淺析柴油發電機組的自動化控制

焦天津 段衛華

摘要：柴油發電機組的并列運行過去大都是采用手動準同期法，近年來，隨著柴油發電機組自動化技術的提高，自動化并車及控制系統在國內開始推廣和普及。自動化并車系統一般由主控制器、自動同步器、自動負載分配器、柴油機供油調節系統 （電子調速器，電子噴射系統等）、發電機勵磁調節系統及主開關等組成。

關鍵詞：柴油發電機組；自動化；并車控制；負載

一、引言

1. 柴油發電機組的并列運行過去大都是采用手動準同期法。對發電機組的電壓、頻率、相位等反復進行調整，然后根據燈光明暗變化或者整步表指針轉動位置來進行并車操作，由于人們視力的誤差及操作能力的不同，使手動并車操作顯得有點“復雜”。

2. 近年來，隨著柴油發電機組自動化技術的提高，自動化并車及控制系統在國內開始推廣和普及。

自動化并車有以下明顯的好處：

（1）、操作方便，動作準確，避免了手動操作時可能產生的沖擊電流，提高了系統運行的安全性；

（2）、可根據負載的大小和變化，自動進行多臺機組的逐臺投入和退出。

二、理論依據

1、自動化并車控制系統的基本組成：

自動化并車系統一般由主控制器、自動同步器、自動負載分配器、柴油機供油調節系統 （電子調速器，電子噴射系統等）、發電機勵磁調節系統及主開關等組成，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

按照設定的程序，自動控制發電機組的啟動、停機、供油、預熱（預供）、開關的分閘合閘等。

② 測量

通過液晶（或數碼等）窗口顯示柴油機的轉速、冷卻水溫度、潤滑油溫度、潤滑油壓力、蓄電池電壓。有的主控制器還可顯示電參數、三相電壓、三相電流、頻率、功率和運行時間等。

③ 保護

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。有的還有過電壓、過功率、過頻、欠頻等保護。

（2）自動同步器

在接受并車指令后，自動同步器測量待并機組和運行機組的相位差，并據此向待并機組發出調頻信號使待并機組和母線（運行機組）的相位差很快縮小。當達到允許的相位差角度范圍內（1O～2O度）時，向主開關發出合閘指令。如圖2所示因此，自動同步器的作用是：在接到并車指令信號，將待并機組牽人同步，并發出合閘指令，完成自動并車的操作。

（3）自動負載分配器

自動同步器在完成自動并車操作后即退出對發電機組的任何控制，當2臺（或 2臺以上）機組已經投入到并聯運行后，就由自動負載分配器承擔起已投入并聯運行各機組有功功率的平衡分配并對每臺機組進行必要的保護。由圖3可見，自動負載分配器的輸入信號是本臺機組的三相電壓、三相電和系統的平衡信號，并綜合上述輸入信號輸出調頻信號，調整柴油機供油系統，達到調整本臺機組輸出的有功功率的目的，以保證投入并聯運行的各臺機組輸出功率的平衡，使各臺機組有功功率分配差度在 5%以內（或更小）。在退出運行時，負載分配器能控制退出機組向運行機組轉移負載，實現“軟分閘”。

（4）電參數表

電參數表有以下作用：

①可取代多個指針式儀表，顯示線電壓、線電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率等，使并車屏外形新穎美觀。

② 所有電參數可以通過通信接口運傳到用戶集中監控處，便于實現遙控、遙測；

③ 所有參數均可設置保護值。

（5）主開關

自動并車系統必須采用帶有電動操作機構的空 上氣斷路器，以便接受分閘合閘指令。開關要求動作快捷可靠，現在常用品牌有ABB，施耐德、日本三菱等。其額定電流的選擇按照發電機組的功率來確定如，2臺300kW 發電機組的自動并車就應選擇 2只殼架等級額定電流 630A的電動作空氣斷路器，其額定值整定在 540A左右。

2、自動化并車系統供電的一次線路

（1）、現以 2臺發電機組并列運行為例說明系統工作，當市電失電時，預先設置的首選機組立即啟動，并且合閘送電到發電機組母線，ATS開關接受到發電機信號后，切換到發電機供電。首選機組（1#機組）投人運行，當負載增加到 l#機組額定功率的80%時，l#機組的控制系統就會向2#機組發出啟動指令，2#機組啟動成功后，在 2#機組控制系統控制下，自動調整頻率和相位被牽人同步，發出合閘指令，投人并列運行。如果 l#機組出現故障，l#機組的控制系統也會向2#機組發出啟動指令。2#機組投入并列運行后，同樣向后續機組發出啟動指令。

（2）、如果負載不斷減少，當降低到 2#機組額定功率的40%時，在 2#機組控制系統控制下，將負載向 1# 機組轉移，當2#機組接近空載時，2#機組主開關分閘，實現了軟卸載和解列。

三、結論及簡單的經濟效益分析

1、柴油發電機組自動化并車的必要性

為了解決發電機組的擴容或備用等需要，發電機組并聯運行是發電機組在應用中經常觸及的一個問題，

任何發電機組投人并列運行必須滿足以下四個條件：

①電壓相等；②頻率相等；③相序相同；④相位一致

2、當多臺機組并車時，有的機組在正常運行（發電）時，其他機組可處于休息待命狀態。當已運行機組發出滿功率信號或者故障信號時，待命狀態的機組再投人運行，大大提高了系統運行的可靠性。

3、經濟效益分析。就現在國外各種鉆井合同來說多采用日費制，以甲方沙特阿美為例，鉆井日費4.3萬美元/天，修井日費為3.3萬美元/天，設備狀況是日費保證的關鍵，現實狀況為純電動鉆機定崗人員少，機房除了主發電機之外，附屬設備多，全天24小時基本是一人在負責整個機房的全部設備，再加上中東沙特阿拉伯鉆井項目多位于是沙漠地區，為熱帶沙漠性氣候，氣候干燥，全年幾乎無降水，日夜溫差大，夏季氣溫高（氣溫最高時地表溫度達到70℃）風沙大，冬季氣溫最低達到1℃左右。鉆井工況復雜多變，負載不穩定，手動并車，如果負載太小，長期運行易產生積碳，單車運行，如果負載突加，易造成停車，或長時間高負荷運行，再加上環境溫度高，造成高溫停機，造成甲方扣日費甚至造成井下復雜情況，經濟損失非常大。

參考文獻：

[1] 深海電子可編程控制器 DSE8610用戶使用手冊.