浅析柴油发电机组的自动化控制

焦天津 段卫华

摘要：柴油发电机组的并列运行过去大都是采用手动准同期法，近年来，随着柴油发电机组自动化技术的提高，自动化并车及控制系统在国内开始推广和普及。自动化并车系统一般由主控制器、自动同步器、自动负载分配器、柴油机供油调节系统 （电子调速器，电子喷射系统等）、发电机励磁调节系统及主开关等组成。

关键词：柴油发电机组；自动化；并车控制；负载

一、引言

1. 柴油发电机组的并列运行过去大都是采用手动准同期法。对发电机组的电压、频率、相位等反复进行调整，然后根据灯光明暗变化或者整步表指针转动位置来进行并车操作，由于人们视力的误差及操作能力的不同，使手动并车操作显得有点“复杂”。

2. 近年来，随着柴油发电机组自动化技术的提高，自动化并车及控制系统在国内开始推广和普及。

自动化并车有以下明显的好处：

（1）、操作方便，动作准确，避免了手动操作时可能产生的冲击电流，提高了系统运行的安全性；

（2）、可根据负载的大小和变化，自动进行多台机组的逐台投入和退出。

二、理论依据

1、自动化并车控制系统的基本组成：

自动化并车系统一般由主控制器、自动同步器、自动负载分配器、柴油机供油调节系统 （電子调速器，电子喷射系统等）、发电机励磁调节系统及主开关等组成，如图1所示，分别介绍如下：

（1） 主控制器

主控制器一般有以下功能：

① 控制

按照设定的程序，自动控制发电机组的启动、停机、供油、预热（预供）、开关的分闸合闸等。

② 测量

通过液晶（或数码等）窗口显示柴油机的转速、冷却水温度、润滑油温度、润滑油压力、蓄电池电压。有的主控制器还可显示电参数、三相电压、三相电流、频率、功率和运行时间等。

③ 保护

一般都有水温高、油温高、油压低、超速、燃油位低、蓄电池电压低等保护。有的还有过电压、过功率、过频、欠频等保护。

（2）自动同步器

在接受并车指令后，自动同步器测量待并机组和运行机组的相位差，并据此向待并机组发出调频信号使待并机组和母线（运行机组）的相位差很快缩小。当达到允许的相位差角度范围内（1O～2O度）时，向主开关发出合闸指令。如图2所示因此，自动同步器的作用是：在接到并车指令信号，将待并机组牵人同步，并发出合闸指令，完成自动并车的操作。

（3）自动负载分配器

自动同步器在完成自动并车操作后即退出对发电机组的任何控制，当2台（或 2台以上）机组已经投入到并联运行后，就由自动负载分配器承担起已投入并联运行各机组有功功率的平衡分配并对每台机组进行必要的保护。由图3可见，自动负载分配器的输入信号是本台机组的三相电压、三相电和系统的平衡信号，并综合上述输入信号输出调频信号，调整柴油机供油系统，达到调整本台机组输出的有功功率的目的，以保证投入并联运行的各台机组输出功率的平衡，使各台机组有功功率分配差度在 5%以内（或更小）。在退出运行时，负载分配器能控制退出机组向运行机组转移负载，实现“软分闸”。

（4）电参数表

电参数表有以下作用：

①可取代多个指针式仪表，显示线电压、线电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等，使并车屏外形新颖美观。

② 所有电参数可以通过通信接口运传到用户集中监控处，便于实现遥控、遥测；

③ 所有参数均可设置保护值。

（5）主开关

自动并车系统必须采用带有电动操作机构的空 上气断路器，以便接受分闸合闸指令。开关要求动作快捷可靠，现在常用品牌有ABB，施耐德、日本三菱等。其额定电流的选择按照发电机组的功率来确定如，2台300kW 发电机组的自动并车就应选择 2只壳架等级额定电流 630A的电动作空气断路器，其额定值整定在 540A左右。

2、自动化并车系统供电的一次线路

（1）、现以 2台发电机组并列运行为例说明系统工作，当市电失电时，预先设置的首选机组立即启动，并且合闸送电到发电机组母线，ATS开关接受到发电机信号后，切换到发电机供电。首选机组（1#机组）投人运行，当负载增加到 l#机组额定功率的80%时，l#机组的控制系统就会向2#机组发出启动指令，2#机组启动成功后，在 2#机组控制系统控制下，自动调整频率和相位被牵人同步，发出合闸指令，投人并列运行。如果 l#机组出现故障，l#机组的控制系统也会向2#机组发出启动指令。2#机组投入并列运行后，同样向后续机组发出启动指令。

（2）、如果负载不断减少，当降低到 2#机组额定功率的40%时，在 2#机组控制系统控制下，将负载向 1# 机组转移，当2#机组接近空载时，2#机组主开关分闸，实现了软卸载和解列。

三、结论及简单的经济效益分析

1、柴油发电机组自动化并车的必要性

为了解决发电机组的扩容或备用等需要，发电机组并联运行是发电机组在应用中经常触及的一个问题，

任何发电机组投人并列运行必须满足以下四个条件：

①电压相等；②频率相等；③相序相同；④相位一致

2、当多台机组并车时，有的机组在正常运行（发电）时，其他机组可处于休息待命状态。当已运行机组发出满功率信号或者故障信号时，待命状态的机组再投人运行，大大提高了系统运行的可靠性。

3、经济效益分析。就现在国外各种钻井合同来说多采用日费制，以甲方沙特阿美为例，钻井日费4.3万美元/天，修井日费为3.3万美元/天，设备状况是日费保证的关键，现实状况为纯电动钻机定岗人员少，机房除了主发电机之外，附属设备多，全天24小时基本是一人在负责整个机房的全部设备，再加上中东沙特阿拉伯钻井项目多位于是沙漠地区，为热带沙漠性气候，气候干燥，全年几乎无降水，日夜温差大，夏季气温高（气温最高时地表温度达到70℃）风沙大，冬季气温最低达到1℃左右。钻井工况复杂多变，负载不稳定，手动并车，如果负载太小，长期运行易产生积碳，单车运行，如果负载突加，易造成停车，或长时间高负荷运行，再加上环境温度高，造成高温停机，造成甲方扣日费甚至造成井下复杂情况，经济损失非常大。

参考文献：

[1] 深海电子可编程控制器 DSE8610用户使用手册.