航天科技集团公司710所        张振毅
　　
　　摘要：简要地介绍柴油发电机组的控制系统工作原理及示值参数的意义以及维护技术。
　

作为柴油发电机组整机控制中心的控制屏和柴油发动机调节中心的电子调速器之间通过CAN总线不断地进行着数据通讯。控制屏从整个机组的要求对电子调速器进行着指挥,例如同步发电机的输出电压和频率因巨大负载的接入或脱离会发生突然变化,控制屏就会将参数实时传给电子调速器,电子调速器根据这些参数和从转速传感器来的参数一起计算、分析,以最佳反馈值去调节电动喷油器,从而使同步发电机的输出电压和频率恢复到额定值。
　　
　　柴油发电机组内的同步发电机是向负载供应电能的重要设备,控制屏对其监测和控制直接关系到电能的质量,也是非常重要的。从方框图可知,同步发电机基本上有五个方面的参量与控制屏密切联系。
　　
　　(1)同步发电机输出电压的大小是以线电压值表示的。取样变压器从输出相线之间取出线电压信号输入控制屏,经调理、整定后以模拟指针表或经A/D转换后从LCD指示出实时线电压值。
　　
　　柴油发电机组出厂时同步发电机的输出线电压一般额定值为400V,也有的是380V。在接入负载特别是超过额定功率一半以上的负载时,同步发电机的输出电压会有明显的降低,这个变化信号会同时被控制屏和发电机的励磁电路收到,控制屏的控制及励磁电路的反馈调节功能会以最快的时间尽力提高输出电压,使其恢复或接近额定值。电压稳定时间和稳态电压调整率就是表征同步发电机这方面性能的两个重要参数;电压稳定时间指的是从负载突变到发电机输出电压开始稳定所需要的时间。一般同步发电机的这个参数为0.5～1s。稳态电压调整率用符号δu表示,它的定义是:负载变化后输出稳定电压的最大值或最小值(用U1表示)与发电机空载时的额定电压值(用U表示)之间变化量比率的百分数,即:

　　　　
　　一般同步发电机的稳态电压调整率δu值在±(1%～3%)之间。
　　
　　控制屏对电压参数监控的目的是使同步发电机在额定负载范围内保持输出电压稳定。一般机组输出电压的范围可在额定值的±10%左右。超过这个范围控制屏会发出报警,还会指令输出控制开关跳闸,既保护发电机又保护了用电设备。这时要重点检查和维护同步发电机的励磁电路和同步整流器等部件。
　　
　　(2)同步发电机三相输出电流的取样是在每相输出线的电流互感器上得到的,这里取到的是相电流。按照电力、电工规范控制屏一般是用相电流表征发电机的输出电流的。取样信号在控制屏经调理、整定后将各相负载电流的实时值显示在指针表或LCD上。
　　
　　根据同步发电机额定输出功率的不同,它们的输出电流范围也各异。控制屏根据本机的额定电流范围对实时取样数值按程序进行运算、判别,并将结果传送给励磁电路,调节、保持输出电流的稳定。如果负载电流大大超出额定值或负载端短路,控制屏会立即报警并发出指令让控制电路输出的自动空气断路器跳闸切断负载,从而起到保护作用。引起输出电流过大的原因往往是负载造成的,要着重查测用电设备及其电源连接线,维护发电机输出配电系统。
　　
　　(3)同步发电机的输出频率是项重要的参数,它若不稳定就会影响很多与频率直接相关的用电设备的工作,例如UPS的旁路频率跟踪电路。控制屏大都是从相线上取样,然后对信号进行分析、整定并从LCD上指示出实时频率值,与此同时它还将数据传送给柴油发动机的电子调速器,以控制发动机的转速来稳定发电机的输出频率。发电机技术指标中的频率稳定时间和稳态频率调整率这两个参数就表明柴油发电机组的这种调控功能。
　　
　　从负载突变时起算到发电机输出频率开始稳定,所经过的时间就是频率稳定时间。一般同步发电机的频率稳定时间应该在2～5s范围内。稳态频率调整率(用δf表示)的意义是:负载变化后的稳态频率的最大值或最小值(用f1表示)与额定负载时的频率(用f2表示)之间的变化量同额定频率(用f表示)比率的百分数。其公式为:

