火電廠后備柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許峰

（江蘇道康發(fā)電機(jī)組有限公司 江蘇省泰州市 225300）

火電廠常常將柴油發(fā)電機(jī)作為主要后備供電設(shè)備，但是在應(yīng)用過程中，繼電器的控制系統(tǒng)依舊難以滿足現(xiàn)代化背景下中型、大型火力發(fā)電機(jī)組的可靠性、自動(dòng)化需求。為改善這一情況，滿足現(xiàn)代化背景下柴油發(fā)電機(jī)的應(yīng)用需求，則需積極運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高柴油發(fā)電機(jī)的控制水平。在實(shí)際應(yīng)用過程中，柴油發(fā)電機(jī)必須時(shí)刻維持熱備用狀態(tài)，一旦運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)出現(xiàn)問題，則需及時(shí)啟動(dòng)后備柴油發(fā)電機(jī)，替代發(fā)生問題的發(fā)電機(jī)。想要讓柴油發(fā)電機(jī)及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急，則需保證柴油發(fā)電機(jī)始終自動(dòng)、獨(dú)立、可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按照預(yù)設(shè)的程序快速啟動(dòng)，才能保證柴油發(fā)電機(jī)中的反應(yīng)堆及時(shí)反應(yīng)過來，預(yù)防事故發(fā)生。監(jiān)控系統(tǒng)屬于柴油發(fā)電機(jī)的重要組成部分，主要承擔(dān)著監(jiān)測柴油發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)、性能參數(shù)等工作，可保證柴油發(fā)電機(jī)始終處于備用狀態(tài)，在火電廠發(fā)生問題后及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急啟動(dòng)，保證柴油發(fā)電機(jī)能夠迅速有效的啟動(dòng)，承擔(dān)著起替代其他發(fā)電機(jī)發(fā)電的工作。

1 柴油發(fā)電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著我國人們經(jīng)濟(jì)水平、生活質(zhì)量持續(xù)增加，城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐不斷加快，人們的用電需求越來越高，對于用電安全、用電質(zhì)量也有了更高的要求。為保證發(fā)電廠能夠及時(shí)啟動(dòng)，必須輔以相應(yīng)的控制技術(shù)與監(jiān)控技術(shù)，能夠密切監(jiān)測備用發(fā)電機(jī)的實(shí)際情況，保證備用發(fā)電機(jī)能夠在電廠發(fā)電機(jī)發(fā)生問題后，可立刻啟動(dòng)頂上。傳統(tǒng)備用柴油發(fā)電機(jī)采用的監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩個(gè)部件組成，分別是常用儀表以及繼電器。但是這種監(jiān)控技術(shù)容易發(fā)生故障，接線比較復(fù)雜，功能比較單一，可塑性與可靠性比較差。監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用過程中，很難保證監(jiān)控技術(shù)的準(zhǔn)確性與真實(shí)性。再者，常用的備用發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)復(fù)雜等特點(diǎn)，必須讓監(jiān)控系統(tǒng)與備用發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)有效結(jié)合，并形成便捷、理想、友好的顯示操作界面，才能保證監(jiān)控技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值被充分挖掘出來。但是，隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷提高、不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)以及智能化技術(shù)在火電廠得到了廣泛的應(yīng)用，柴油發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)得到有效優(yōu)化，各種先進(jìn)技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)中得到應(yīng)用。柴油發(fā)電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)得到優(yōu)化。

2 柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)組成情況

現(xiàn)今火電廠所應(yīng)用的柴油發(fā)電機(jī)多為單元制布置，每個(gè)單元系統(tǒng)與2 臺300MW 機(jī)組有效結(jié)合，組成一個(gè)柴油發(fā)電機(jī)。備用柴油發(fā)電機(jī)主要由主機(jī)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、測量控制系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)出口六個(gè)部分組成。其中發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及相應(yīng)的附屬設(shè)備組成了主機(jī)系統(tǒng)；而燃油箱以及控制閥則組成了燃油系統(tǒng)，主要承擔(dān)著為發(fā)電機(jī)及時(shí)提供所需柴油，控制發(fā)電機(jī)中燃油流量情況的職責(zé)；充電機(jī)、啟動(dòng)電機(jī)以及蓄電池可組成啟動(dòng)系統(tǒng)，主要承擔(dān)著為發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力的職責(zé)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置以及電壓調(diào)節(jié)裝置組成勵(lì)磁調(diào)節(jié)胸痛，主要承擔(dān)著合理調(diào)節(jié)機(jī)器出口電壓的職責(zé)；發(fā)電機(jī)的出口自斷路器、饋線刀閘、饋線屏等部件組成了電氣系統(tǒng)，主要承擔(dān)著控制柴油發(fā)電機(jī)出口——保安段線路的職責(zé)；而測量控制系統(tǒng)則承擔(dān)著保障發(fā)電機(jī)可靠性、安全性的職責(zé)。

