柴油發電機組帶載正常嗎?柴油發電機組能帶多少負荷?這類問題一直是困擾運維和測試人員。對于從事IT行業的人來說,從測試到運維階段,油機帶載,經常會遇到電壓升高,振蕩波動,輕則油機退出運行,重則燒毀設備,造成宕機。
    本文探討油機常見的負載形式,了解柴油發電機組使用過程中比較代表性的痛處,并在實際工作中避免柴油發電機組故障運行。
      非線性負載的大量應用,使系統線路中的節點電壓或線路電流波形產生畸變,這些畸變的電壓或電流波形都具有周期性,其周期與工頻交流電的周期完全一致,幅值是可測量的、連續變化的有限值,即畸變波形都是有界的。這種連續變化的非正弦周期電壓和電流施加在系統之上,會引起系統電壓波動、潮流周期性變化、諧振易于誘發、穩定裕量降低,導致電能質量、輸電效率和設備使用壽命降低,嚴重威脅電力系統的安全和穩定運行。
一、容性負載
　　由于柴油發電機組行業ISO8528標準中沒有要求容性負載的能力，大部分廠家都沒有容性負載設備對所生產的柴油發電機組進行檢測。一般情況下，我們借助于交流發電機的P-Q曲線圖來確定它的帶載能力，而P-Q曲線圖容性區域是通過理論計算出來的，沒有實際測試來修正其真實的帶載范圍?！　?/span>
　

　　為彌補容性真實帶載能力的空白,某廠家針對容性負載進行帶載測試,測試分為兩種方式:測試一:完全關閉發電機的所有保護功能,測試最大容性負載的能力;測試結果和計算的偏差較大,見圖4。
　　
　　測試二:保護限值限定機組帶50%容性負載,超過上限值,機組報警停機。某廠家對某型號機組進行容性負載測試,帶1250kVAR負載,即50%的容性負載,見圖5。
　　
　　眾所周知,容性負載上的電流是超前于電壓的,這些(流經主定子的)超前的電流會在主轉子上產生感應電流,剛好與勵磁電流是正向疊加,使主轉子磁場增強,所以從勵磁來的電流必須減少,才能讓發電機輸出電壓保持穩定?！　?/span>
　　容性負載越大,勵磁機的輸出必須越小;當容性負載大到一定程度時,勵磁機的輸出必須減到0。勵磁機的輸出為0,就是發電機的極限;此時,發電機輸出電壓將不能自我穩定,這種電源就不合格了。這種限制又稱為“欠勵限制”。切勿讓發電機組工作在“欠勵限制”附近區域,如圖6。
　　
　　在我們實際應用中，認為在功率因數在-0.7以下，導致電壓升高的太多，過電壓報警停機，或者是失磁報警停機；是容性過載的典型表現。功率因數大多可以從柴油發電機組控制器中讀出。
　　
二、感性負載
　　低壓柴油發電機組被我們廣泛熟知,近些年來,隨著IT負荷的增大,高壓發電機組由于電壓高電流小的優勢迅速大量使用,給實際應用帶來新的問題。工廠負載測試方式單一,負載形式固定,與實際工況存在較大差異?，F場很多非線性負載設備,如UPS、高壓直流、各種變頻裝置,甚至常見的電力變壓器,都可以使柴油發電機組帶載過程經受一波又一波的考驗。由于帶容性負載的電樞反應是助磁效應,電壓呈增加的趨勢,柴油發電機組帶感性負荷和容性負載則剛好相反,感性負載電樞反應是去磁效應,電壓降低。　　
交流發電機標定的功率在功率因數0.8～1(滯后)之間的任何功率因數工況下提供滿載電流。所以在實際應用過程中,由于感性過載引起的柴油發電機組過載的情況非常少見,柴油發電機組帶感性負載的能力比帶容性負載的能力大得多?！?/span>
　　高壓發電機組后端經變壓器降壓供電,部分用戶出現勵磁涌流沖擊引起發電機過載保護停機的狀況。變壓器是根據電磁感應原理制成,是一種非常重要的變電設備,在交流電配電系統中非常重要,空載變壓器在合閘起壓過程中,一般不可避免產生比變壓器額定電流大6～8倍的暫態浪涌電流。這個過流已經大大的超過了發電機的額定容量,電壓會嚴重下降,有些負載因失壓而斷電。同時勵磁涌流含有高次諧波,會對部分柴油發電機組控制系統計量監控系統造成干擾。所以對于柴油發電機組的控制系統來說,因為檢測設置差異報出各種不同的告警內容,如過流、低壓、低頻、三相負載不平衡和負相序等等。
　　