　　　　
　　同步发电机的这个参数处在0.5%～3%的范围内。
　　
　　发电机输出频率超出额定范围,控制屏会立即报警甚至停机予以保护。这其中的原因有频率传感器或转速传感器可能出现的故障,但主要还是柴油发动机转速失控的问题。需着重检测电子调速器和电子燃油喷射系统。
　　
　　(4)控制屏与同步发电机励磁机构之间的信息通讯,对发电机输出电能的质量有很大的作用;在接入重负载后输出电流要增大,输出电压也随之降低。虽然同步发电机的励磁电路本身对此会产生负反馈调节,但其精确性、快速性是离不开控制屏的配合的。不仅如此,控制屏还会根据本机额定负载范围判断负载量是否合适,对于负载电流大于额定值115%以上特别超重的负载,控制屏会指令发动机停车保护发电机,这也补充了励磁机构的性能。
　　
　　(5)从方框图可知,控制屏与控制发电机电能输出的自动空气断路器也有着紧密的联系。虽然自动空气断路器本身具有欠压、过流(过载)、短路等自动保护能力,但由于控制屏的接入就进一步加强了它对输出电能这几方面的监控力度。当由于负载原因发电机输出电流过大(过流)、输出电压过低(欠压)或短路时，控制屏会立刻报警并将信息传给断路器，断路器综合本机的检测和控制屏的指令迅速跳闸，切断负载供电。既保护发电机也保护负载。
　　
　　在负载量符合发电机的额定范围机器正常工作时,控制屏也可以根据需要智能化地控制自动空气断路器的分断和投入。实现对负载的自动定时供电。
　　
　　控制屏除了对柴油发动机和同步发电机进行监测、控制以外,作为智能化的控制中心,它还有其它方面的许多功能:例如ATS(电力自动转换器)接口,可以接入ATS设备(也有的机型将ATS功能集成在控制屏内),这样就可以实现市电突然中断时,ATS自动将电力开关从连接市电的一侧投到连接柴油发电机组的一侧,并同时发出启动柴油发电机组的信号。从而使用电设备由市电供电转为发电机供电。
　　
　　3 控制系统的维护技术
　　
　　控制系统是柴油发电机组的中枢和指挥部,因此也就成为日常维护的首选项目。传感器是控制系统的前沿,由于它们直接与被监测物质接触,长期工作在高温、高压以及流动物质的冲击下,易出现灵敏度下降、失效甚至损坏。这时它们所连带的控制屏上的仪表或LCD显示数值就会失常。这种现象还很容易和柴油发电组相关部位的机械故障混淆,到底是传感器的问题还是机械部分的问题要仔细观察，进行综合分析。一般情况下柴油发动机运行声音、节奏、排烟正常，同步发电机输出电压、电流、频率正常，应考虑可能是传感器或控制屏电子电路的问题。这时可以运行控制屏的自检、测试程序或者用更换传感器对比法进行排查。
　　
　　传感器的日常维护很重要，对于可看到可摸到的传感器要仔细观察其安装是否松动、离位,引出电缆及接头是否良好。那些被其它部件挡住的传感器，则要在柴油发电机组二级技术保养时重点检查。
　　
　　控制屏是控制系统的核心,即使柴油发电机组没有启动它也在依靠蓄电池工作。日常维护时应注意电压表示值是否正常,再仔细检查各个电缆接口、插接件是否牢靠。特别是对于安装在湿度较大或灰尘较多地点的柴油发电机组，还要经常打开控制屏的侧板或上盖，察看机箱内各电路板上有无水露、灰尘。若有,应及时清除。控制屏作为以微处理器为核心的智能化设备，都具有测试、自检功能，有的还带仿真实验软件，这些都为维护控制屏提供了便利条件。柴油发电机组应至少半个月人为地自动(切断市电由ATS驱动)或手动启动一次，并运行20min左右，这时要认真观察各表头的示值并用控制屏上的按键选择所有的参数在LCD上显示，看是否都处于正常状态。这也是全面检查柴油发电机组和控制屏性能的有效而实用的好办法。
　　
　　控制系统是将柴油发动机和同步发电机这两种工作原理和工作方式截然不同的设备智能化地统为一体,并使其联合工作出优良性能的总指挥。系统、深入地了解其工作原理,掌握各项运行参数的意义及额定范围,做好技术维护工作,即可保持柴油发电机组总是处于良好的工作状态。

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