火電廠柴油發(fā)電機(jī)組啟停過程控制策略研究

閆佩豪

摘要：本研究采用經(jīng)驗規(guī)則探討柴油發(fā)電機(jī)組啟停過程控制策略?；痣姀S機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制部門劃分為3個級別，其中，現(xiàn)場處理級（手動/自動選擇開關(guān)）的控制權(quán)是系統(tǒng)的最高優(yōu)先級，軟件程序聯(lián)鎖具有操作所有系統(tǒng)設(shè)備的第2個優(yōu)先權(quán)，遠(yuǎn)程集控室中央監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）是操作所有系統(tǒng)設(shè)備的第3個優(yōu)先事項。不同級別的操作通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的接口控制器使控制系統(tǒng)的功能與SCADA系統(tǒng)兼容。SCADA系統(tǒng)的控制成為一個統(tǒng)一協(xié)調(diào)的實體，既提高了柴油機(jī)的自動化水平，也提高了柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：過程控制策略；機(jī)電一體化；監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6487 （2018） 01-0001-03

0 引言

柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)和公用支架組成。柴油機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)，柴油的能量轉(zhuǎn)化為電能。其原理是將燃料直接送入柴油機(jī)氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮和燃燒。燃燒后的高壓、高溫排氣膨脹推動活塞運(yùn)動，直線往復(fù)運(yùn)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶動軸連接發(fā)電機(jī)發(fā)電。

1.系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，雖然在應(yīng)用中有所不同，但大致都可以分為3個部分：在柴油機(jī)房就地控制（自動/手動控制開關(guān)），在機(jī)房通過人機(jī)界面控制，通過收集數(shù)據(jù)用網(wǎng)絡(luò)通信的遠(yuǎn)程控制。集控室操作員可以通過SCADA系統(tǒng)監(jiān)控和控制柴油發(fā)電機(jī)的操作。柴油機(jī)房和集控室人機(jī)界面的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)可分為3個層次[1]：系統(tǒng)架構(gòu)包括硬件和機(jī)房現(xiàn)場配置為第1層（LOP內(nèi)置EDS I/O設(shè)備），第2層是發(fā)動機(jī)接口控制單元（內(nèi)置冗余PLC控制器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和S.0.E），第3層是遠(yuǎn)程SCADA系統(tǒng)（包括繼電器、儀表板、控制器、S.0.E.、電力、公用和輔助控制）。

計算機(jī)控制監(jiān)視系統(tǒng)總線連接所有系統(tǒng)模塊。這種冗余的現(xiàn)場總線系統(tǒng)成為模塊之間數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)，并允許在傳感器故障的情況下接收來自其他模塊的冗余測量值。

2 柴油發(fā)電機(jī)組起動/停止控制方式及策略

2.1運(yùn)行控制方式

控制模式應(yīng)提供計算機(jī)工作站和具有啟/停操作的主控面板，控制模式要求如下：

（1）現(xiàn)場控制層優(yōu)先控制（手動/自動選擇開關(guān)）應(yīng)該是最高優(yōu)先級，功能程序應(yīng)是操作所有設(shè)備的第二優(yōu)先事項，計算機(jī)遠(yuǎn)程控制應(yīng)是操作所有設(shè)備的第三優(yōu)先事項。

（2）控制模式和優(yōu)先級順序應(yīng)允許控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制驅(qū)動器相互支持?，F(xiàn)場控制驅(qū)動程序應(yīng)以手動方式接管控制和監(jiān)視，以確保在控制系統(tǒng)故障時正常運(yùn)行。

（3）在正?？刂茽顟B(tài)下，對系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。

2.2操作要求和策略

SCADA系統(tǒng)中的負(fù)載請求。如果需要，柴油機(jī)組可以通過SCADA/人機(jī)界面手動或自動啟動。每個請求都需要以下數(shù)字信號[2]。啟動請求和請求的功率值。為每個柴油機(jī)提供數(shù)字信號。可用柴油機(jī)，可用負(fù)荷和實際負(fù)荷。注意：需要一個最低負(fù)荷，在此負(fù)荷下不允許繼續(xù)操作。發(fā)電機(jī)組的最低負(fù)荷是預(yù)定為50%。

