尹國(guó)強(qiáng)

（中國(guó)民用航空華北地區(qū)空中交通管理局，北京 100000）

0 引 言

柴油發(fā)電機(jī)組是數(shù)據(jù)中心必備的應(yīng)急電源。當(dāng)市電發(fā)生斷電時(shí)，發(fā)電機(jī)組立即啟動(dòng)，通過(guò)ATS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將發(fā)電機(jī)輸出電源切換至供配電系統(tǒng)，以便繼續(xù)為后端負(fù)載供電。作為應(yīng)急電源，整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)一直設(shè)置在自動(dòng)模式下。如果發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障，將失去作為應(yīng)急電源的意義。近期電力維護(hù)人員在試機(jī)時(shí)出現(xiàn)機(jī)組并機(jī)異常情況，因此將重點(diǎn)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)

某數(shù)據(jù)中心的柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)由3臺(tái)低壓柴油發(fā)電機(jī)、3個(gè)MDEC控制器、1個(gè)并機(jī)控制柜、4個(gè)A600控制器和6個(gè)框架式斷路器組成。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為MTU 12 V 4000，發(fā)電機(jī)使用利萊森瑪自勵(lì)同步交流發(fā)電機(jī)。整套發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是在2002年完成組裝的，當(dāng)時(shí)由于受到技術(shù)上的限制，控制系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行軟件編程與更新?，F(xiàn)在控制器硬件明顯老化，市場(chǎng)上已無(wú)備件。

2 柴油發(fā)電機(jī)組控制器

MDEC是一個(gè)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)控制、采用CAN總線通信的電子控制器，由1個(gè)電子控制模塊、12個(gè)單體噴油器和各機(jī)械部分的傳感器組成。MDEC具有共軌式電控燃油噴射控制功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的恒定轉(zhuǎn)速控制，即發(fā)電機(jī)的負(fù)載在瞬間增大或減小時(shí)，輸出頻率（轉(zhuǎn)速）保持一定（穩(wěn)態(tài)）。

A600控制器是一個(gè)具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與電壓、同步與并機(jī)、功率分配、電氣保護(hù)以及電氣測(cè)量功能的完整系統(tǒng)。內(nèi)部各模塊間通過(guò)CAN bus總線系統(tǒng)連接。

MDEC與A600具體位置如圖1所示。

圖1 MDEC與A600的具體位置

3 發(fā)電機(jī)組并機(jī)原理

在設(shè)備出廠前，工程師已經(jīng)對(duì)機(jī)組做好各項(xiàng)測(cè)試和參數(shù)設(shè)定，如轉(zhuǎn)速額定值為1 500 r/s（50 Hz）、電壓額定值為400 V。在自動(dòng)模式下啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組時(shí)，機(jī)組的頻率、電壓達(dá)到同步，由鎖相環(huán)電路自動(dòng)調(diào)整各機(jī)組的相位至同步后實(shí)現(xiàn)正常并機(jī)。

整套發(fā)電機(jī)組配置原理如圖2所示。

將3臺(tái)機(jī)組的A600控制器設(shè)置在自動(dòng)模式。并機(jī)控制柜的A600內(nèi)置市電檢測(cè)模塊，在接收到來(lái)自ATS的市電斷電信號(hào)后，由RS-485總線互聯(lián)到3臺(tái)機(jī)組的A600內(nèi)置處理器進(jìn)行計(jì)算。各機(jī)組滿足啟動(dòng)條件后分別啟動(dòng)，A600發(fā)出信號(hào)至MDEC電子控制模塊和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR），及時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電壓。先到達(dá)額定輸出標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組，并機(jī)斷路器會(huì)自動(dòng)合閘投入母排，此臺(tái)機(jī)組便作為主機(jī)運(yùn)行，后面兩臺(tái)機(jī)組通過(guò)母排采集器獲得母排的頻率信號(hào)和電壓信號(hào)，以便機(jī)組及時(shí)跟蹤主機(jī)輸出。誰(shuí)先與母排上的頻率和電壓同步，誰(shuí)先并入母排。機(jī)組的并機(jī)執(zhí)行器是框架式斷路器，由A600控制它的合閘與分閘。3臺(tái)機(jī)組都通過(guò)并機(jī)斷路器與母排連接。整個(gè)測(cè)試時(shí)間10 min，正常情況下未并入母排的機(jī)組運(yùn)行4 min后自動(dòng)停機(jī)，即并機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式為“兩用一備”。

