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柴油二手发电机机组与UPS不匹配 引发输出电压不稳定


 某雷达站所配备的天气雷达是某澳洲幸运8的CINRAD/SA型新一代天气雷达,于2005年6月份完成安装调试并投入试运行。所配备的备用电源分别是:P-60型不间断电源(UPS),额定功率50kw,于2005年4月份安装;SDMO-JS150Ⅱ型柴油二手发电机机组,额定功率120kw,于2005年7月份安装。 
   新的柴油发电机组投入使用后,经常出现转速和输出电压不稳定的现象,当柴油发电机组工作不正常时表现为:转速在1500~1560来回游荡(游车现象),电压在340~460v(双相)上下波动,频率在47~53HZ上下漂移。柴油发电机组工作不稳定严重影响到雷达设备的正常运转,尤其是恶劣天气市电中断时。检查发现柴油发电机组与UPS系统工作不匹配是引起柴油发电机组输出电压不稳定的主要原因,经过对柴油发电机组进行调整后,实际长时间工作表明,柴油发电机组输出电压不稳定的现象没有再次出现。 
   1 检查情况
   1.1空载情况
   启动柴油二手发电机空载运转大约3小时,检查其各项技术指标:转速在1560转/分钟,电压400V(双相),单相235V,频率52Hz。表明转速、频率、电压都比较稳定,没有发生游车现象。
   1.2通过UPS给雷达供电
   启动柴油发电机通过UPS给雷达供电,大约30分钟后,柴油发电机输出电压开始波动,其转速在1500~1560来回震荡,电压在340~460v上下波动(双相),频率在47~53HZ上下漂移。
柴油二手发电机机组与UPS不匹配 引发输出电压不稳定
   1.3直接给雷达供电
   将UPS电源打到SWMB(旁路)状态,柴油发电机直接给雷达供电,连续工作3小时以上,检查其各项指标:转速约1525~1530转/分钟,电压380~390V(双相),单相220~225V频率50.8~52.8Hz。结果表明转速、频率、电压都相对稳定,没有发生游车现象。
   从检查的情况看,当柴油机空载或直接给雷达供电时,工作稳定正常。而当柴油机通过UPS给雷达供电时,出现严重的游车现象。
   2 分析判断
   2.1柴油二手发电机机组与UPS配套使用时存在的问题
   有研究表明,UPS系统通过整流器/充电器从交流配电系统获得电力,对于前端的配电系统而言,UPS系统是一个会引起正弦波波失真的非线性负载。发电机较高的内阻(比变压器高2~3倍)增加了谐波的副作用。当柴油发电机与UPS配合使用时,对柴油发电机而言容易出现产生以下异常现象或者故障:
   2.1.1电压振荡
   反馈的波动电压会造成发电机输出电压振荡范围达±10%~±20%。当调整AVR达到最佳时,振荡仍>2%。
   2.1.2电流振荡
   在UPS负载稳定的情况下,发电机输出电流摆动范围仍达±20%~±50%,并且这种摆动无法调整。
   2.1.3频率漂移
   频率振荡范围在±5%以内,会导致UPS频繁切换,造成柴油发电机负载有规律的忽大忽小,从而使发电机的电压、工作噪声也有规律地忽大忽小,加大输出电压的不稳定。同时发电机组的震动加剧,加速了机械磨损,甚至机件损坏。
   2.2UPS引起的谐波的治理方法
   所有造成正弦波波形失真的负载,称之为非线性负载并且都会引起谐波。UPS系统作为非线性负载产生的谐波对柴油发电机的运行会产生很大的危害。目前解决发电机组与UPS系统间谐波问题有两种策略:
   2.2.1消除谐波
   使用滤波器或有源谐波调节器来部分或全部地消除谐波。
   2.2.2接受并允许谐波的存在
   在实际应用中,若UPS负载相对柴油发电机组的其他负载来说相对小很多,也就是说UPS功率比发电机组的功率小很多,在功率比为1:(2~5)时,UPS系统产生的谐波可不采用滤波措施。
   2.3具体分析
   2.3.1额定功率比情况
   某雷达站所配备的UPS电源和柴油发电机组两者的额定功率比为1:2.5,UPS系统产生的谐波应该在柴油发电机组的承受范围之内。同时考虑到该型号的UPS电源和柴油发电机组之前在我省其他雷达站已多次配套使用,没有出现UPS的谐波副作用影响到柴油发电机组稳定工作的现象,因此我们判断汕头雷达站柴油发电机组游车现象应该不是主要由UPS谐波的副作用引起的。
   2.3.2初步判断
   从前面检查的情况看,柴油二手发电机机组不论是在空载或者是负载的情况下,其转速和频率都偏高。当雷达在做立体扫描观测时,每完成一个仰角的扫描会关掉高压,等天线到达下一个指定方位、仰角时,又重新加上高压(时间间隔不到1秒),从配电柜上可以明显看出,这时电流有15A左右的起落。由于柴油发电机组的转速和频率都偏高,当其负载突然起落时,其输出的交流电电压、频率振荡有可能超出UPS的适应范围。当UPS设备检测到发电机输出电压瞬间在控制范围内外漂移,瞬间给出分合信号,反映到发电机的CB板(核心控制电路板),核心控制命令发动机的喷射泵增减油量,以保证工作的稳定。但是,由于是瞬间的分合、反馈,当这种切换频繁出现,会导致UPS频繁切换,反过来造成柴油发电机负载有规律的忽大忽小,从而使发电机的电压、工作噪声也有规律地忽大忽小,发电机组的震动加剧,造成整个控制过程的恶性循环,最终导致游车现象发生。
   3 处理情况
   调整柴油机高压油泵上的调速器和发电机上的AVR(电子调节器)将柴油发电机的各项指标在空载条件下向下调整为:转速1530r/min,电压为385V(双相),223V(单相),频率为51Hz,与当地市电电压相当;在三相负载为50-100A时,将发动机的转速控制在1490-1515r/min之间,频率在49.8-50.5Hz之间,电压保持平稳(385±3)V。通过上述反复调试,把柴油发电机的各项指标调整到UPS的设置范围后,实际长时间工作表明,波动与游车现象基本消失。
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