2.3遠(yuǎn)程啟動控制功能特性

柴油機(jī)啟動過程：如果條件允許，柴油機(jī)可以啟動。如果啟動時出現(xiàn)故障或任何報警消息，則在檢查遠(yuǎn)程啟動互鎖條件滿足之后，重置所有信號，然后啟動柴油機(jī)。對于遠(yuǎn)程柴油機(jī)啟動聯(lián)鎖條件，如果聯(lián)鎖條件有以下問題：外部速度有異，齒輪嚙合不到位，人工急停，遠(yuǎn)程停止、柴油機(jī)尚未停止，或柴油機(jī)控制面板選擇開關(guān)設(shè)置為“就地運(yùn)行”，則柴油機(jī)啟動將停止并“啟動失敗”。

柴油機(jī)遠(yuǎn)程啟動序列參數(shù)設(shè)置：柴油機(jī)遠(yuǎn)程啟動序列和柴油機(jī)的確認(rèn)（Tl）、開始（T5）、開始（T7）、停止、加載、卸載、油泵驅(qū)動（T2）、高壓冷卻水（T3）、起動閥最大（T6）、T/C油壓力表的時間（T4），其中柴油機(jī)、潤滑油、冷卻水、高溫壓力、初始點火，柴油機(jī)啟動速度是相互關(guān)聯(lián)的。在最佳參數(shù)設(shè)置時，應(yīng)將時間和轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行相互協(xié)調(diào)。

柴油機(jī)遠(yuǎn)程啟動順序如下。

步驟1：啟動聯(lián)鎖是否動作，若是，則設(shè)備接收SCADA系統(tǒng)指令，中止啟動并復(fù)位“遠(yuǎn)程啟動”信號。若否，則設(shè)備接收SCADA系統(tǒng)指令，發(fā)送“遠(yuǎn)程啟動”指令并繼續(xù)下一個步驟[3]。

步驟2：柴油機(jī)靜止時觸發(fā)啟動信號，當(dāng)選擇開關(guān)選擇自動時，SCADA系統(tǒng)指令下載到設(shè)備上執(zhí)行“柴油機(jī)遠(yuǎn)程啟動信號”并繼續(xù)。在啟動操作中，故障信號通過傳感器上傳到SCADA系統(tǒng)，并予以顯示。

步驟3：通過控制命令，啟動外部潤滑油泵，冷卻水泵，自動執(zhí)行缸套潤滑和閥座潤滑功能，并啟動調(diào)速器來調(diào)節(jié)速度。

步驟4：啟動定時器T2、T3和T4，在T2時，初始潤滑油的最低壓力必須足以使用；因此，若初始潤滑油壓達(dá)不到這一最低值，低油壓設(shè)定報警，并中止啟動。

步驟5：如果渦輪增壓器的潤滑油壓力（定時器T3）和高溫冷卻水壓力（定時器T4）在定時器T2時不符合規(guī)定值，則發(fā)出故障報警，并中止啟動。

步驟6：在啟動柴油機(jī)的初始潤滑壓力時間間隔T5內(nèi)，必須達(dá)到上述潤滑油的最小壓力[4]。柴油機(jī)停止時間不超過發(fā)動機(jī)的最大允許停止時間，或初始潤滑油的最小壓力已達(dá)到并且持續(xù)超過1min，則不用再關(guān)注初始潤滑油壓。

步驟7：如果柴油機(jī)的停止時間超過了柴油機(jī)最大允許停止時間，并且不是慢轉(zhuǎn)，則需要慢速啟動。如果柴油機(jī)沒有慢啟動，首先需向設(shè)備發(fā)出一個明確的命令信號；并且操作人員必須打開指示器閥旋塞以排空發(fā)動機(jī)內(nèi)部的流體，這意味著在控制面板接收到控制系統(tǒng)的柴油機(jī)清理完畢信號之前，中止遠(yuǎn)程啟動。然后，繼續(xù)到步驟11。

步驟8：如果檢測到慢啟動錯誤，則停止遠(yuǎn)程啟動，并將慢啟動信號發(fā)送給ECU設(shè)備。操作人員必須使用慢轉(zhuǎn)裝置，指示閥旋塞接通，以便氣缸內(nèi)有流體，觀察ECU控制面板，并手動轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)。

步驟9：如果在緩慢的啟動過程中沒有發(fā)現(xiàn)故障，或者柴油機(jī)的清理已經(jīng)完畢，啟動過程可以正常地驅(qū)動主空氣閥，則啟動空氣壓縮機(jī)[5]。

步驟10：在啟動過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加，如柴油轉(zhuǎn)速在T6允許的最大時間內(nèi)不能達(dá)到點火速度，則中止啟動過程并關(guān)閉啟動閥。

