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新闻主题	柴油发电机组开关控制柜的布置

 

在柴油发电机组动力房内设置开关控制柜一般布置在房体端部（发电机端），控制柜和开关可以采用左右布置或者上下布置。控制柜包括发动机“启动”、“停车”开关、动力房/司机室启动转换开关；控制屏至少包括转速表、发动机运转小时表、水温表、机油温度表、机油压力表、燃油量表以及相应的报警装置和必要的电气控制仪表等。设有一套AC-DC充电器，在发动机小发电机发生故障时能自动转换对电瓶进行充电。电缆出线口设置在房体下部，方便用户接入控制电缆和电力电缆。主电源回路按IEC标准用标志色标注相序。

 

图1 柴油发电机动力房开关和控制柜

 一、运行状态及对备用能源的要求

 

 (1) 主备用能源柴油发电机保证主输入交流能源的连续性。

市电掉电，柴发捕捉到市电失压信号后立即进入自动启动程序，经过一段延时后启动，并通过柴发与市电之间的转换开关ATS自动切换后，代替市电对整个用电负载供电。在图5中，柴发启动延时和ATS转换总的时间是T1，在T1时间段内，整个用电负载失去交流输入供电。柴发自动启动的时间取决于柴发系统配置和柴发参数设置，单台柴发理想的启动时间在15s左右，ATS自动转换时间为几百ms。所以，T1的典型规划值应在30s左右。

(2) 过渡备用能源UPS系统保障IT及其他各种设备的供电连续性

市电掉电后，需要UPS系统保护的除IT设备之外，还包括机房中其他需要连续运行的系统和设备。图2中，UPS电池逆变供电的时间是T1，待柴发启动切换后，UPS就立即恢复到交流输入逆变状态，此时的交流输入电压来自柴油发电机。TI也是备用电池的最小备用时间，或者说是电池的可利用备用时间。

(3) 空间余冷保障低平均功率密度机房IT设备制冷的连续性。

市电掉电后，对于一般配置精密空调的机房，此时唯一可利用的冷源是房间空间的余冷。机房空间余冷是有限的，视机房空间高度、机房机架密度( 数量) 和实际IT负荷的大小，余冷的可用时间差别很大，所以有限的余冷能维持机架进风温度由系统正常时的23℃到30℃的时间是一个很大的变数，在图5中，由机房余冷维持平均机架功率密度＜2kW的机房，IT设备进风温度由23℃到30℃时间用T3表示。而由机房余冷维持平均机架功率密度＞3kW的机房，IT设备进风温度由23 到 30℃ 时间用T2表示。

T2和T3的典型值是: 机架平均功率密度＜2kW，满负荷维持时间3～5min; 机架平均功率密度3kW，满负荷维持时间1～3min; 机架平均功率密度≥5kW，满负荷维持时间＜1min。

(4) 冷冻水储冷罐储冷保障高平均功率密度机房IT设备制冷的连续性。

为了在市电停电后能在柴发启动切换期间保障IT设备制冷的连续性，就必须采用冷冻水制冷方案，并配置冷水罐储备冷水，由储备的冷水维持高功率密度机房的连续制冷。当然，维持冷水输送的水泵也要由专用的UPS设备供电。值得注意的是，不管是传统精密空调，还是冷冻水机组，在输入电源恢复正常时，都存在较长的制冷功能恢复延时时间，视制冷设备类型和型号的不同，此时间的典型值在3min左右。也就是说，冷水罐储冷维持IT设备连续制冷的时间，应包括柴发启动切换延时和制冷设备恢复制冷功能延时两个时间。在图5中，制冷设备启动延时制冷的时间用T4表示。而冷水罐储冷维持IT设备连续制冷的最小时间用T表示，且T5=T1+T4。T5是储冷罐维持IT设备连续制冷的最小时间，也是维持IT设备连续制冷的可利用时间。

(5) 柴发储油，保障柴发运行的连续性。

由于市电掉电后需要柴发持续运行的时间是不确定的，柴发自行储油，还包括机房专门配置的储油箱储油，总储油量是个固定量，都不具备保障柴发连续运行的条件，所以，与相关的燃油供应单位签定燃油供应协议就成为保障柴发连续运行的重中之重。在图5中，燃油供应协议时间用T6表示，此时间因用电负载所在地区的供油单位距离、交通条件以及其他不可预测多种因素有关，是一个极大的变数。在供油协议规定的时间内，就必须由柴发自行储油和机房专门配置的储油箱储油，保障柴发正常运行，此时间应大于燃油供应协议的时T6，所以T6是柴发和专用储油箱储油的最小时间，也是柴发和专用储油箱储油的可利用时间。

 

图2  柴油发电机投入运行的时间和系统工作状态

 

 

二、开关柜的启动和控制

 

1、启动方式

RTG发电机组的启动都需要有两种方式：

就地启动和远程启动。

远程控制是由于RTG的使用的特殊性要求，在作业时，操作人员位于门梁下的司机室内，远离动力房，需要在司机室内方便的启动发电机组并读取发电机组相关数据。

为了适应控制元器件在海岸环境的使用，在控制开关箱内配置了防潮加热器，保证电气元件长期处于干燥的工作环境，延长了使用寿命。如有必要，还需在控制箱内加装排风装置，增加箱内的空气循环。

在控制上，配置高性能的液晶显示控制器，可以方便读取柴柴发的水温、油位、油温、油压、转速等各种参数，同时在控制面板上，还配置了主要报警参数的报警灯和蜂鸣器。同时这些参数也同步到司机室。操作人员可以在使用过程中调阅参数，接收报警信号。还可以针对不同的用户需求，选用不同型号的控制器单元。方便地拓展控制系统的应用。如码头有市电和发电机组切换的需要时，该控制器系统还可以实现市电和发电机组的无缝切换。

2、控制方式

目前常用的有PLC控制和控制器两种方式。

（1）PLC控制

早期的采用PLC的控制方式，实现方式是采用S7-200PLC完成控制系统的实现。通过电压继电器，电流、电压、转速模块完成检测保护信号的输入。通过中间继电器完成外接信号的实现。

优点：由于采用PLC模块，逻辑实现的功能大部分在PLC中实现，功能调试时，通过计算机监控比较容易查看运行控制系统运行状态，增删功能简单，不用考虑实际接线，如果需要增加功能只需在程序内增加逻辑功能即可，通过PLC现场通信，运行发电机组，可以方便地查找故障点。

缺点：由于要求实现大量的功能，造成了该控制系统很安全，但很多保护也造成潜在的故障点。如果某一线路出现问题可能会带来很多误报警，将增加调试维护的难度。

同时由于使用了大量的元器件，增加了控制箱内的元器件布置难度，该系统的控制箱体积过于庞大，查线、更换导线不易。特别是端子排部分，位置狭小，更换导线不易，对出现的故障也不易查线。

（2）控制器

由于发动机GCS系列慢慢退出市场，发动机控制板ECM的接口界面变为用CAN BUS通信的1939通信协议，原有的继电器控制方式已经不能适应新的发动机控制，目前主流的控制方式是采用控制器直接控制发动机的方式。

控制器根据通信协议直接读取柴柴发的参数，直接显示到液晶屏上，也可传输到用户司机室的控制面板上，考虑到方便读取发电机组的运行数据和参数，可根据需要适当在外部增加旋钮、指示灯、电压、电流和油压表的布置方式。

目前较多采用的是PLC加控制器的组合控制方式，结合控制器可以直接读取柴柴发的关键参数，更加方便使用，图2所示为某项目发电机组控制电路图。

 

图3 柴油发电机动力房控制电路图

 

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