新聞主題	柴油發電機組開關控制柜的布置

 

在柴油發電機組動力房內設置開關控制柜一般布置在房體端部（發電機端），控制柜和開關可以采用左右布置或者上下布置。控制柜包括發動機“啟動”、“停車”開關、動力房/司機室啟動轉換開關；控制屏至少包括轉速表、發動機運轉小時表、水溫表、機油溫度表、機油壓力表、燃油量表以及相應的報警裝置和必要的電氣控制儀表等。設有一套AC-DC充電器，在發動機小發電機發生故障時能自動轉換對電瓶進行充電。電纜出線口設置在房體下部，方便用戶接入控制電纜和電力電纜。主電源回路按IEC標準用標志色標注相序。

 

圖1 柴油發電機動力房開關和控制柜

 一、運行狀態及對備用能源的要求

 

 (1) 主備用能源柴油發電機保證主輸入交流能源的連續性。

市電掉電，柴發捕捉到市電失壓信號后立即進入自動啟動程序，經過一段延時后啟動，并通過柴發與市電之間的轉換開關ATS自動切換后，代替市電對整個用電負載供電。在圖5中，柴發啟動延時和ATS轉換總的時間是T1，在T1時間段內，整個用電負載失去交流輸入供電。柴發自動啟動的時間取決于柴發系統配置和柴發參數設置，單臺柴發理想的啟動時間在15s左右，ATS自動轉換時間為幾百ms。所以，T1的典型規劃值應在30s左右。

(2) 過渡備用能源UPS系統保障IT及其他各種設備的供電連續性

市電掉電后，需要UPS系統保護的除IT設備之外，還包括機房中其他需要連續運行的系統和設備。圖2中，UPS電池逆變供電的時間是T1，待柴發啟動切換后，UPS就立即恢復到交流輸入逆變狀態，此時的交流輸入電壓來自柴油發電機。TI也是備用電池的最小備用時間，或者說是電池的可利用備用時間。

(3) 空間余冷保障低平均功率密度機房IT設備制冷的連續性。

市電掉電后，對于一般配置精密空調的機房，此時唯一可利用的冷源是房間空間的余冷。機房空間余冷是有限的，視機房空間高度、機房機架密度( 數量) 和實際IT負荷的大小，余冷的可用時間差別很大，所以有限的余冷能維持機架進風溫度由系統正常時的23℃到30℃的時間是一個很大的變數，在圖5中，由機房余冷維持平均機架功率密度＜2kW的機房，IT設備進風溫度由23℃到30℃時間用T3表示。而由機房余冷維持平均機架功率密度＞3kW的機房，IT設備進風溫度由23 到 30℃ 時間用T2表示。

T2和T3的典型值是: 機架平均功率密度＜2kW，滿負荷維持時間3～5min; 機架平均功率密度3kW，滿負荷維持時間1～3min; 機架平均功率密度≥5kW，滿負荷維持時間＜1min。

(4) 冷凍水儲冷罐儲冷保障高平均功率密度機房IT設備制冷的連續性。

為了在市電停電后能在柴發啟動切換期間保障IT設備制冷的連續性，就必須采用冷凍水制冷方案，并配置冷水罐儲備冷水，由儲備的冷水維持高功率密度機房的連續制冷。當然，維持冷水輸送的水泵也要由專用的UPS設備供電。值得注意的是，不管是傳統精密空調，還是冷凍水機組，在輸入電源恢復正常時，都存在較長的制冷功能恢復延時時間，視制冷設備類型和型號的不同，此時間的典型值在3min左右。也就是說，冷水罐儲冷維持IT設備連續制冷的時間，應包括柴發啟動切換延時和制冷設備恢復制冷功能延時兩個時間。在圖5中，制冷設備啟動延時制冷的時間用T4表示。而冷水罐儲冷維持IT設備連續制冷的最小時間用T表示，且T5=T1+T4。T5是儲冷罐維持IT設備連續制冷的最小時間，也是維持IT設備連續制冷的可利用時間。

