淺析柴油發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化控制

焦天津 段衛(wèi)華

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組的并列運(yùn)行過(guò)去大都是采用手動(dòng)準(zhǔn)同期法，近年來(lái)，隨著柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)的提高，自動(dòng)化并車(chē)及控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始推廣和普及。自動(dòng)化并車(chē)系統(tǒng)一般由主控制器、自動(dòng)同步器、自動(dòng)負(fù)載分配器、柴油機(jī)供油調(diào)節(jié)系統(tǒng) （電子調(diào)速器，電子噴射系統(tǒng)等）、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)及主開(kāi)關(guān)等組成。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)組；自動(dòng)化；并車(chē)控制；負(fù)載

一、引言

1. 柴油發(fā)電機(jī)組的并列運(yùn)行過(guò)去大都是采用手動(dòng)準(zhǔn)同期法。對(duì)發(fā)電機(jī)組的電壓、頻率、相位等反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，然后根據(jù)燈光明暗變化或者整步表指針轉(zhuǎn)動(dòng)位置來(lái)進(jìn)行并車(chē)操作，由于人們視力的誤差及操作能力的不同，使手動(dòng)并車(chē)操作顯得有點(diǎn)“復(fù)雜”。

2. 近年來(lái)，隨著柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)的提高，自動(dòng)化并車(chē)及控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始推廣和普及。

自動(dòng)化并車(chē)有以下明顯的好處：

（1）、操作方便，動(dòng)作準(zhǔn)確，避免了手動(dòng)操作時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；

（2）、可根據(jù)負(fù)載的大小和變化，自動(dòng)進(jìn)行多臺(tái)機(jī)組的逐臺(tái)投入和退出。

二、理論依據(jù)

1、自動(dòng)化并車(chē)控制系統(tǒng)的基本組成：

自動(dòng)化并車(chē)系統(tǒng)一般由主控制器、自動(dòng)同步器、自動(dòng)負(fù)載分配器、柴油機(jī)供油調(diào)節(jié)系統(tǒng) （電子調(diào)速器，電子噴射系統(tǒng)等）、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)及主開(kāi)關(guān)等組成，如圖1所示，分別介紹如下：

（1） 主控制器

主控制器一般有以下功能：

① 控制

按照設(shè)定的程序，自動(dòng)控制發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)、停機(jī)、供油、預(yù)熱（預(yù)供）、開(kāi)關(guān)的分閘合閘等。

② 測(cè)量

通過(guò)液晶（或數(shù)碼等）窗口顯示柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、潤(rùn)滑油溫度、潤(rùn)滑油壓力、蓄電池電壓。有的主控制器還可顯示電參數(shù)、三相電壓、三相電流、頻率、功率和運(yùn)行時(shí)間等。

③ 保護(hù)

一般都有水溫高、油溫高、油壓低、超速、燃油位低、蓄電池電壓低等保護(hù)。有的還有過(guò)電壓、過(guò)功率、過(guò)頻、欠頻等保護(hù)。

（2）自動(dòng)同步器

在接受并車(chē)指令后，自動(dòng)同步器測(cè)量待并機(jī)組和運(yùn)行機(jī)組的相位差，并據(jù)此向待并機(jī)組發(fā)出調(diào)頻信號(hào)使待并機(jī)組和母線（運(yùn)行機(jī)組）的相位差很快縮小。當(dāng)達(dá)到允許的相位差角度范圍內(nèi)（1O～2O度）時(shí)，向主開(kāi)關(guān)發(fā)出合閘指令。如圖2所示因此，自動(dòng)同步器的作用是：在接到并車(chē)指令信號(hào)，將待并機(jī)組牽人同步，并發(fā)出合閘指令，完成自動(dòng)并車(chē)的操作。

（3）自動(dòng)負(fù)載分配器

自動(dòng)同步器在完成自動(dòng)并車(chē)操作后即退出對(duì)發(fā)電機(jī)組的任何控制，當(dāng)2臺(tái)（或 2臺(tái)以上）機(jī)組已經(jīng)投入到并聯(lián)運(yùn)行后，就由自動(dòng)負(fù)載分配器承擔(dān)起已投入并聯(lián)運(yùn)行各機(jī)組有功功率的平衡分配并對(duì)每臺(tái)機(jī)組進(jìn)行必要的保護(hù)。由圖3可見(jiàn)，自動(dòng)負(fù)載分配器的輸入信號(hào)是本臺(tái)機(jī)組的三相電壓、三相電和系統(tǒng)的平衡信號(hào)，并綜合上述輸入信號(hào)輸出調(diào)頻信號(hào)，調(diào)整柴油機(jī)供油系統(tǒng)，達(dá)到調(diào)整本臺(tái)機(jī)組輸出的有功功率的目的，以保證投入并聯(lián)運(yùn)行的各臺(tái)機(jī)組輸出功率的平衡，使各臺(tái)機(jī)組有功功率分配差度在 5%以?xún)?nèi)（或更小）。在退出運(yùn)行時(shí)，負(fù)載分配器能控制退出機(jī)組向運(yùn)行機(jī)組轉(zhuǎn)移負(fù)載，實(shí)現(xiàn)“軟分閘”。

