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柴油发电机组的相数与接线方式 |
摘要：备用柴油发电机组是为在应急情况下保证用电安全而专门设立的一套相对独立的电源系统。本文简要介绍了应急柴油发电机的系统组成及各种接线方法，并详细介绍柴油发电机电气安装工程的范围、组织协调、施工顺序、安装与调试的分工与责任以及施工过程中遇到的典型问题，提出了在施工过程中必须理清边界，合理安排施工顺序，加强设计完善，同时设计、设备、安装、调试等参建单位密切合作，才能更好地完成施工任务。
一、柴发配置与相数
应急柴油机本体由重庆康明斯制造，发电机由无锡斯坦福厂家制造，机组控制系统由郑州众智设计，采用PLC加继电器控制程序。柴油发电机组主要由电启动系统、燃油系统、润滑油系统、高低温水系统、进排气系统、调速系统、发电机系统、24V/380V辅机配电系统、机组控制系统、电气保护系统、同期系统以及继电器机架系统等组成。
1、三相四线制
柴油发电机组一般是三相四线，除了油田钻机和船用柴油发电机组外。其中三条线路分别代表A，B，C三相，另一条是中性线N（如果该回路电源侧的中性点接地，则中性线也称为零线(老式叫法，应逐渐避免，改称PEN，如果不接地，则从严格意义上来说，中性线不能称为零线），线路连接如图1所示。
2、三相三线制
三相三线制（three-phase three-wire system）不引出中性线的星型接法和三角形接法。例如高压柴油发电机组一般采用三相三线制，三条线路分别代表a，b，c（U，V，W）三相，线路连接如图2所示。
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图1 柴油发电机组三相接线图 |
图2 高压柴油发电机三相三线制接线图 |
3、三相五线制
（1）TN-C-S系统（伪三相五线制）：
伪三相五线制，三相四线制PEN线规定距离内接地，在入户端就近接地，进入入户端后分为五线制到达用电设备。三相五线制标准导线颜色为：A线黄色、B线绿色、C线红色、N线淡蓝色、PE线黄绿色，线路连接如图3所示。。
（2）TN-S系统（中国三相五线制）：
即3根火线+1根零线N+1根接地线PE，线路连接如图4所示。柴油发电机输出三相五线制PE在规定距离内接地，入户端就近接地。五线制到达用电设备。导线分为黄、绿、红、N淡蓝、PE黄绿线。把零线的两个作用分开，即一根线做工作零线(N)，另外用一根线专做保护零线(PE)。这是最费材料的系统！但也是最安全的系统。
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图3 柴油发电机三相五线制（TN-C-S系统）接线图 |
图4 柴油发电机三相五线制（TN-S系统）接线图 |
二、电气安装工程的组织管理
柴油发电机首次启动涉及到的电气系统主要包括厂房照明系统、通信系统、火灾报警系统，380V交流配电系统，24V直流配电盘，与柴油发电机配套的保护柜和控制柜，同期系统和继电器机架等。工艺系统主要包括发电机房的通风系统、消防系统、以及柴油发电机主机及其辅助系统等。由于电缆敷设具有工作量大、种类多、技术要求高、施工难度大等特点，制定了明确的电缆边界，共计654根电缆，涉及LHP、LHQ、LHA、LHB、LHT、LKA、LKB、LLG、LLW、LDG、LDW、JPV等14个主要系统，涉及DX、DF、LX等区域。此外，电缆边界还涵盖厂房内部照明、火灾报警和通信电缆。
1、接口管理措施
为优化各项安装工作的推进，成立柴油机专项协调小组，建立了周协调会机制；施行三天滚动计划机制，细化作业内容，包括设计、设备需求，并安排专人负责跟踪和落实完成情况。
在安装初期，提早启动各系统各专业涉及到的试验、冲洗等方案的编制、报批工作；为加快与康明斯发电机组接口现场技术问题的处理，编制现场设计修改(变更)会签单，由各单位会签，施工单位根据联合会签单组织实施后续工作。
2、安装逻辑
辅助系统安装和冲洗试压是柴油发电机安装的主线，柴油机启动需确保发电机房所有系统均投入使用。为保证该计划的有效执行，还需全面考虑外部条件的风险分析，包括厂房环境清洁，设备到货与材料的清理，电气调试和管道冲洗试压方案的消化准备等。
