劉 超，陳武生，李建偉，邵明鋒，周景江，單世延

（山東濰柴進出口有限公司，山東 濰坊 261061）

0 引 言

在沒有市電集中供電的區(qū)域，如東南亞海島、非洲偏遠地區(qū)的工礦企業(yè)、數(shù)據(jù)中心備用電源等，都會用到柴油發(fā)電機組。柴油發(fā)電機組可以給居民負荷或工業(yè)負荷提供可靠電力。本文以9臺濰柴Baudouin-16M33高速柴油發(fā)電機組為例，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)電機組機旁控制與集中監(jiān)控兩部分。機旁控制與集中監(jiān)控的設計方案與控制邏輯能夠監(jiān)控發(fā)電機組的發(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、補油泵工作狀態(tài)、冷卻風扇工作狀態(tài)以及開關(guān)分合閘狀態(tài)等，實現(xiàn)電站的安全可靠運行。

1 柴油電站結(jié)構(gòu)

發(fā)電機組配置如表1所示[1]。

本方案以常用電源設計，用戶實際負載9 000 kW左右，電站配置9臺1 400 kW柴油發(fā)電機組，滿足負載需求的同時留有備用檢修機組。每臺機組配置1套臥式風冷散熱器和1個2 000 L柴油日用油箱。電站配置2個300 m3柴油儲油罐，滿足機組連續(xù)10天帶載運行。另配置1套自動補油系統(tǒng)。

表1 發(fā)電機組配置表

選擇10.5 kV發(fā)電機，配置機組進線柜、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備。高壓開關(guān)柜采用KYN28A-12鎧裝中置移開式，低壓配電柜采用MNS抽出式。

2 機旁控制柜設計

機旁控制柜包括發(fā)電機組控制器及部分輔助設備的電源供電。本方案選用英國深海DSE8610機組控制器，實現(xiàn)對機組運行的控制和保護，具有如下功能[2-3]。

（1）操作功能：啟動、停機、合閘、分閘、電源開關(guān)、急停開關(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、機油壓力、冷卻水溫度、機組運行時間以及蓄電池電壓等。

（3）保護功能：超速、欠速、油壓低、水溫高、過電壓、欠電壓、過電流、短路保護、過載、蓄電池電壓低以及三次啟動失敗等機組報警/分閘停機功能。

（4）預供油功能：開機時先預供滑油15 s（可調(diào)），機組工作時自動停止。

（5）控制屏檢測發(fā)電機軸承溫度和三相繞組溫度，可實現(xiàn)對發(fā)電機防冷凝加熱器的控制，同時將溫度信號上傳至集中監(jiān)控臺。

（6）電動球閥控制：日用油箱安裝磁翻板液位計（帶本地顯示和遠傳功能）和高/低液位浮球開關(guān)，每個油箱進油口安裝一只電動球閥，控制器檢測日用油箱實時液位和高/低液位報警信號。當檢測到低位浮球報警信號，其控制電動球閥打開；檢測到高位浮球報警信號，其控制電動球閥關(guān)閉，并將實時液位和報警信號上傳至集中監(jiān)控臺。

（7）供電功能：控制屏給發(fā)電機防冷凝加熱器、滑油預供油泵、低溫水泵和風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）機組控制器帶RS485和以太網(wǎng)通信接口，實現(xiàn)機組運行參數(shù)和報警信息與集中監(jiān)控通信。

3 集中監(jiān)控系統(tǒng)設計

在控制室內(nèi)配置一臺集中監(jiān)控臺，它是對所有發(fā)電機組和輔助設備運行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、報警、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、24寸電腦顯示屏、串口服務器以及數(shù)據(jù)交換機等，采用人機界面，內(nèi)部組態(tài)。

集中監(jiān)控臺可實現(xiàn)如下功能[3-4]。

（1）監(jiān)測顯示功能?？梢员O(jiān)測每臺機組的水溫、水壓、油壓、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)、有功電能、運行時間以及直流電壓等?？梢员O(jiān)測高壓進線柜、出線柜、變壓器柜和低壓進線柜斷路器分合閘狀態(tài)；在出線柜內(nèi)安裝電度表，檢測電站發(fā)電量；監(jiān)測接地電阻柜的接觸器閉合狀態(tài)?？梢员O(jiān)測柴油儲油箱液位、日用油箱液位和高/低液位報警信號、膨脹水箱水位以及風冷散熱器風扇運行狀態(tài)。

（2）操作控制功能。可控制發(fā)電機組啟動、停機，通過緊急停車按鈕控制發(fā)電機組緊急停車。可控制高壓進線柜、出線柜、變壓器柜以及低壓進線柜斷路器分閘/合閘。對于接地電阻柜控制，機組啟動時第一臺合閘的機組接地電阻接觸器閉合，當并機成功后僅保持一臺機組接地。對于自動補油泵控制，集中控制系統(tǒng)檢測到任一電動球閥打開信號時發(fā)出泵組啟動命令，自動補油模塊泵組動作給油箱補油；檢測到所有電動球閥關(guān)閉信號時發(fā)出泵組停止命令，停止補油。若一個泵故障，自動切換備用泵工作。

圖1 控制系統(tǒng)接口圖

（3）保護功能。機組的保護報警信號都能在集中監(jiān)控臺上顯示，機組停機報警時伴隨聲光報警輸出。

（4）通信功能。與9臺發(fā)電機組機旁控制柜實現(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。自動補油系統(tǒng)控制邏輯如圖2所示。中性點接地接觸器自動控制邏輯如圖3所示。

圖2 自動補油系統(tǒng)控制邏輯

圖3 中性點接地接觸器自動控制邏輯

4 集中監(jiān)控界面設計

集中監(jiān)控系統(tǒng)通過工控機組態(tài)軟件組態(tài)人機操作界面，分為主界面和分界面[5]。主界面是對整個電站主要運行參數(shù)的監(jiān)控，包括9臺發(fā)電機組的運行狀態(tài)、燃油儲油罐液位以及機組蓄電池電壓等。分界面是對每臺發(fā)電機組詳細運行參數(shù)的檢測和發(fā)電機啟/停機控制、斷路器分/合閘控制、機組詳細報警查看等。集中監(jiān)控主界面如圖4所示。集中監(jiān)控分界面5#機組如圖5所示。

5 結(jié) 論

柴油發(fā)電機組是在市電缺失情況下的一種常見可靠電源，詳細介紹了發(fā)電機組機旁就地控制與電站遠程集中監(jiān)控的設計過程。該系統(tǒng)實用性強，已在某海外項目得到驗證，系統(tǒng)運行可靠。

圖4 集中監(jiān)控主界面

圖5 集中監(jiān)控分界面-5#機組