柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模塊探討

郭星民

摘要：本文探討了柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制模塊，柴油發(fā)電機(jī)組電壓控制模塊，柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制模塊，通過現(xiàn)場總線通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集等，可以為控制中心進(jìn)行管理、決策提供重要的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：柴油；發(fā)電機(jī)組；控制系統(tǒng)；模塊

電動(dòng)鉆機(jī)柴油發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)包括柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制、發(fā)電機(jī)輸出電壓控制、并網(wǎng)裝置、柴油發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)保護(hù)、功率限制等有關(guān)輔助控制裝置及控制電路。交流控制系統(tǒng)的功能是控制柴油發(fā)電機(jī)組，使其輸出電壓穩(wěn)定在600V、輸出頻率穩(wěn)定在50HZ。

1柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制模塊

柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件是輸出力矩與外界負(fù)荷力矩相互平衡，其輸出力矩主要通過改變供油量來加以調(diào)整。由柴油機(jī)的速度特性可知，其扭矩相對(duì)轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系較為平坦，適應(yīng)性系數(shù)比較低。因而，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速受外界負(fù)荷的影響很大，稍大的負(fù)荷變化就可能導(dǎo)致柴油機(jī)飛車或熄火。另外，由于外界負(fù)荷的變化常常是不可預(yù)料的，因此，不可能靠人為控制供油量來適應(yīng)負(fù)荷的變化，而必須具備調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷升高使得轉(zhuǎn)速下降時(shí)，由于反饋的作用，調(diào)速系統(tǒng)增大輸出，即增加供油量，使轉(zhuǎn)速上升重新回到給定轉(zhuǎn)速，保證柴油機(jī)按給定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。一臺(tái)柴油機(jī)性能的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其調(diào)速系統(tǒng)是否完善。調(diào)速系統(tǒng)組成一般主要包括感知轉(zhuǎn)速變化的敏速裝置、驅(qū)動(dòng)噴油泵的執(zhí)行裝置、完成邏輯運(yùn)算的控制裝置，采用速度調(diào)節(jié)器對(duì)柴油機(jī)執(zhí)行器進(jìn)行控制，從而對(duì)柴油機(jī)機(jī)械式噴油泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此控制進(jìn)油量的大小。

美國WOODWARD公司生產(chǎn)的2301D電子調(diào)速器是一種雙脈沖調(diào)頻調(diào)載型電子調(diào)速器，除了具有頻率脈沖調(diào)節(jié)外，還具有有功功率脈沖調(diào)節(jié)分配功能，所以多用于并聯(lián)機(jī)組上，完成頻率和有功功率自動(dòng)調(diào)整。

2301D電子調(diào)速器的主要特點(diǎn)：系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度高，突變額定負(fù)載時(shí)的瞬態(tài)調(diào)速率不大于2%，穩(wěn)定時(shí)間小于1s；多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)時(shí)，有功負(fù)載分配整度在士5%，保證多臺(tái)機(jī)組的穩(wěn)定并聯(lián)運(yùn)行；環(huán)境條件變化時(shí)的補(bǔ)償誤差小；便于柴油機(jī)的超速、滑油低壓、高水溫報(bào)警的自動(dòng)停車機(jī)構(gòu)等保安系統(tǒng)的控制電路，同2301電子調(diào)速器的故障保護(hù)電路相連接，組成完整的保安控制系統(tǒng)，根據(jù)電站自動(dòng)化要求，可以完成機(jī)組間自動(dòng)啟動(dòng)，投入運(yùn)行和自動(dòng)停車，電網(wǎng)自動(dòng)整步投入并聯(lián)運(yùn)行；自動(dòng)進(jìn)行負(fù)載分配和轉(zhuǎn)移；接電站承羹能力自動(dòng)切除或投入次要負(fù)載和重載投入前詢問等功能。

2301D電子調(diào)速器的電磁測速元件通過柴油機(jī)飛輪，感應(yīng)測量柴油機(jī)轉(zhuǎn)速并輸出同轉(zhuǎn)速成正比的交流測速電壓信號(hào)至2301D調(diào)節(jié)器內(nèi)的頻率轉(zhuǎn)換器，由頻率轉(zhuǎn)換器輸出與轉(zhuǎn)速成正比的直流測速電壓信號(hào)，再由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電位計(jì)輸出給定轉(zhuǎn)速電壓信號(hào)。通過測功元件（電流、電壓互感器）測取發(fā)電機(jī)的有功負(fù)載值，并在幾臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組問進(jìn)行綜合比較，而后經(jīng)調(diào)節(jié)器內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)換器輸出與機(jī)組有功負(fù)載及其分配差度值成正比的調(diào)載電壓信號(hào)。