(5) 柴發儲油，保障柴發運行的連續性。

由于市電掉電后需要柴發持續運行的時間是不確定的，柴發自行儲油，還包括機房專門配置的儲油箱儲油，總儲油量是個固定量，都不具備保障柴發連續運行的條件，所以，與相關的燃油供應單位簽定燃油供應協議就成為保障柴發連續運行的重中之重。在圖5中，燃油供應協議時間用T6表示，此時間因用電負載所在地區的供油單位距離、交通條件以及其他不可預測多種因素有關，是一個極大的變數。在供油協議規定的時間內，就必須由柴發自行儲油和機房專門配置的儲油箱儲油，保障柴發正常運行，此時間應大于燃油供應協議的時T6，所以T6是柴發和專用儲油箱儲油的最小時間，也是柴發和專用儲油箱儲油的可利用時間。

 

圖2  柴油發電機投入運行的時間和系統工作狀態

 

 

二、開關柜的啟動和控制

 

1、啟動方式

RTG發電機組的啟動都需要有兩種方式：

就地啟動和遠程啟動。

遠程控制是由于RTG的使用的特殊性要求，在作業時，操作人員位于門梁下的司機室內，遠離動力房，需要在司機室內方便的啟動發電機組并讀取發電機組相關數據。

為了適應控制元器件在海岸環境的使用，在控制開關箱內配置了防潮加熱器，保證電氣元件長期處于干燥的工作環境，延長了使用壽命。如有必要，還需在控制箱內加裝排風裝置，增加箱內的空氣循環。

在控制上，配置高性能的液晶顯示控制器，可以方便讀取柴柴發的水溫、油位、油溫、油壓、轉速等各種參數，同時在控制面板上，還配置了主要報警參數的報警燈和蜂鳴器。同時這些參數也同步到司機室。操作人員可以在使用過程中調閱參數，接收報警信號。還可以針對不同的用戶需求，選用不同型號的控制器單元。方便地拓展控制系統的應用。如碼頭有市電和發電機組切換的需要時，該控制器系統還可以實現市電和發電機組的無縫切換。

2、控制方式

目前常用的有PLC控制和控制器兩種方式。

（1）PLC控制

早期的采用PLC的控制方式，實現方式是采用S7-200PLC完成控制系統的實現。通過電壓繼電器，電流、電壓、轉速模塊完成檢測保護信號的輸入。通過中間繼電器完成外接信號的實現。

優點：由于采用PLC模塊，邏輯實現的功能大部分在PLC中實現，功能調試時，通過計算機監控比較容易查看運行控制系統運行狀態，增刪功能簡單，不用考慮實際接線，如果需要增加功能只需在程序內增加邏輯功能即可，通過PLC現場通信，運行發電機組，可以方便地查找故障點。

缺點：由于要求實現大量的功能，造成了該控制系統很安全，但很多保護也造成潛在的故障點。如果某一線路出現問題可能會帶來很多誤報警，將增加調試維護的難度。

同時由于使用了大量的元器件，增加了控制箱內的元器件布置難度，該系統的控制箱體積過于龐大，查線、更換導線不易。特別是端子排部分，位置狹小，更換導線不易，對出現的故障也不易查線。

（2）控制器

由于發動機GCS系列慢慢退出市場，發動機控制板ECM的接口界面變為用CAN BUS通信的1939通信協議，原有的繼電器控制方式已經不能適應新的發動機控制，目前主流的控制方式是采用控制器直接控制發動機的方式。

控制器根據通信協議直接讀取柴柴發的參數，直接顯示到液晶屏上，也可傳輸到用戶司機室的控制面板上，考慮到方便讀取發電機組的運行數據和參數，可根據需要適當在外部增加旋鈕、指示燈、電壓、電流和油壓表的布置方式。

目前較多采用的是PLC加控制器的組合控制方式，結合控制器可以直接讀取柴柴發的關鍵參數，更加方便使用，圖2所示為某項目發電機組控制電路圖。

 

圖3 柴油發電機動力房控制電路圖

 

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