步驟11：如果點火速度隨著時間的推移，不能打開啟動閥，則柴油機(jī)定時器T7開始計數(shù)。

步驟12：在定時器T7時間內(nèi)，如果柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不能達(dá)到啟動所需轉(zhuǎn)速，則中止啟動程序，停下柴油機(jī)。

步驟13：如果柴油機(jī)轉(zhuǎn)速在定時器T7內(nèi)達(dá)到啟動所需轉(zhuǎn)速，柴油機(jī)運(yùn)行信號通過傳感器上傳到SCADA系統(tǒng)并顯示出來。

步驟14： ECU執(zhí)行柴油機(jī)啟動準(zhǔn)備（啟動泵，預(yù)壓，清理），操作員必須在啟動程序前檢查顯示在儀器控制面板上的信息，來確定柴油機(jī)的工作狀態(tài)信息（可以與否），集控室遠(yuǎn)程執(zhí)行步驟5到步驟10。

2.4遠(yuǎn)程停止控制功能特性

（1）柴油機(jī)遠(yuǎn)程停止序列參數(shù)設(shè)置：遠(yuǎn)程發(fā)動機(jī)停機(jī)順序，柴油機(jī)的確認(rèn)（Tl），停止（T8），柴油機(jī)停止的速度和旋轉(zhuǎn)速度項參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，時間和轉(zhuǎn)速等參數(shù)應(yīng)相互協(xié)調(diào)，柴油機(jī)可以通過安全系統(tǒng)停止。

（2）柴油機(jī)遠(yuǎn)程停止順序如下。

步驟1：SCADA操作員將停止指令下發(fā)到設(shè)備以執(zhí)行柴油機(jī)的停止程序。當(dāng)安全系統(tǒng)已經(jīng)確認(rèn)，柴油機(jī)的停止程序繼續(xù)執(zhí)行步驟l到步驟5。

步驟2：當(dāng)柴油機(jī)沒有停止時，自動控制/手動控制選擇開關(guān)設(shè)置為“自動”時，柴油機(jī)通過步驟1到步驟5執(zhí)行停止程序，當(dāng)選擇開關(guān)設(shè)置為“手動”時，柴油機(jī)通過步驟1到步驟4執(zhí)行停止程序。

步驟3：當(dāng)控制面板中有報警信息時，啟動輔助風(fēng)機(jī)來配合停止柴油機(jī)。

步驟4：如果操作員未能在確認(rèn)時間（Tl）內(nèi)執(zhí)行命令確認(rèn)，則不能執(zhí)行柴油機(jī)的停止程序；如果在確認(rèn)時間（Tl）內(nèi)執(zhí)行命令確認(rèn)，則可以執(zhí)行柴油機(jī)的停止程序。

步驟5：當(dāng)氣缸控制裝置的控制閥啟動，啟動外部阻塞減速并且發(fā)送一個零信號到調(diào)速器儀器控制面板（聯(lián)鎖），這將中斷柴油機(jī)停止程序。在柴油機(jī)減速時，柴油機(jī)不能強(qiáng)行啟動，直到柴油機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)ECU控制系統(tǒng)確認(rèn)柴油機(jī)已經(jīng)停止，在停止時間（T8）后，柴油機(jī)的停止可以實際確認(rèn)。如果柴油機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，安全系統(tǒng)被取消，調(diào)速器松開，遙控停止閥在發(fā)動機(jī)停止之前復(fù)位。

步驟6：一旦發(fā)動機(jī)停止，儀器控制面板顯示“發(fā)動機(jī)停止”，“缸套潤滑”和“閥座潤滑”功能關(guān)閉。

步驟7：取消啟動聯(lián)鎖指令，遙控止回閥復(fù)位，信息上傳到SCADA系統(tǒng)并顯示。

3.相關(guān)討論

我們的研究和實驗結(jié)果可以總結(jié)為以下幾個特點：

（1）柴油發(fā)電機(jī)組一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)的應(yīng)急電源將受到嚴(yán)重影響。因此，如何提高維修人員的故障診斷能力是一個非常重要的課題。

（2）如何提高柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性是發(fā)電廠經(jīng)營管理的重要組成部分。

4.結(jié)論

根據(jù)實際經(jīng)驗，將柴油發(fā)電機(jī)組控制機(jī)構(gòu)劃分為3個層次。各加工層的控制面板按功能分類，不同的項目有不同的接口和組合要求，局部控制面板根據(jù)個人要求組合或分離。操作界面可以根據(jù)預(yù)算選擇。通過分析進(jìn)一步了解機(jī)電一體化SCADA系統(tǒng)和ECS軟件應(yīng)用的實用技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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