就电气专业而言，380V交流配电系统的上电可以为后续的泵、风机的单体试车和柴油机辅助系统试验提供稳定的电源；控制柜和保护柜的上电，可以为后续的逻辑通道试验提供先决条件；照明系统和通风系统的及早投用可为厂房创造较好的施工环境；通信系统的投用，可以为调试期间的通信提供有力的保障，而消防及火警系统的安装及调试完成是进燃油、润滑油和燃油管路冲洗的前提。
3、试验项目分工
安装单位应完成柴油发电机组及辅助系统安装，单机试车，管道冲洗，电气系统控制保护、联锁、报警系统安装，开环试验，发电机本体电气交接试验、柴油发电机首次启动试验等，移交调试后，由调试部门进行应急柴油发电机组各辅助系统试验、电气系统控制、保护、联锁、报警系统的闭环试验。但由于不同厂家的要求，柴油机部分试验有其特殊性。
① 元器件单体调试项目分工
康明斯发电机组厂家明确不能拆除控制柜、保护柜内的任何元器件，但考虑调试需要，经与厂家协商，对可以拆除元器件进行单体试验。
安装单位负责安装的仪表必须提交校验报告；柴油机本体上的仪表未进行校验，但要求厂家提供相应的证明文件。
② 发电机本体试验项目
按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》要求，柴油发电机的转子、定子和励磁机需进行耐压试验。厂家明确：出厂试验已进行过直流耐压试验并对其中一台进行过交流耐压，从设备寿命等方面考虑，不同意重复进行此试验，设备竣工文件中相关的试验章节供现场试验参考。如果现场不具备打开发电机端盖的条件，只对定子绕组的绝缘电阻和吸收比、定子绕组的直流电阻进行了测量。
4、分系统调试与启动准备
应急柴油机安装工作完成并经过电气专业试验检查后，就可以进行分系统调试。调试的目的是为了验证柴油发电机辅助系统、电气系统、控制系统、报警及联锁装置能够正常运行和动作，保证柴油机能够实现其设计功能。主要包括厂房火警探测试验、空气启动系统试验、辅助系统试验、空载试验、控制励磁试验、稳态运行试验和验收试验。
为满足柴油机首次启动的要求，电气准备工作主要包括：现场的试机环境应符合要求，照明和通风条件应良好；发电机、励磁机的冷态电气检查全部结束，符合设计、厂家和国标的要求；柴油发电机及所有辅助系统的设备都已安装完成并验收合格，辅助系统中转动设备单体试车已完成并验收合格；检查电气柜控制功能正常，所有过程控制和保护系统测试完成，符合设计和厂家的要求，压力开关、压力表、温度计、转速表等检验合格，安全装置、报警、显示装置等都已检测合格并上电；消防及火灾报警系统调试完成并投入使用。
三、接线步骤
在进行控制器接线之前，首先需要确保柴油发电机处于停机状态，并断开柴油发电机与电源之间的连接。同时，确认控制器的型号与柴油发电机的使用条件相匹配，以确保控制器的适用性。
1、主电源接线
将柴油发电机的主电源线连接至配电系统的主电源输入端，确保接线牢固可靠。在接线时，应根据设备的接线图，将发电机的L1、L2、L3三相线分别与输出柜或双电源转换柜的对应相位连接，避免接错线。
2、监控线接线
将柴油发电机的监控线连接至控制器的监控接口，以实现对柴油发电机运行状态的监控和控制。根据控制器的接线图，将柴油发电机的监控线分别连接至控制器的相应输入接口，如油压传感器、温度传感器等。
3、输出线接线
将控制器的输出线连接至发电机的执行部件，如燃油泵、启动电机等。根据控制器的接线图，将控制器的输出线分别与发电机的对应执行部件连接，确保信号传递的准确性和稳定性。
4、控制电源线接线
将控制器的电源线与外部电源连接，以供控制器正常运行。根据控制器的接线图，将控制器的电源线与外部电源的正负极相对应地连接，确保电源供应的稳定性和可靠性。
5、地线接线
将柴油发电机的地线与机房内预埋的地线相连接，以确保电气设备的接地安全。在接线时，应注意避免地线与其他线路相交叉或相短路，确保地线的独立性和可靠性。
（1）⾃然接地体的利⽤
装设接地装置时，⾸先利⽤⾃然接地体，以节约投资。可作为⾃然接地体的有：与⼤地有可靠连接的建筑物的刚结构和钢筋、⾏车的钢轨、埋地的⾮可燃可爆的⾦属管等，如图5所示。对于发电机房来说，可利⽤其建筑物钢筋混凝⼟基础作为⾃然接利⽤⾃然接地体时，⼀定要保证良好的电⽓连接，在建构筑物的结合处，除已焊接者外，凡⽤螺栓连接或其它连接的，都应采⽤跨接焊接，⽽且跨接线不得⼩于规定值。
