劉 超，陳武生，李建偉，邵明鋒，周景江，單世延

（山東濰柴進(jìn)出口有限公司，山東 濰坊 261061）

0 引 言

在沒(méi)有市電集中供電的區(qū)域，如東南亞海島、非洲偏遠(yuǎn)地區(qū)的工礦企業(yè)、數(shù)據(jù)中心備用電源等，都會(huì)用到柴油發(fā)電機(jī)組。柴油發(fā)電機(jī)組可以給居民負(fù)荷或工業(yè)負(fù)荷提供可靠電力。本文以9臺(tái)濰柴Baudouin-16M33高速柴油發(fā)電機(jī)組為例，配套外圍燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組建陸用柴油電站。

控制系統(tǒng)分為發(fā)電機(jī)組機(jī)旁控制與集中監(jiān)控兩部分。機(jī)旁控制與集中監(jiān)控的設(shè)計(jì)方案與控制邏輯能夠監(jiān)控發(fā)電機(jī)組的發(fā)電電壓、發(fā)電電流、轉(zhuǎn)速、頻率、功率、功率因數(shù)、滑油壓力、燃油液位、膨脹水箱液位、冷卻水溫度、補(bǔ)油泵工作狀態(tài)、冷卻風(fēng)扇工作狀態(tài)以及開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)電站的安全可靠運(yùn)行。

1 柴油電站結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)組配置如表1所示[1]。

本方案以常用電源設(shè)計(jì)，用戶實(shí)際負(fù)載9 000 kW左右，電站配置9臺(tái)1 400 kW柴油發(fā)電機(jī)組，滿足負(fù)載需求的同時(shí)留有備用檢修機(jī)組。每臺(tái)機(jī)組配置1套臥式風(fēng)冷散熱器和1個(gè)2 000 L柴油日用油箱。電站配置2個(gè)300 m3柴油儲(chǔ)油罐，滿足機(jī)組連續(xù)10天帶載運(yùn)行。另配置1套自動(dòng)補(bǔ)油系統(tǒng)。

表1 發(fā)電機(jī)組配置表

選擇10.5 kV發(fā)電機(jī)，配置機(jī)組進(jìn)線柜、出線柜、PT柜、站用變壓器、低壓配電柜、直流屏以及接地電阻柜等電氣設(shè)備。高壓開(kāi)關(guān)柜采用KYN28A-12鎧裝中置移開(kāi)式，低壓配電柜采用MNS抽出式。

2 機(jī)旁控制柜設(shè)計(jì)

機(jī)旁控制柜包括發(fā)電機(jī)組控制器及部分輔助設(shè)備的電源供電。本方案選用英國(guó)深海DSE8610機(jī)組控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的控制和保護(hù)，具有如下功能[2-3]。

（1）操作功能：?jiǎn)?dòng)、停機(jī)、合閘、分閘、電源開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)關(guān)。

（2）顯示功能：電壓、電流、頻率、kVA、kW、kVAR、kWh、kVAh、kVARh、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、冷卻水溫度、機(jī)組運(yùn)行時(shí)間以及蓄電池電壓等。

（3）保護(hù)功能：超速、欠速、油壓低、水溫高、過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、短路保護(hù)、過(guò)載、蓄電池電壓低以及三次啟動(dòng)失敗等機(jī)組報(bào)警/分閘停機(jī)功能。

（4）預(yù)供油功能：開(kāi)機(jī)時(shí)先預(yù)供滑油15 s（可調(diào)），機(jī)組工作時(shí)自動(dòng)停止。

（5）控制屏檢測(cè)發(fā)電機(jī)軸承溫度和三相繞組溫度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)防冷凝加熱器的控制，同時(shí)將溫度信號(hào)上傳至集中監(jiān)控臺(tái)。

（6）電動(dòng)球閥控制：日用油箱安裝磁翻板液位計(jì)（帶本地顯示和遠(yuǎn)傳功能）和高/低液位浮球開(kāi)關(guān)，每個(gè)油箱進(jìn)油口安裝一只電動(dòng)球閥，控制器檢測(cè)日用油箱實(shí)時(shí)液位和高/低液位報(bào)警信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到低位浮球報(bào)警信號(hào)，其控制電動(dòng)球閥打開(kāi)；檢測(cè)到高位浮球報(bào)警信號(hào)，其控制電動(dòng)球閥關(guān)閉，并將實(shí)時(shí)液位和報(bào)警信號(hào)上傳至集中監(jiān)控臺(tái)。

