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發電機常見故障狀況的分析與解決
發表時間:2015-03-30     閱讀次數:3203     字體:【

隨著全國性的電荒形勢日益嚴重,為解決基站的供電問題,江蘇移動自2002年開始,陸續為各分公司配置了部分小功率、便攜發電機。泰州分公司購買了3臺雅馬哈EF5500TE三相汽油發電機,作為基站市電斷電時備用電源。在使用過程中,我們發現該油機在對不同型號的高頻開關電源供電時出現了一些不穩定現象。

1、汽油發電機及整流電源設備情況1.1雅馬哈EF5500TE發電機組相關資料參數發電機:額定電壓(3相)380/220V;頻率:50Hz;最大輸出5.5kVA;額定輸出5.0kVA;額定電流7.2A.

發動機:4沖程空冷OHV;排量357CC,最大功率為12PS/4000r/min,點火方式:TCI.

1.2、高頻開關電源情況泰州移動分公司主要使用了兩個廠家的高頻開關電源系統,分別為:(1)杭州中恒系統有限公司:RPS17-450系統和E2733模塊。(2)上海中達電通公司的:DUM94A―48/50系統和ESR3000模塊。

2、對中恒E2733模塊供電時的異常現象、原因及解決辦法2.1為中恒電源系統供電時的異常現象使用該發電機對中恒電源(E2733)供電時,中恒電源啟動不了,或不能正常工作,模塊處于啟動―停機―再啟動―再停機的不穩定狀態。

2.2、原因分析高頻開關電源主要由交流輸入濾波電路、功率因數校正電路、DC-DC變換電路和輸出濾波器等部分組成,如所示。

單項220V交流電源接入整流模塊之后經過AC斷路器、保險絲等保護組件,進入EMI濾波器,其功能是防止整流模塊受到電源內的突波電壓的破壞以及將差模與共模噪聲做有效的減少,以消除電源傳入的高頻噪聲并防止模塊的噪聲反饋回電源線路。

單項交流電源經橋式整流器整流為直流后,再經主動式功率因數校正線路(PFC),完成高功率因數(PF>0.99),低失真因數(THD>5%)之要求,產生一個約400V的直流電壓供給直流對直流轉換器使用。400V直流電壓經直流對直流轉換器產生一個穩定的輸出電壓,

此部分線路采用全橋式串聯諧振零電流切換技術,約以100kHz切換頻率將直流400V電壓切換為交流弦波。再經過高頻變壓器降壓成為適當波幅的交流脈沖。二次側的交流弦波經過整流二極管及輸出濾波電路,再回饋經直流控制器可得到穩定的直流輸出,此輸出在出整流模塊之前經濾波電路濾除共模噪聲后,得到所需直流電源。

經對發電機及電源系統電路分析后認為E2733模塊是新西蘭開發及生產的,對交流電源的質量要求較高,同時,模塊的啟動功率需達到5kW左右,但模塊啟動后所需的最大功率約為3kW(以單個模塊最大輸出電流50A計算,模塊的效率約為90%)。存在啟動功率需求大,工作功率需求正常的情況。

我公司所配的小汽油發電機的輸出波形:在以較高功率輸出(或滿載輸出,如5kW)時,其波形畸變嚴重,且其中的諧波較多;在輸出功率正常時(70%以下),發電機的輸出波形較好,交流電源質量較高。

該型發電機的最大輸出功率約為5.5kVA,在模塊加電啟動時,由于功率需求較大,導致發電機輸出波形瞬時畸變,交流電源質量降低,而整流器的諧波保護檢測電路啟動保護功能,發出模塊關機指令。在模塊關機后,油機輸出功率降低,波形又恢復正常,從而模塊再重新啟動,啟動后,油機波形再畸變,保護電路再工作,模塊再關機。表現出的現象為整流模塊處于啟動―保護停機―再啟動―再保護停機的惡性循環。

通過上述分析,我們認真研究分析了中恒電源的內部電路圖及模塊的諧波保護機理,在模塊的“交流輸入濾波部分”有一諧波檢測保護電路,只要將此保護電路斷開,就能防止模塊在開機時由于所需功率較高而油機輸出波形發生瞬間畸變,而引起諧波保護電路工作,導致保護關機。而對油機來講,在模塊啟動后,單個模塊的滿負荷工作時的需求功率(約3kW)在油機輸出正常波形的功率范圍內。斷開此保護電路不會對系統正常運行產生較大的負面影響。同時根據電路分析,將此保護電路中斷后,對整流模塊來講,將缺少一級保護措施:即在未拆除前,模塊將在單相電壓達到270V時或輸入電源質量較差時進行保護,拆除后,模塊將在輸入電壓達到320V進行二級保護(高壓停機),模塊減少了一級保護。因此,在開啟模塊前,應對輸入電源進行電壓測量,確保工作電壓正常。

2.3、解決方法將中恒電源模塊諧波保護電路拆除的最簡單方法是將其諧波電路的輸出部分斷開,其電路中R148電阻為控制信號的輸出通道。

(1)將中恒電源模塊E2733的面板打開:拆除模塊正面板右側的3個內六角螺絲,拆除模塊右側板上的11個自攻螺絲,打開模塊右側板;(2)查找主控電路板的左上角的一個R148電阻(諧波檢測保護電路);(3)將R148電阻斷開;(4)重新安裝模塊右側板。

2.4、測試記錄及試用情況測試日期:2005年3月26日。測試整流器架:型號RPS17-450.SerialNo127226.

