并網無縫切換控制器在ERTG柴油發(fā)電機組的應用

廈門集裝箱碼頭集團有限公司　陳躍山

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并網無縫切換控制器在ERTG柴油發(fā)電機組的應用

廈門集裝箱碼頭集團有限公司陳躍山

該文介紹“油改電”輪胎式龍門吊（簡稱“ERTG”）在推廣使用時產生的問題。通過ERTG無縫切換電源的使用，解決柴電和市電轉換過程中整機斷電換電這個重要環(huán)節(jié)的問題，大大提高了ERTG生產作業(yè)的效率。

油改電 無縫切換 并網控制

1　概述

為了響應政府節(jié)能減排號召，港口企業(yè)在硬件上加大資金投入，建立大型龍門吊油改電堆場，架設通電低架移動滑觸線等低碳環(huán)保的作業(yè)方式。廈門港、鹽田港、青島港等一大批大型港區(qū)的 RTG采用移動滑觸線供電方式的“油改電”項目，解決了柴油機廢氣排放污染問題，且運行成本可下降60%，噪音下降50%以上，經濟效益和社會效益十分顯著。

2　問題的提出與解決

2.1問題分析

廈門集裝箱碼頭集團海潤碼頭RTG“油改電改造”項目是在原RTG柴油發(fā)電機組供電基礎上增加市電供電系統(tǒng)，實現以電力拖動和柴油驅動兩用的功能。采用低架移動滑觸線供電方式，采用交流低架滑觸線+集電小車（自動切合）的布置方式，當 ERTG 在箱區(qū)作業(yè)時，關閉柴油發(fā)電機組，所需動力由專門設計的集電裝置將市電從滑觸線輸送到ERTG，ERTG 沿滑觸線移動，實現對整個箱區(qū)的工作覆蓋。當ERTG 需轉場到另一箱區(qū)作業(yè)時，則改由柴油發(fā)電機組供電并實現轉場。轉到指定堆場后，柴油發(fā)電機組停止工作，工作動力重新切換為由市電供電。低空滑觸線的缺點是滑觸線在堆場兩箱之間不連續(xù)，RTG需啟動柴油機后到插拔插頭后重新上電，造成了電源的中斷、不連續(xù)，使得整機斷電，RTG的電氣系統(tǒng)啟動停止時間將延長。比如SIMATIC S7-300 的PLC主站與各遠程模塊站重新建立通訊需要時間，設備照明用的高壓鈉燈重新完全點亮至少需要15分鐘，而且電源的切斷重送將大大縮減照明系統(tǒng)電子整流器的壽命，頻繁的斷電通電使對講機系統(tǒng)中斷，使設備上的電氣部件如接觸器、變壓器、電源的壽命縮減。

2.2問題的解決

起初我們使用 SANTAK的 UPS，在駕駛室安裝一臺UPS電源給對講機系統(tǒng)和無線終端供電，在電氣房裝一臺UPS電源供電給PLC CPU通訊模塊，使設備在換場時保持電源不斷。UPS的電池使用壽命為3～5年，如果發(fā)現狀況不佳，則必須提前更換。使用UPS電源線路改造比較簡單，但UPS電池壽命的因素影響了設備的穩(wěn)定性，增加了后期設備和人工的維護成本。

為了提高設備可靠性，可采用并網無縫切換控制器方式進行改造。我們選用深海DSE8620單臺機組和市電并網控制模塊。DSE8620 控制器允許操作員在駕駛室啟動和停止發(fā)動機，可通過發(fā)電機面板上的按鈕或自動將負載切換至發(fā)電機。利用內置同步、電壓匹配和并網功能，控制器能夠以軟加載/軟卸載方式與市電并網。控制器內包含同步和負載分配功能。并網控制器的原理是通過對柴油發(fā)電機的電壓、頻率和相位角控制實現發(fā)電機組合市電的并聯，通過對控制柴油發(fā)電機組遠程啟動和停止實現負載轉移，對 ERTG系統(tǒng)兩種電源接觸器進行控制，進而實現無縫切換。并機前需要做好以下準備工作：