（4）電參數(shù)表

電參數(shù)表有以下作用：

①可取代多個(gè)指針式儀表，顯示線電壓、線電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率等，使并車(chē)屏外形新穎美觀。

② 所有電參數(shù)可以通過(guò)通信接口運(yùn)傳到用戶(hù)集中監(jiān)控處，便于實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)；

③ 所有參數(shù)均可設(shè)置保護(hù)值。

（5）主開(kāi)關(guān)

自動(dòng)并車(chē)系統(tǒng)必須采用帶有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的空 上氣斷路器，以便接受分閘合閘指令。開(kāi)關(guān)要求動(dòng)作快捷可靠，現(xiàn)在常用品牌有ABB，施耐德、日本三菱等。其額定電流的選擇按照發(fā)電機(jī)組的功率來(lái)確定如，2臺(tái)300kW 發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)并車(chē)就應(yīng)選擇 2只殼架等級(jí)額定電流 630A的電動(dòng)作空氣斷路器，其額定值整定在 540A左右。

2、自動(dòng)化并車(chē)系統(tǒng)供電的一次線路

（1）、現(xiàn)以 2臺(tái)發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行為例說(shuō)明系統(tǒng)工作，當(dāng)市電失電時(shí)，預(yù)先設(shè)置的首選機(jī)組立即啟動(dòng)，并且合閘送電到發(fā)電機(jī)組母線，ATS開(kāi)關(guān)接受到發(fā)電機(jī)信號(hào)后，切換到發(fā)電機(jī)供電。首選機(jī)組（1#機(jī)組）投人運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載增加到 l#機(jī)組額定功率的80%時(shí)，l#機(jī)組的控制系統(tǒng)就會(huì)向2#機(jī)組發(fā)出啟動(dòng)指令，2#機(jī)組啟動(dòng)成功后，在 2#機(jī)組控制系統(tǒng)控制下，自動(dòng)調(diào)整頻率和相位被牽人同步，發(fā)出合閘指令，投人并列運(yùn)行。如果 l#機(jī)組出現(xiàn)故障，l#機(jī)組的控制系統(tǒng)也會(huì)向2#機(jī)組發(fā)出啟動(dòng)指令。2#機(jī)組投入并列運(yùn)行后，同樣向后續(xù)機(jī)組發(fā)出啟動(dòng)指令。

（2）、如果負(fù)載不斷減少，當(dāng)降低到 2#機(jī)組額定功率的40%時(shí)，在 2#機(jī)組控制系統(tǒng)控制下，將負(fù)載向 1# 機(jī)組轉(zhuǎn)移，當(dāng)2#機(jī)組接近空載時(shí)，2#機(jī)組主開(kāi)關(guān)分閘，實(shí)現(xiàn)了軟卸載和解列。

三、結(jié)論及簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)效益分析

1、柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化并車(chē)的必要性

為了解決發(fā)電機(jī)組的擴(kuò)容或備用等需要，發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行是發(fā)電機(jī)組在應(yīng)用中經(jīng)常觸及的一個(gè)問(wèn)題，

任何發(fā)電機(jī)組投人并列運(yùn)行必須滿(mǎn)足以下四個(gè)條件：

①電壓相等；②頻率相等；③相序相同；④相位一致

2、當(dāng)多臺(tái)機(jī)組并車(chē)時(shí)，有的機(jī)組在正常運(yùn)行（發(fā)電）時(shí)，其他機(jī)組可處于休息待命狀態(tài)。當(dāng)已運(yùn)行機(jī)組發(fā)出滿(mǎn)功率信號(hào)或者故障信號(hào)時(shí)，待命狀態(tài)的機(jī)組再投人運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3、經(jīng)濟(jì)效益分析。就現(xiàn)在國(guó)外各種鉆井合同來(lái)說(shuō)多采用日費(fèi)制，以甲方沙特阿美為例，鉆井日費(fèi)4.3萬(wàn)美元/天，修井日費(fèi)為3.3萬(wàn)美元/天，設(shè)備狀況是日費(fèi)保證的關(guān)鍵，現(xiàn)實(shí)狀況為純電動(dòng)鉆機(jī)定崗人員少，機(jī)房除了主發(fā)電機(jī)之外，附屬設(shè)備多，全天24小時(shí)基本是一人在負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)房的全部設(shè)備，再加上中東沙特阿拉伯鉆井項(xiàng)目多位于是沙漠地區(qū)，為熱帶沙漠性氣候，氣候干燥，全年幾乎無(wú)降水，日夜溫差大，夏季氣溫高（氣溫最高時(shí)地表溫度達(dá)到70℃）風(fēng)沙大，冬季氣溫最低達(dá)到1℃左右。鉆井工況復(fù)雜多變，負(fù)載不穩(wěn)定，手動(dòng)并車(chē)，如果負(fù)載太小，長(zhǎng)期運(yùn)行易產(chǎn)生積碳，單車(chē)運(yùn)行，如果負(fù)載突加，易造成停車(chē)，或長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，再加上環(huán)境溫度高，造成高溫停機(jī)，造成甲方扣日費(fèi)甚至造成井下復(fù)雜情況，經(jīng)濟(jì)損失非常大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 深海電子可編程控制器 DSE8610用戶(hù)使用手冊(cè).