（7）供電功能：控制屏給發(fā)電機(jī)防冷凝加熱器、滑油預(yù)供油泵、低溫水泵和風(fēng)冷散熱器提供工作電源。

（8）蓄電池充電：控制屏內(nèi)安裝2路（互為備用）蓄電池浮充電裝置給蓄電池充電。

（9）機(jī)組控制器帶RS485和以太網(wǎng)通信接口，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警信息與集中監(jiān)控通信。

3 集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在控制室內(nèi)配置一臺(tái)集中監(jiān)控臺(tái)，它是對(duì)所有發(fā)電機(jī)組和輔助設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測(cè)、報(bào)警、記錄以及主要功能控制。硬件配置主要包括SIMATIC S7-1200 PLC、研華IPC-610L工控機(jī)、24寸電腦顯示屏、串口服務(wù)器以及數(shù)據(jù)交換機(jī)等，采用人機(jī)界面，內(nèi)部組態(tài)。

集中監(jiān)控臺(tái)可實(shí)現(xiàn)如下功能[3-4]。

（1）監(jiān)測(cè)顯示功能?？梢员O(jiān)測(cè)每臺(tái)機(jī)組的水溫、水壓、油壓、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)、有功電能、運(yùn)行時(shí)間以及直流電壓等?？梢员O(jiān)測(cè)高壓進(jìn)線柜、出線柜、變壓器柜和低壓進(jìn)線柜斷路器分合閘狀態(tài)；在出線柜內(nèi)安裝電度表，檢測(cè)電站發(fā)電量；監(jiān)測(cè)接地電阻柜的接觸器閉合狀態(tài)?？梢员O(jiān)測(cè)柴油儲(chǔ)油箱液位、日用油箱液位和高/低液位報(bào)警信號(hào)、膨脹水箱水位以及風(fēng)冷散熱器風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)。

（2）操作控制功能?？煽刂瓢l(fā)電機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)，通過(guò)緊急停車按鈕控制發(fā)電機(jī)組緊急停車?？煽刂聘邏哼M(jìn)線柜、出線柜、變壓器柜以及低壓進(jìn)線柜斷路器分閘/合閘。對(duì)于接地電阻柜控制，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)第一臺(tái)合閘的機(jī)組接地電阻接觸器閉合，當(dāng)并機(jī)成功后僅保持一臺(tái)機(jī)組接地。對(duì)于自動(dòng)補(bǔ)油泵控制，集中控制系統(tǒng)檢測(cè)到任一電動(dòng)球閥打開(kāi)信號(hào)時(shí)發(fā)出泵組啟動(dòng)命令，自動(dòng)補(bǔ)油模塊泵組動(dòng)作給油箱補(bǔ)油；檢測(cè)到所有電動(dòng)球閥關(guān)閉信號(hào)時(shí)發(fā)出泵組停止命令，停止補(bǔ)油。若一個(gè)泵故障，自動(dòng)切換備用泵工作。

圖1 控制系統(tǒng)接口圖

（3）保護(hù)功能。機(jī)組的保護(hù)報(bào)警信號(hào)都能在集中監(jiān)控臺(tái)上顯示，機(jī)組停機(jī)報(bào)警時(shí)伴隨聲光報(bào)警輸出。

（4）通信功能。與9臺(tái)發(fā)電機(jī)組機(jī)旁控制柜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和交換，具有RS485/以太網(wǎng)通信功能。

控制系統(tǒng)接口如圖1所示。自動(dòng)補(bǔ)油系統(tǒng)控制邏輯如圖2所示。中性點(diǎn)接地接觸器自動(dòng)控制邏輯如圖3所示。

圖2 自動(dòng)補(bǔ)油系統(tǒng)控制邏輯

圖3 中性點(diǎn)接地接觸器自動(dòng)控制邏輯

4 集中監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

集中監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)工控機(jī)組態(tài)軟件組態(tài)人機(jī)操作界面，分為主界面和分界面[5]。主界面是對(duì)整個(gè)電站主要運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控，包括9臺(tái)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、燃油儲(chǔ)油罐液位以及機(jī)組蓄電池電壓等。分界面是對(duì)每臺(tái)發(fā)電機(jī)組詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)和發(fā)電機(jī)啟/停機(jī)控制、斷路器分/合閘控制、機(jī)組詳細(xì)報(bào)警查看等。集中監(jiān)控主界面如圖4所示。集中監(jiān)控分界面5#機(jī)組如圖5所示。

5 結(jié) 論

柴油發(fā)電機(jī)組是在市電缺失情況下的一種常見(jiàn)可靠電源，詳細(xì)介紹了發(fā)電機(jī)組機(jī)旁就地控制與電站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的設(shè)計(jì)過(guò)程。該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，已在某海外項(xiàng)目得到驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

圖4 集中監(jiān)控主界面

圖5 集中監(jiān)控分界面-5#機(jī)組