調(diào)速、調(diào)載電壓信號(hào)（雙脈沖），在輸出運(yùn)算放大器的輸入端進(jìn)行合成運(yùn)算。滑油壓力開關(guān)通過斜波發(fā)生器，給出允許機(jī)組加速或減速運(yùn)行指令以及機(jī)組加速時(shí)間和低轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)值的輸出電壓信號(hào)，也在輸出放大器的輸入端如同上述頻載電壓信號(hào)處理一樣，同時(shí)進(jìn)行合成運(yùn)算，然后輸出合成的頻載電壓信號(hào)，去控制執(zhí)行器，進(jìn)而對(duì)柴油機(jī)供油量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使各并聯(lián)機(jī)組達(dá)到頻率恒定，有功負(fù)載分配均勻，從而達(dá)到對(duì)頻率和負(fù)載分配的雙重調(diào)節(jié)的目的。

2柴油發(fā)電機(jī)組電壓控制模塊

發(fā)電機(jī)要感應(yīng)電動(dòng)勢必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到一定轉(zhuǎn)速和磁極鐵心己建立磁場。而磁場的建立依賴于磁極繞組中通過的直流電流，這個(gè)直流電流通稱為勵(lì)磁電流。提供勵(lì)磁電流的電源，有來自發(fā)電機(jī)外部，稱為他勵(lì)，也有來自發(fā)電機(jī)本身，稱為自勵(lì)，中小型發(fā)電機(jī)多屬于自勵(lì)發(fā)電機(jī)。提供發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流和自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的系統(tǒng)叫做勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)一般由兩個(gè)部分組成：第一部分是勵(lì)磁功率單元，它向同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁電流；第二部分是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（勵(lì)磁控制器），它根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵(lì)磁電流，以滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行的要求。

巴斯勒電氣的DECS-100自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是一個(gè)基于微處理器的控制裝置。DECS-100通過控制無刷勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組的電流來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。DECS-100的輸入功率取自發(fā)電機(jī)的輸出端。

DECS-100工作原理圖，如圖2所示。

3柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制模塊

鉆井現(xiàn)場中，在需要增大用電量時(shí)，要將多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行操作。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，隨著負(fù)荷的增加，要求將備用發(fā)電機(jī)迅速投入電網(wǎng)，以滿足對(duì)用電量增長的要求；在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要將備用機(jī)組快速投入電力系統(tǒng)以制止系統(tǒng)崩潰。這些情況均要進(jìn)行同步操作，將發(fā)電機(jī)組安全可靠、準(zhǔn)確迅速地投入，確保系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和發(fā)電機(jī)的安全。

為了使并網(wǎng)時(shí)引起的瞬時(shí)沖擊電流不影響電網(wǎng)，需要在理想條件下發(fā)出并網(wǎng)信號(hào)。理想條件如下：

（1）待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電壓和母線電壓大小相等。

（2）待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電壓和母線電壓相位相同。

（3）待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的頻率和母線頻率相等。

在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，任意一項(xiàng)條件不滿足都不能發(fā)出并網(wǎng)信號(hào)。

柴油發(fā)電機(jī)組的并機(jī)控制模塊由控制器WOODWARD EASYGEN-3200和二次回路組成，能檢測并顯示發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)、電氣參數(shù)，通過自動(dòng)或手動(dòng)操作，對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并車供電或單機(jī)供電的目的。

當(dāng)交流母線上已有發(fā)電機(jī)在線運(yùn)行，若另一發(fā)電機(jī)要上線時(shí)，需通過同步裝置將發(fā)電機(jī)的電壓頻率與交流母線上的電壓頻率相匹配。打開EASYGEN 3200控制器的通訊界面，可以查看發(fā)電機(jī)組的通訊連接狀態(tài)，此時(shí)每一臺(tái)控制器上都可看到另一臺(tái)發(fā)電機(jī)。將控制器調(diào)到同步指示畫面，觀察同步表，同步表在12點(diǎn)鐘位置時(shí)（±50）斷路器自動(dòng)閉合，完成發(fā)電機(jī)帶載并機(jī)操作。