应急柴油发电机带负荷试验方式

摘要：应急柴油发电机容量一般有限，当面临大负载突然加载时，频率和电压都会发生下降现状。特别是由于康明斯发电机组在调试初期，基础不具备带载额定较大负荷的工况。因此，康明斯公司在本文简述出厂柴油发电机带负荷试验程序以及现场突加试验的工况，探求试验标准，并测试其较大负载以满足考核要求。此外，测试还可以测定康明斯发电机组的实载功率，半/满载测试、不平衡负荷能力测试、突加突减功率测试、稳态电压调整率、稳态频率调节率、瞬态电压调节频率、电压恢复时间、瞬态频率调节、频率恢复时间、柴发连续运转等性能指标。

      康明斯发电机组作为损坏修理或市政电源停电后的应急电源，多数时间都处于待机状态，一旦市政电源停电或者产生故障，柴油发电机组就起到了至关重要的功能。为防范供电故障产生时柴油发电机组出现性能损坏，加强平日检测和建立完善的保养规程，定期规范地对康明斯发电机组进行负载检测就显得格外重要。

      根据柴油发电机组功率及运行要求，以选定测试负载功率为2000kW为例，可供选择的办法详细有如下3个模式：

      测试负荷采用车载移动式测试负载，需要测试时，租用专业测试公司的测试负载及相应测试装备。此办法需在柴油柴油发电机房三层并车室预留测试负荷接线柜，从接线柜引线缆至一层，并预留管线至室外测试点。

      当用户电力设置为市政电源与柴油发电机结构的10KV并网供电装置，测试负载需采用10KV电压等级的开架式测试负载，测试负荷可安装于室外。此措施需在柴油柴油发电机房预留10KV测试负荷接线KV电缆经由电缆桥架从进出线间引至室外测试负载处。

      本措施中测试负荷采用0.4KV电压等级，负载容量可选1台2000kW或者4台500kW，测试负荷可装配于室外。此举措需在柴油发电机房设置20/0.4KV降压变压器及相应低压出线柜。利用低压母线槽或低压电缆经由进出线间引至室外的测试负载。

     以上3个办法中，方案一的优点是节省造价但其后期使用繁琐，每次进行测试时都需要租用测试装备，测试前后需进行电缆连接和拆除的作业，耗费大量入力物力，且测试性能不够稳定可靠。办法二的测试负荷电压等级为20 KV，是直接模拟高压配电柜的实载性能，不需设置降压变压器和相关低压出线柜，工程相对大概。但后期维护复杂，建造成本及保养费用偏高，测试性能与0.4 KV电压等级测试负荷无太大区别。办法三中0.4 KV电压等级模拟测试发电机组并机升压（高压配电柜）又经变压器降压后的负载性能，其整体建造成本、后期维护成本都相对低廉，在整机产品测试性能、绝缘、寿命、安全等方面均有一定亮点，整机适合性高，可独立对单台发电机组周期性带载测试和其它低压实载测试。故本例中测试负载装配按照办法三设计。

      应急柴油发电机组（Emergency Diesel generator，EDG）在核电厂承担安全相关作用，在核电厂失去场外电源时，需要对安全厂用负载进行分级实载，以保证反应堆堆芯余热导出，保证3道安全屏障的安全。EDG从出厂试验开始，历经多种试验，核电厂内的突加负荷试验是对整个柴油发电机组暂态特征的考核，是对调速板、发电机组暂态电抗以及稳压板（Automatical Voltage Regulator，自动电压调整器）响应特点进行详细录波叙谈的一种试验。

      应急柴油发电机组功率有限，当突然加载较大负荷时，发电机的频率和电压均会发生下降。通过现场的突加负荷试验，考核EDG综合性能，验证突加负荷能力是否满足实际需求。

      按照IEEE 387的规范要求，需要启动柴油发电机在应急运转期间较大的负载。因为在调试期间，以VVER（Water Water Ener原getic Reactor，水—水动力反应堆）机型为例，EDG实载的较大负载为LAS泵（Emergency Feed Pump，应急补水泵）800 kW，在蒸汽产生器失去正常补水后为其提供应急补水，保证堆芯的余热导出，而蒸汽产生器的整个管线可用的施工逻辑往往又滞后于EDG可用性的要求，因此现场仅采用小流量试验。小流量试验的缺陷是负载小于实际负载。但从试验的特征来说，该试验更侧重于对于发电机暂态电抗和励磁系统的考核，调速板的试验在销售中心突加负载时能够足够证明其可靠性。OEM主机厂出厂验收时，EDG需要

      历经较大为75%额定功率的突加负载（4210 kW），在该条件下的频率较大偏差为依5%，且在2 s内恢复。厂家试验时，考核要素已经超过现场较大单个负荷，对于EDG的暂态考核，应侧重于对于电压跌落的考核。EDG制造厂的试验台架上不具备800 kW的电机，通过阻性水电阻以及并机电抗器来模拟试验负荷，该归类的模拟不能实际代表发电机的起动步骤。突加负载试验更多的应从考核无功的角度考虑，即电压跌落的深度。操作LAS泵的小流量启动可以接受。

      国内的EDG突加试验参照标准有法国RCCE标准以及德国KTA标准。RCC—EC2400的标准为：突加负载时频率不应下降到额定值的95%以下，电压不应下降到额定值的75%以下。

      按照KTA 3702标准要求，在“Transition voltage deviation during power lever increase”（电源负荷增加期间过渡电压的偏差），频率不应低于额定值的95%，电压不应下降到85%以下。KTA标准比RCCE标准严格，VVER项目EDG的制造及试验标准采用KTA标准，试验验收标准参考KTA3702标准。

