理

发电机组是一个由多个噪声源综合而成的复杂声源,具有噪声频带宽(尤以中低频更突出)、声能辐射强度大的特点。柴油发电机组单机噪声约为108dB(A),一个油机房内5台同时运转时,机房内噪声会超过112dB(A)。因此,无论是从环境保护角度还是劳动保护角度出发,都应采取有效的措施予以控制,最大限度地减少对外部环境的污染,同时改善值守人员的工作环境,保证机组的正常运行。

发电机房噪声控制设备的中心思想是隔声,即将整个机房的外围结构设计为封闭的形式,尽可能地减少机组噪声的对外辐射。要保证在整个的围护结构表面上、与外界有交换的部位(墙体、通风口、门、窗等)均采取有效的控制措施, 并使这些控制措施各自的降噪效果相当,以保证噪声控制工程整体的有效、合理、经济。

柴油发电机组的消噪声设计

机组为带散热器水箱的闭式循环冷却柴油发电机,为保证降噪效果,机房为封闭环境,本工程采用自然进风系统。

六台油机进风口总面积80.2㎡,百叶有效通风率按0.5计算,则外墙进风风速V=2400*5/(60*80.7*0.5)=5m/s。

机房进排风消声系统在机房进风消音室和排风消音室位置。发电机组的排烟消声为安装消声器、排烟消声弯头等,以达到消声的效果。排风口与机组采用软接头,安装喇叭口导风,消声处理后至屋顶排放。

发电机房内的吸声处理

发电机房的内壁面为光滑且坚硬材料,吸声系数很低,而容积又较大,因此室内的混响时间长,尤其是低频混响严重。发电机房内的声能量,除来自声源的直达声以外,还有来自各个内壁的多次反射声。直达声和反射声叠加的结果导致室内声级的提高。

因此机房内部对整个墙面及吊顶做吸声处理,内衬超细玻璃棉,外扣穿孔铝质扣板。经过这样的处理后既增加了围护结构的隔声量,又可降低油机房内的混响声,减少声反射,降低室内声,可有5~7dB(A)的效果。机房内吸声处理后同时还能起到对整个机房装饰作用,使机房显得整洁、干净、美观。

发电机房排风通道的噪声控制

发电机组在运行中需要大量的空气供其燃烧,另外,发电机组即是一个强发声体,又是一个强热源,只有组织好通风散热,才能保证机组的正常运转。

柴油发电机组自配的冷却风扇风量很大,发电机组排风量约为2400m3/min。控制方案即要保证排风量顺畅的排出室外,同时又要有效地控制噪声的外泄传播。根据现场具体情况,在排风通道上采用阻性片式消声器消声,片式规格δ100@150。

充分利用土建结构排风消音室和排风井道的声学效应,确保出风口一侧的噪声排放达标。

发电机房进风通道的噪声控制

发电机组运行时大量的空气排出室外,必然在机房内形成强大的负压场,为保证大量的新鲜空气进入室内,需要有足够的进气通流面积。本方案在土建结构的进风消音室内设计安装消声设备,形成进风消声系统。既保证新鲜空气的进入,又有效控制机房内噪声的外传。

发电机组排烟的噪声控制

发电机组机的排烟管是一个重要的噪声源。它形成的中低频脉动噪声辐射强度很大。随机携带的排烟消声器,消声效果(插入损失)一般在10~15dB范围,达不到噪声排放的允许限值。

机组排烟口与排烟管之间装金属波纹管,排烟口再经一、二级消声音处理,消声音处理后尾气由排烟管引至排烟井,烟管均为6mm厚钢管。

排烟消声器净化器采用弹簧吊架固定。烟管刷两遍耐高温的银灰色漆,排烟管及消音器采用采用二层保温材料进行隔热包裹处理外装饰铝板。即接触管壁的一层为硅酸铝纤维毡,外包一层岩棉毡。

燃油控制及监控系统

储油罐和日用邮箱燃油供应系统采用双回路双PLC控制实现对应的安全等级;双油泵和供油管路系统;

通讯 双PLC通讯互备程序
I/O点 地下油罐液位传感器
I/O点 消防报警信号联控
I/O点 供油泵控制箱
I/O点 供油阀控制
I/O点 泄油阀控制
I/O点 回油泵控制箱

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