（1）檢查蓄電池電量是否充足，以保證“啟動馬達”啟動，進而啟動發(fā)動機。

（2）檢查發(fā)動機的柴油、機油、水是否正常。

（3）啟動發(fā)動機之前，通過手動噴油閥把噴油泵內的空氣除去，以保證發(fā)動機順利啟動。

（4）依照電路圖，檢查控制器和外圍的接線是否正確，避免接錯線；重點檢查控制器到調速板、AVR 板和機組之間的通訊線（用屏蔽線），并確保屏蔽線完全接地。

（5）檢查電動開關的接線，并觀察電動開關運作是否正常。

（6）檢查控制器的接地是否良好（接到發(fā)動機殼體上）。（7）將設置好的程序寫入控制器。

（8）手動啟動發(fā)動機，發(fā)動機運轉正常后，調好轉速和電壓。

（9）通過調節(jié)軟件，確認控制器可以正常調節(jié)轉速和電壓。

（10）通過手動合閘或分閘，來確認控制器可以正常控制分合閘。

（11）并機之前，要保證單機運轉正常，調節(jié)好發(fā)動機的增益和穩(wěn)定性。

（12）手動帶載后，看發(fā)動機運轉是否正常。

（13）手動并機調試正常后，方可考慮自動并機。

并機調試需要注意的問題有：以廈門港海潤碼頭ERTG為例，首先要在DSE軟件里進行調速板控制，我們碼頭 ERTG使用的發(fā)動機是CumminsKTA-19G4型柴油機，發(fā)動機的額定頻率是50Hz，使用的是Cummins EFC 電子調速板。Cummins EFC電子調速板需要自行準備120kΩ的電阻用于調速。發(fā)動機頻率的調整范圍在5%之間，其目的是讓控制器在找同步點時，速度的調整范圍相對比較寬（適用于不同的發(fā)動機并機）。先把頻率增加5%，達到52.5Hz，然后把頻率52.5Hz 寫入控制器，同時手動啟動發(fā)動機，并且按下合閘按鈕，此時的Governor Analogue應該是80.6%，如果不是80.6%，需通過調節(jié)SW2 的值，直至Governor Analogue 達到80.6%為止。再把頻率減少5%，達到47.5Hz。然后把頻率47.5Hz 寫入控制器，同時手動啟動發(fā)動機，并且按下合閘按鈕，此時的Governor Analogue應為-79.0%，如果不是-79.0%，需通過調節(jié)SW2的值，直至Governor Analogue 達到-79.0%為止。完成以上調整發(fā)動機頻率的步驟后，需把額定頻率重新寫入控制器。調速板調好了進行AVR控制，斯坦福（stamford）同步交流發(fā)電機使用NEWAGE MX321自動調壓器AVR，AVR包含有過壓保護功能，對發(fā)電機主繞組的電壓進行監(jiān)測，并且通過控制勵磁電路使發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定在指定的范圍內，同時還根據發(fā)電機的負荷、轉速、溫度和功率因數等要素做出修正。而三相RMS檢測能夠提供更準確的電壓調整。讓AVR電壓的調整范圍在±10%之間，目的是讓控制器在找同步點時，電壓的調整范圍相對比較寬（適用于不同的發(fā)電機并機）。

發(fā)電機的額定電壓是400V，先把電壓增加10%，調整為440V，然后把電壓440V寫入控制器，同時手動啟動發(fā)動機，并且按下合閘按鈕，此時的 AVR Analogue為80.6%，如果不是80.6%，增大或減小SW2的值，直至AVR Analogue 調整為80.6%為止，然后電壓減少10%，調整為360V，把電壓360V寫入控制器，同時手動啟動發(fā)動機，并且按下合閘按鈕，此時的AVR Analogue應為-79.0%，如果不是-79.0%，增大或減小SW2的值，直至AVR Analogue調整到-79.0%為止，完成以上調整發(fā)電機電壓的步驟后，需把額定電壓重新寫入控制器。

第二步，檢查電流互感器安裝位置并檢查接線，檢查目的是避免電流互感器上的S1、S2接線錯誤，導致控制器分配負載不準確。 因為相電流互感器的接線錯誤，將導致功率因數和有用功率讀數錯誤，所以電流互感器安裝位置正確和接線正確對并機成功非常重要。

第三步，檢查電流，多臺機器之間MSC通訊，檢查首控制器MSC通訊端口H和L之間是否接了120Ω電阻；檢查尾控制器MSC通訊端口H和L之間是否接了120Ω電阻。

最后是同步檢查，檢查連線和相序。在并機之前，要檢查單機和母排的相序是否一致；如果不一致，則無法成功并機甚至可能發(fā)生危險。

無縫切換控制系統(tǒng)增加控制信號到柴油機組的電子調速板和發(fā)電機組的調壓板，還要在軟件里增加PLC保護邏輯和外部指示邏輯。這種方式的線路改造比較復雜，但后期維護量小。

3　結束語

在ERTG上采用并網無縫切換系統(tǒng)后，夜間小車投光燈和大梁投光燈等照明系統(tǒng)從原來等待的15分鐘減為0分鐘，無線終端和對講系統(tǒng)能夠保持時時溝通，有效保障了設備生產作業(yè)的安全。隨著“油改電”技術的不斷升級和更新換代，ERTG作業(yè)在安全性、自動化方面將不斷提高， 無縫切換系統(tǒng)大大提升了堆場ERTG的作業(yè)效率。

［1］ 隨機資料. Cummins Diesel Engine Electric Fuel Control Governor

［2］ 周家海. 低架滑觸線“油改電”技術的革新［J］. 港口裝卸， 2011（4）: 11-13.

［3］ 李翔， 李晃亮. VAHLE新一代 RTG油改電”方案介紹［J］. 港口裝卸，2011（4）: 9-10.

［4］ 邢小健， 商偉軍.輪胎式集裝箱門式起重機“油改電”探討［J］. 港口裝卸，2008（1）: 14-15.

［5］ 隨機資料. STAMFORD MX321自動調壓器（AVR）