　　在設備安裝后的聯合調試過程中,應合理設定各項參數,如逆功保護,過流上限,三相不平衡等,使柴油發電機組能躲開勵磁涌流的沖擊,避免多臺并列運行機組中部分機組解列停機,退出運行,造成不必要的事故擴大。　　
　　但有個特例,我們必須重視:請勿在柴油發電機組重載情況下,投入空載變壓器。柴油發電機組帶空載變壓器運行,臺數也必須限制,以免造成過壓,過壓見圖10～圖13。PT二次側電壓從80V升至近97V。
　　
三、復合型負載
    對具體項目來說,一般不會只有容性負載或感性負載。線性負載和非線性負載客觀同時存在于變配電系統中,如UPS、高壓直流,變頻調速等非線性負載。這些負載由于諧波含量大,造成柴油發電機組轉速和電壓異常,柴油機出現有節奏的搖擺和聲音變化。高壓直流模塊因啟動時電流過大,造成機組較大的電壓降,導致斷路器失壓脫扣動作?！　?/span>

　　不管系統如何復雜,容性負載可造成電壓單向增高,感性負載可造成電壓單向降低。而復合性負載在現場條件具備的場合,LC諧振起振條件滿足的情況下,產生具有破壞性暫態振蕩的高電壓,形成LC諧振負載。造成電壓和頻率忽高忽低,周期性緩慢變化,一旦出現這種情況,實際上就是形成了“系統振蕩”或“系統諧振”的現象。　　
　　目前高壓發電機組中性點一般通過小電阻接地,有別于低壓發電機組中性點直接接地,高壓發電機后端連接多個變壓器。有的項目帶實際IT負荷,還掛假容性負載的電容補償柜測試做有功和無功滿負荷測試。增加了系統發生LC諧振的風險,如圖14所示。
　　
　　伴隨系統諧振,變壓器和配電系統通常經歷異常聲響。振蕩過程中配電系統同時也在釋放超常規的能量,細心和膽大的朋友若能身臨其境,可看到其蹤跡,聽到它曾來過。在實際運維或測試項目中,我們應盡可能做到以下幾點,確保油機帶載所有設備的安全運行。　　
　　①有設備異常的非正常帶載,如設計了10臺機組并聯運行,實際只用幾臺機組帶載,大大減小了系統容量,減小系統帶容性和感性負載的能力,更容易導致異常情況發生;　　
　?、趯τ诘蛪翰裼桶l電機組,良好的接地非常必要。有條件的場合,應單獨設置接地點;　　
　?、燮茐漠a生LC振蕩的條件,正確按設計操作規范操作設備;　　
　?、苋绻O測到諧波幅值很大,達到基波幅值的1/5以上,就完全有可能危及到電力系統的安全,甚至使電力系統出現電壓崩潰。同時這個幅值電壓也接近“欠勵限制”附近區域?！　?/span>
　　事實上,電力系統中的“諧振”或“振蕩”反映了電氣量變化的一種客觀物理規律,它是自然諧振頻率的體現,也是誘發系統振蕩的重要原因之一,嚴重的有可能導致諧波放大效應的出現。一般情況下,由于諧波缺少動力來源,各電氣設備或負載之間所能產生的諧波振蕩一般所能維持的時間都不會太長,這主要是各電氣設備或負載的儲能是有限的。如果系統中的所有電氣設備都具有控制功能,就能基本消除設備或負載之間可能產生諧波振蕩的概率。除非發電機產生了諧波振蕩,因這種諧波振蕩是可持續的,它能提供諧振所需的能量。