3 后備柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

想要保證柴油發(fā)電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其實(shí)時(shí)監(jiān)控的職責(zé)，在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)則必須遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則，才能保證監(jiān)控技術(shù)得到充分應(yīng)用，監(jiān)控系統(tǒng)能夠在柴油機(jī)中充分發(fā)揮其價(jià)值，能夠進(jìn)一步保障柴油發(fā)電機(jī)的可靠性及安全性。

3.1 安全性、質(zhì)量性原則

實(shí)際設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，必須充分應(yīng)用NC 級設(shè)備、IE 級設(shè)備（1 類抗震設(shè)備、QAI 質(zhì)保等級，符合K3 堅(jiān)定標(biāo)準(zhǔn)），充分發(fā)揮設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值。再者，設(shè)計(jì)過程中，必須重視所有和柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急運(yùn)行、啟動(dòng)相關(guān)的各色設(shè)備，保證設(shè)備等級均為IE 級。除去這些用于保證發(fā)電機(jī)應(yīng)急運(yùn)行、應(yīng)急啟動(dòng)的IE 級設(shè)備，其余設(shè)備則必須達(dá)到NC 級標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 合理分配功能

備用柴油發(fā)電機(jī)必須始終維持應(yīng)急狀態(tài)，能夠在正常使用發(fā)電機(jī)發(fā)生問題后，在短時(shí)間內(nèi)快速啟動(dòng)、運(yùn)行，并且通過相應(yīng)的控制系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)功能，才能保證監(jiān)控系統(tǒng)的功能得到充分實(shí)現(xiàn)。為達(dá)到這一目標(biāo)，多通過IE 級設(shè)備達(dá)到這一目標(biāo)。而與發(fā)電機(jī)的應(yīng)急啟動(dòng)、應(yīng)急運(yùn)行無明顯關(guān)系的報(bào)警功能、信息顯示功能、控制保護(hù)功能則通過NC 級設(shè)備達(dá)到目標(biāo)。

4 后備柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

從實(shí)際應(yīng)用情況可以看出，備用柴油發(fā)電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)主要通過發(fā)電機(jī)自身的檢測系統(tǒng)參數(shù)（譬如發(fā)電機(jī)壓力、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及發(fā)電機(jī)實(shí)際溫度等等）實(shí)現(xiàn)，為發(fā)電機(jī)中的各種設(shè)備提供相應(yīng)的信息監(jiān)測、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)保護(hù)等等功能，從而保證發(fā)電機(jī)的安全性、可靠性，促使發(fā)電機(jī)始終經(jīng)濟(jì)、有效的運(yùn)行。后備柴油發(fā)電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，第一部分是工藝系統(tǒng)，主要由各種電動(dòng)機(jī)、各種電磁閥還有各類傳感器等等設(shè)備組成。工藝系統(tǒng)的主要功能則是通過自動(dòng)化系統(tǒng)、采集各種工藝參數(shù)達(dá)到控制指令，控制整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)。第二部分是自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要由控制站、監(jiān)測站等重要設(shè)備組成，具有完成數(shù)據(jù)處理、及時(shí)與外界通信以及邏輯控制等多種功能。第三部分是操作及信息管理層，主要由操作人員通過手動(dòng)操作達(dá)到信息顯示、故障報(bào)警等等功能，主要由重要硬件操作開關(guān)以及觸摸屏、顯示屏等組成。

5 后備柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制邏輯

5.1 順序控制邏輯

將三次自啟動(dòng)邏輯作為案例，備用柴油發(fā)電機(jī)想要及時(shí)發(fā)揮其備用設(shè)備的功能，則必須在接到相應(yīng)指令后10 秒內(nèi)迅速完成1 次應(yīng)急自啟動(dòng)，若第一次自啟動(dòng)失敗，則進(jìn)行一次閉鎖啟動(dòng)。在第一次自啟動(dòng)15 秒后，再次發(fā)送指令，進(jìn)行第二次自啟動(dòng)，若第二次自啟動(dòng)失敗，則進(jìn)行二次閉鎖啟動(dòng)。在第二次自啟動(dòng)15s 后，再次發(fā)送指令，進(jìn)行第三次自啟動(dòng)。備用發(fā)電機(jī)必須在60s 內(nèi)完成三次自啟動(dòng)，若是連續(xù)三次自啟動(dòng)均以失敗告終，則及時(shí)反饋停機(jī)信號，及時(shí)將自啟動(dòng)回路閉鎖。