（2）⼈⼯接地体的埋设
⼈⼯接地体的埋设，如图6所示。此外，应注意不要埋设在垃圾、炉渣和有强烈腐蚀性⼟壤处，遇有这些情况应进⾏换⼟。
（3）接地线
⾃然接地线为了节约⾦属，减少投资，应尽量选择⾃然导体作为接地线。如建筑物的⾦属构架、电梯竖井、电缆的⾦属外⽪等都可以作为⾃然接地线。各种⾦属管道（可燃液体、可燃或爆炸性⽓体的⾦属管道除外）可作为低压电⼒设备的外⽪等都可以作为⾃然接地线。各种⾦属管道（可燃液体、可燃或爆炸性⽓体的⾦属管道除外）可作为低压电⼒设备的⾃然接地线。
⼈⼯接地线为了连接可靠并有⼀定的机械强度，⼀般发电机房采⽤钢作为⼈⼯接地线。对于接地体和接地线的截⾯积应符合我国电⽓规定的最⼩规格。接地电阻是接地体的散流电阻与接地线和接地体电阻的总和。发电机房由于接地体和接地线的电阻相对较⼩，可略去不计。因此接地电阻可认为就是接地体的散流电阻。
7、外部设备接线
根据实际需要，将控制器与外部设备进行连接。例如，若需要连接远程监控设备，则将控制器的通信线连接至远程监控设备的通信接口，实现监控和远程控制功能。
8、接线检查
完成所有接线后，对所有接线进行检查。检查时应注意接线的牢固性、正确性和可靠性，避免接线松动或接错线导致的故障。
9、接线固定
在接线完成后，应对所有接线进行固定，防止接线松动或脱落。可以使用绑扎带或其他固定装置，将接线束固定在适当的位置，确保接线的整齐美观和可靠性。
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图5 发电机房⾃然接地体 |
图6 发电机房⼈⼯接地体的埋设 |
四、柴发接线的注意事项
敷设电源回路、控制回路的电缆，并与柴油发电机进行连接，应符合电缆敷设工艺标准。发电机组随机的配电柜和控制柜接线应正确无误，所有紧固件应牢固，无遗漏脱落、开关、保护装置的型号、规格必须符合设计要求。馈电线两端的相序必须与原供电系统的相序一致。
（1）拆线时做标记清楚、易分辨。若接线盒内已有标记，应擦拭干净后重新做好。
（2）检查电机接线柱瓷瓶有无破损、松动、裂纹。
（3）检查电机三相引出线线鼻子是否紧固、焊接是否牢固，引出线与机壳是否有摩擦，若有摩擦时，应垫好适型毡绑扎固定好，不再摩擦。
（4）接线盒紧固螺栓、接线瓷瓶紧固螺栓、引出线紧固螺栓是否紧固。
（5）发电机接线柱上的螺母、垫片必须符合规格，无生锈、腐蚀等，否则更换。
（6）接线盒内引出线尽量不要重叠、别劲、弯曲过大。
（7）等发电机找完中心后再接线。
（8）发电机接线盒内应无积煤粉、灰尘，应定期打开接线盒检查、清扫。
（9）检查电缆线鼻子有无弯曲、是否平整、有无变色。
（10）电缆头与接线柱垫片间应平整、接触紧密无间隙、螺母应紧固。
（11）电缆头与接线柱之间不应受力。
（12）发电机接完线、再次检查确认无误后，按照由内到外；黄蜡绸布-色相带-防水自粘带包好且压紧、紧固、密封。
（13）蛇皮管到电缆接线盒处电缆必须包扎好，防止碰伤，电缆与接线盒处必修固定好。
（14）接线盒必须有防雨防水措施。
（15）防止电缆损坏而引起事故（特别时铝芯电缆一定要仔细检查蛇皮管接口处，防止因铝线折弯次数太多、虚接而引起缺相或短路等），在接线前先仔细检查电缆是否受损、包扎好，摇绝缘合格后再接线，距离近的铝芯线有条件的最好换成铜电缆。
（16）接线完毕后所有接线盒进线口应全部封堵，防止封堵不严造成小动物短路或侵入太多积粉而引起电缆头发热打火或短路。
总结：
由于发电机房施工区域相对独立，建立一种符合质保要求的问题快速处理流程。一方面电缆施工占据了电气安装工作的很大部分，另一方面电气系统不同于工艺系统，缺少一根电缆或一个中转箱，就可能造成系统无法正常启动，而柴油发电机相关的系统和设备都通过电缆的连接实现供电、通讯、控制及其它相关的功能，故电缆边界在施工任务确定是必须明确。应急柴油发电机组启动成功需要确保应急柴油发电机所有辅助系统及配套系统均投入使用，而由于燃油的特殊性，需将厂房内动火打磨作业结束和清洁区建立作为进油工作的前提条件，故在施工中需关注施工工序的优化，逻辑的严密性，把配电系统上电、消防及火警系统投用作提前考虑。
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