如圖2所示，機(jī)組母排并沒(méi)有直接與ATS連接，而是通過(guò)并機(jī)控制柜的A600控制MCB1、MCB2、MCB3的分合閘，最后輸出到ATS端。也就是說(shuō)，并機(jī)控制柜起到一個(gè)二次保護(hù)的作用，每個(gè)A600控制各自的斷路器。

4 并機(jī)異常情況

在自動(dòng)模式下啟機(jī)時(shí)，異常情況分為兩種。

（1）只有1#機(jī)投入母排，并機(jī)控制柜內(nèi)只有MCB1閉合。ACB1閉合前，1#機(jī)頻率為50 Hz；ACB1閉合后，頻率下降至49 Hz。2#、3#機(jī)控制屏顯示“No Sync Of Genset Departure Shutdown”（發(fā)電機(jī)不同步，離線），蜂鳴器響起。60 s后，2#、3#機(jī)自動(dòng)停機(jī)，屏幕右側(cè)報(bào)警指示燈“Genset Unavailable In Auto”（未在自動(dòng)狀態(tài)）常亮，電氣鎖死，無(wú)法再次啟動(dòng)。按下復(fù)位鍵后，2#、3#機(jī)恢復(fù)正常。

（2）2#、3#機(jī)投入母排。1#機(jī)的頻率下降至49 Hz，控制屏顯示“No Sync Of Genset Departure Shutdown”，蜂鳴器響起。60 s后，1#機(jī)自動(dòng)停機(jī)，屏幕右側(cè)報(bào)警指示燈“Genset Unavailable In Auto”常亮，電氣鎖死，無(wú)法再次啟動(dòng)。按下復(fù)位鍵后，1#機(jī)恢復(fù)正常。

圖2 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組并機(jī)系統(tǒng)原理圖

5 原因分析

每年春秋兩次換季維護(hù)，電力維護(hù)人員會(huì)對(duì)MTU發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢修。目前，MTU發(fā)動(dòng)機(jī)的各機(jī)械組件完全正常。檢查4臺(tái)A600控制器的內(nèi)部組件，包括24 V信號(hào)輸入和輸出模塊指示燈狀態(tài)、接線端子固定程度、輸出繼電器、熱保險(xiǎn)、控制器電源輸入開(kāi)關(guān)、外接信號(hào)線纜，結(jié)果顯示均正常。

自動(dòng)模式下，1#機(jī)率先投入母排，其頻率下降至49 Hz，而頻率的正常范圍49.8～50.1 Hz。1#機(jī)除了頻率以外，其他數(shù)據(jù)均正常。由于2#、3#機(jī)的頻率始終在正常范圍內(nèi)，無(wú)法使頻率與1#機(jī)同步，所以ACB2、ACB3作為保護(hù)隔離而未閉合，故無(wú)法并入母排。并機(jī)控制柜的A600通過(guò)RS-485總線收集各臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，由于只有一臺(tái)機(jī)組投入母排，系統(tǒng)程序?yàn)榉乐箼C(jī)組過(guò)載運(yùn)行，故只閉合MCB1。