5.2 聯(lián)鎖控制邏輯

若監(jiān)控系統(tǒng)采用的是380V 線路，將其作為案例展開分析。這種線路保護(hù)邏輯包含過電壓、反時(shí)限過流、低電壓、斷線四種保護(hù)邏輯。

（1）過電壓：若柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際電壓水平明顯比規(guī)定值更高，發(fā)電機(jī)中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器則會(huì)主動(dòng)啟動(dòng)過壓調(diào)節(jié)。若是在過壓調(diào)節(jié)啟動(dòng)后，發(fā)電機(jī)的電壓水平依然在升高，最終值高于保護(hù)定值，發(fā)電機(jī)則會(huì)啟動(dòng)過壓保護(hù)動(dòng)作。而白哦胡信號會(huì)從發(fā)電機(jī)的出口發(fā)出，達(dá)到保護(hù)邏輯的目的，令發(fā)電機(jī)立刻進(jìn)行停機(jī)回路，最后發(fā)出相應(yīng)報(bào)警，提醒操作人員。

（2）反時(shí)限過流：發(fā)電機(jī)中一共有三相電流，不管是哪一相電流的電流值高于額定值，均會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)啟動(dòng)反時(shí)限過流保護(hù)功能，促使發(fā)電機(jī)停機(jī)，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警。

（3）低電壓及斷線：若是發(fā)電機(jī)的380V 線路出現(xiàn)低電壓或是線路斷線現(xiàn)象，則會(huì)促使發(fā)電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警，并且會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出相應(yīng)的分閘脫扣指令，促使發(fā)電機(jī)啟動(dòng)脫扣線圈的點(diǎn)動(dòng)作，促使發(fā)電機(jī)進(jìn)行自啟動(dòng)。

6 后備柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

6.1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件

想要在備用柴油發(fā)電機(jī)中安裝相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，必然要配以相應(yīng)的系統(tǒng)硬件。系統(tǒng)硬件可由主開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)、可編程控制器、報(bào)警指示燈、繼電器。顯示儀以及帶燈按鈕等等組成。這些硬件必須按照柴油發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理裝置，并且需結(jié)合發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行技術(shù)要求、特征，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，如此才能保證監(jiān)控系統(tǒng)硬件完善，能夠輔助監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮相應(yīng)的硬件功能。

6.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件

結(jié)合柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際工作原理，將整個(gè)控制系統(tǒng)依次劃分成數(shù)個(gè)功能塊，不同的功能塊具有不同的功能。

（1）主程序：應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，因此相較于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的主程序，這種主程序更為簡單明了，主程序主要具有控制任務(wù)調(diào)度、任務(wù)初始化等等職責(zé)，主要通過自檢測、各功能塊調(diào)用以及參數(shù)初始化、程序操控等發(fā)揮相應(yīng)的功能。

（2）自啟動(dòng)：自啟動(dòng)狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)可在保安段失壓后，及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的自動(dòng)指令以及失壓信號，并在10s 內(nèi)迅速完成自啟動(dòng)、15s 內(nèi)將頻率以及電壓提到額定值、20s 內(nèi)將開關(guān)合閘投進(jìn)供電程序中。

（3）自停機(jī)：在發(fā)電機(jī)發(fā)生低電壓、過電流、手動(dòng)停機(jī)、低油壓、超速、過負(fù)荷等等故障后，監(jiān)控系統(tǒng)可直接反饋信息，促使發(fā)電機(jī)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。

（4）模擬量處理：主要具有將各個(gè)變量存放單元的數(shù)值全部清空、將模擬量信號定時(shí)輸入記錄的中斷時(shí)間全部清空等功能。在輸入模擬信號后，可直接進(jìn)入中斷處理，可通過模塊輸出相應(yīng)的電壓、電流、功率、交流功率、轉(zhuǎn)速時(shí)間等數(shù)值，并進(jìn)行模擬量處理，結(jié)合處理結(jié)果進(jìn)行控制，并在觸摸屏上顯示相應(yīng)的數(shù)值與信息。

（5）電氣控制：在發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)成功并且各個(gè)參數(shù)均達(dá)到相應(yīng)的而行之后，模塊可發(fā)出饋線刀閘、主開關(guān)信息，并及時(shí)對保安段輸電。

7 結(jié)束語

綜上所述，為提高火電廠備用柴油發(fā)電機(jī)的性能，促使發(fā)電機(jī)及時(shí)啟動(dòng)，采用先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)并應(yīng)用相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，是非常有必要的，可進(jìn)一步優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)的工作流程，促使發(fā)電機(jī)安全、可靠的運(yùn)行。