將4個已改造的E2733分別安裝在整流器的三相電源上,其中B相安裝兩個模塊。發電機空載時輸出電壓為A相233V;B相233V;C相233V,零線對地電壓約為0V.加載中恒電源模塊后各相電壓情況。經測試發現,改造過的中恒電源模塊均能由雅馬哈EF5500TE發電機正常供電。而且在單項或多項時,模塊和發電機均能正常工作。

目前我公司使用經過改造過的E2733模塊由該油機供電,已運行接近300h,未發生過異常或模塊損壞現象。

3、對高頻開關電源供電時的異常現象、原因及解決措施3.1為中達電源系統供電時的異常現象雅馬哈發電機能正常啟動上海中達MCS系列加載中恒電源模塊后各相電壓情況開關電源、模塊,但在使用汽油機的過程中,發現了一些問題,主要有:(1)當市電停,汽油機發起供電后,中達開關電源面板顯示電壓上升很快,引起過電壓告警,另外,我們還測量發現汽油機的實際電壓(有效值),也有偏高現象,但和面板顯示電壓不一致。(2)隨著負載的增加(整流模塊的增加),電壓也隨之升高,汽油機輸出電壓不穩定。

3.2、測試記錄及說明測試地點:泰高路基站,開關電源為中達ES3000系列,配有50A模塊3個,實際負載約為10~20A左右,蓄電池容量300Ah×2組。實驗結果如所示。在開啟整流模塊的同時開啟排風扇、日光燈等感性負載后,電壓波形就變好,功率因數提高,峰值電壓大幅下降,面板顯示的電壓亦下降。

用純電阻性負載測試時,汽油機能在其額定功率范圍內從容工作,輸出電壓和頻率等均符合指標。

3.3、測試結論

(1)隨著整流模塊容性負載的增加,汽油發電機輸出電壓也隨之升高;電壓波形明顯變差,峰值電壓大幅升高。當整流模塊容性負載進一步增大(在額定功率范圍內),汽油發電機輸出電壓就會不穩定并產生機械振動現象;(2)中達開關電源面板顯示的電壓是通過采樣峰值電壓計算而得:U=峰值電壓 ×0.707,其值隨著峰值電壓的變化而變化,所以當電壓波形變差時,其顯示面板就產生交流輸入高壓告警;(3)汽油發電機輸出電壓與其它各項指標、負載類型以及負載大小密切相關。

3.4、原因分析

(1)由于汽油發電機的功率較小,我們一般常用的也只有5~6kW,當整流模塊容性負載大于汽量的70%時,整流器產生的高次諧波電流流過汽油發電機定子繞阻,汽油發電機輸出的電壓波形就會產生嚴重畸變,峰值電壓大幅增加。在這種情況下,若長時間工作,會造成兩方面不良影響,引起汽油發電機不能穩定運行和機械振動。

諧波電流造成電機過熱,加速電機絕緣老化,不但對汽油發電機有害,同時會影響電源系統其它設備的穩定運行,即目前遇到的振蕩問題。

(2)同步發電機外特性曲線可以看出,汽油發電機輸出電壓與負載類型以及負載大小密切相關。

容性負載時,輸出電壓隨著電流的增加而增大;電阻性負載時,輸出電壓隨著電流的增加基本不變;感性負載時,輸出電壓隨著電流的增加而減小。綜上所述,隨著整流模塊容性負載的增加,汽油發電機輸出電壓也隨著增大。

3.5、解決方案:

(1)當汽油機供電時,盡量開啟一些感性負載如風扇、日光燈等;(2)用汽油機供電時,應對負載大小有一限制,對于容性負載,若要長時間工作,所帶負載最好不要超過汽油機額定功率的70%;(3)在實際使用過程中,對于一般基站的負載電流較小(50A以下),我們規定只開一個模塊就足夠了(較長時間停電后,一般工作在55A限流狀態)。

結束語:由于移動通信基站分布廣、數量多,在目前全國性的電荒形勢下,小汽油發電機以其便攜性在為移動基站的應急供電系統中發揮了較重大作用,但小汽油發電機組又由于自身的缺點:功率低,供電質量低等,造成對高頻開關電源供電時出現一些不穩定現象,只要我們能夠認真分析原因,并找出解決方案,小汽油發電基站在抗電荒的斗爭中仍能夠充分發揮作用,從而保證我們的移動通信基站永不斷電,移動通信網絡永遠暢通。


 
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