2#、3#機(jī)其中的任一臺(tái)先投入母排時(shí)，1#機(jī)頻率將下降至49 Hz，無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率至正常范圍內(nèi)，致使1#機(jī)出現(xiàn)不同步報(bào)警，說(shuō)明1#機(jī)的并機(jī)調(diào)速功能出現(xiàn)問(wèn)題，而另一臺(tái)達(dá)到同步并入母排。2臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行正是系統(tǒng)程序的優(yōu)先級(jí)，故并機(jī)控制柜內(nèi)3個(gè)斷路器全部閉合。這兩種情況說(shuō)明4個(gè)A600之間通信功能正常，所有框架式斷路器機(jī)械功能正常。

將3臺(tái)機(jī)組設(shè)置在手動(dòng)模式，此模式下無(wú)法實(shí)現(xiàn)并機(jī)功能。分別手動(dòng)啟動(dòng)各臺(tái)發(fā)電機(jī)，控制屏顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)都在正常范圍內(nèi)，說(shuō)明3臺(tái)發(fā)電機(jī)整體機(jī)械功能正常。

經(jīng)過(guò)反復(fù)啟機(jī)測(cè)試，最終得出結(jié)論：1#機(jī)A600的母排頻率采集信號(hào)電路出現(xiàn)故障，即A/D轉(zhuǎn)換器故障，50 Hz的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成錯(cuò)誤的49 Hz數(shù)字頻率信號(hào)。

自動(dòng)模式下，A600并機(jī)調(diào)速系統(tǒng)如圖3所示。

1#機(jī)率先達(dá)到額定輸出，ACB1閉合前，作為標(biāo)準(zhǔn)給定值的母排頻率采集信號(hào)因?yàn)闆](méi)有發(fā)送到鎖相環(huán)電路，所以未產(chǎn)生差值信號(hào)至A600處理器，1#機(jī)的頻率保持在正常范圍內(nèi)。ACB1閉合后，母排頻率采集模塊轉(zhuǎn)換后的錯(cuò)誤數(shù)字頻率信號(hào)發(fā)送到鎖相環(huán)電路，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后發(fā)送錯(cuò)誤的差值信號(hào)至A600處理器，A600處理器進(jìn)行計(jì)算后便發(fā)送信號(hào)至MDEC，使得1#機(jī)的頻率下降至49 Hz。在母排頻率逐漸下降的過(guò)程中，2#、3#機(jī)的鎖相環(huán)電路采集的母排頻率信號(hào)已經(jīng)超出發(fā)電機(jī)組設(shè)置的頻率正常范圍，故停止跟蹤母排頻率，不并機(jī)運(yùn)行，最終只有1#機(jī)獨(dú)自投入母排運(yùn)行。

圖3 自動(dòng)模式下A600并機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

2#、3#機(jī)投入母排時(shí)，1#機(jī)的鎖相環(huán)電路經(jīng)運(yùn)算后發(fā)送錯(cuò)誤的差值信號(hào)至A600處理器，使得1#機(jī)的頻率下降至49 Hz。

6 解決方案

因?yàn)锳600控制器早已經(jīng)被淘汰，市場(chǎng)上沒(méi)有相關(guān)的備件，所以現(xiàn)行的辦法是將1#機(jī)手動(dòng)退出并保護(hù)鎖死，2#、3#機(jī)仍然處于自動(dòng)模式，以保證發(fā)電機(jī)組的正常啟動(dòng)。

最好的解決辦法是更換新的控制器。新一代的控制器已經(jīng)完全具備編程功能，處理器內(nèi)置PC端口，可以根據(jù)用戶需要，隨時(shí)修改與更新程序。一個(gè)控制器可以控制3臺(tái)機(jī)組、6個(gè)斷路器。這樣既便于維護(hù)與管理，又節(jié)約了工程預(yù)算。如果條件允許，還可以配置另一個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)主備同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)主用控制器故障時(shí)可以及時(shí)切換至備用控制器。

7 結(jié) 論

柴油發(fā)電機(jī)組雖為備用，但日常維護(hù)工作必不可少。所以，要盡量選擇具有良好兼容性和可維護(hù)性的配套設(shè)備，以便將來(lái)可以及時(shí)更新軟硬件系統(tǒng)。