      突加负载并不是单一的试验项目，是一连串连续试验里的一个环节。验证的是EDG的负载转移能力，是把1台接近空载的发电机突然加上负载，验证速度和电压变化。试验程序是将BE*母线下游带上尽量多的负载，然后将EDG并网，并网后的EDG由于调速板自动加载900 kW负荷，可手动减少有功输出，但是低容量时的容量很难停留在稳定的平台。需要就地和主控室配合，当观察到EDG输出的容量处于低谷时，主控室果断断开BE*进线断路器。使得本段母线负载由电网实载转移至EDG，观察进线断路器断开前后的电压及频率波动。BE*进线断路器分闸使得EDG进入应急模式，电调从试验模式切换至应急模式时，仪控装置会给出短暂的停机脉冲命令。停机脉冲命令消失后，电调测量到转速会将柴油发电机重新拉到以1560 转/分钟为起始点的4%Droop （励磁下垂控制特征）曲线上。因为电压调节器不区分是否并网，它是恒Droop模式，根据发电机的电流调整发电机的端电压。

      调试期间，下游的负载1000 kW，观察不到电压产生显著的变化。该电流跟发电机起动电流相差数倍，对于稳压板及发电机暂态电抗的特征考核而言比较微弱。

      在EDG进入孤岛模式后，先停掉LAS泵，然后准备开始突加负载，就地的录波器准备好之后，开始倒计时录波，主控人员起动LAS泵。LAS泵启动完毕后，对电压跌落深度及恢复时间进行初步预判。

      EDG的突加试验结束后，需要将处于孤岛运转的EDG与外大电进行并网，称为反同期。并网同期试验前，需进行同源核相试验，EDG突加负荷试验接线。经历同源核相试验，才能对同期回路的正确性做出判定，否则在二次线接线“非法”情况下将使得同期表显示满足同期因素，从而对发电机造成巨大伤害。其中同源核相部分，在发电机首次起动之前已经具备因素。反同期时BE*母线和BB*母线的同期，也就是两段PT （Position Transformer，电压互感器）之间的同期，在BE*上电后，可对反同期回路进行同源核相的确认。在同一个1次电源状况下，确认此时同期表指向12点。

      反同期的前提是同源核相，线次假同期，即是将进线断路器置于试验位置，然后进行合闸。通过录波器录取进线断路器变位反馈以及BE*和BB*包络电压的比较，进线断路器的变位反馈应在包络电压的近零点。

      调试时，因为反同期表在后备盘，后备盘调试属于仪控人员，因此EDG调试人员并未过多深入备载盘的回路部分。而且假同期试验时的试验步骤不完整，仅在接近12点时按下合闸按钮，未在6点、9点方向尝试合闸，故而默认为同期表的输出允许接点串在合闸回路当中。在后续的调试过程中，多次核实后发现同期表的允许接点未串在合闸回路当中，将允许接点串入，同期表允许接点串入后，需要校验同期表的允许频差，按照国内习惯设置为（0.1~0.3）Hz，换算成转速为（3~9）转/分钟。恢复与外电网连接时，需要在主控备载盘使用，硬件按钮使用送至仪控装置，仪控装置再送至保护柜，保护柜再送至电调/稳压板。因此可以明显察觉到响应滞后，将允许转差调节到0.15 Hz，也就是接近7 转/分钟。

      假同期使用过程中，在6点、9点方向尝试合闸失败，在接近12点时应准确动作。然后可以将断路器推入工作位置，开始正式的反同期合闸操作，正式合闸步骤中进行录波，讲述开关变位与包络电压的关系，阐释假同期时，两边PT电压存在差别，二次线的长度不一致，使得包络电压存在固有压差，在同源核相期间检测包络电压的固有压差，以便在假同期时对近零点判定。反同期成功后，停运EDG，试验结束。

      图3是柴油发电机逐步增加负载至满载后的波形图。柴油发电机增加负载就意珠着增加每循环供油量，所以耗油量Gf随负荷的增加而增加，而过量空气系数α随负载的增加而减小；供油量多，放热也多，使排气温度tr随负荷的增加而升高。

      在空负载时，Ne＝0，pi＝pm，这时ηm＝0，故而ge为无穷大。随着负载的增加，ηm迅遠上升，而ge反而下降。当负载増加到A点时，ge达到较小值。再继续增加负荷，由于过大空气系数a降低，混合气形成和燃绕恶化，ge反而升高。

      排烟烟度随负载的増加而増加，但在低负载时増加缓慢，且低负荷时烟度很小，肉眼看不出，通常被认为是排烟无烟。在高负荷时，烟度迅速增加：当接近较大容量时，由于a减轻，混合气形成和燃烧恶化，然烧不完全，排气烟度急剧增加（图4中B点），此时燃油消耗率ge也迅速升高。活塞和汽缸盖等机件的热负载也迅速增大。如果再继续增加供油量，则柴油发电机排气大量冒黑烟，功率反而下降，因此柴油发电机存在一个冒烟极限。为了保证柴油发电机安全可靠地运转，不允许柴油发电机在冒烟极限下工作。

      从图4中还可以看出，A点ge较低，但功率较小；B点容量虽高，但ge也高。从坐标原点作一射线与。曲线相切得到切点C，C点的功率Ne与ge之比值较大，是柴油发电机操作较经济的点。

      阐明应急柴油发电机突加负载试验程序，进行试验和后期并网，充分的考察柴油发电机性能。不应拘泥于凑出较大有功负荷，通过2台或者多台中压电机起动来模拟LAS泵的真实实载，该工况目的是凑出有功功率相近，但该状况下励磁机的无功容量存在不足，引起过流保护动作。充分认识同源核相试验的极端必要性，对于回路及PT区别致使的固有压差，在EDG并网试验的导前时间核算时进行考虑。